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探测南极海域的“深度奥秘”

2017-01-12 10:04:00    来源: 中国国土资源报    作者:陈惠玲

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“海洋六号”在南极海域采获第一个重力柱状样品。

“南极作业时间宝贵,一天也不能错过。”科考船“海洋六号”船见缝插针,利用两次气旋之间仅24小时的作业时机,1月7~8日间顺利完成了3个站位的地质取样作业,获取到第一批宝贵的南极海底地质、海水等样品。至此,“海洋六号”已全面开展各项任务,部分任务进程过半,进展总体顺利。

从多道地震、多波束、浅层剖面测量,再到重力柱状取样、温盐深测量与采水,首次奔赴南极的“海洋六号”,调查重心直指潜藏在数百米乃至数千米南极海域与海底的“深度奥秘”。

风雪中给南极“做CT”

多支气枪组成的巨大“震源”,被投入南极的海水之中,声波按照大约每10秒一次的频率透过海水穿入海底1000米左右深度的地层,反射形成的信号再由电缆“捕捉”,最终形成一幅海底地质构造的详尽图谱——这就是今年元旦以来,我国科考船“海洋六号”在南极海域开展的多道地震勘探工作。

地震勘探是通过人工激发地震波,研究地震波在地层中的传播情况,以查明地下地质构造和岩石性质特征的一种先进勘探方法。如果把海底比作人体,多道地震就如同给地球“做CT”,可以深入到海底,探测出海底的“骨骼”或“内脏”,从而更加真实地再现数百米乃至数千米的海底地质构造。

“海洋六号”船执行的中国第33次南极科考航次,采用先进的数字地震技术,针对南极海域的特点,设计采用96道地震接收电缆,震源为540立方英寸的多道地震参数组合,可以了解南极半岛附近海域海底以下大约1000米左右深度的海底地层结构。

这不仅考验着地震技术的应用,也对导航定位精度提出了很高的要求。作为南极海域的新兵,面对频繁变化的天气、不断降低的气温与水温、陌生的海域,“海洋六号”面临的挑战重重。1月4日下午,后甲板科考人员在每隔15分钟一次的巡查中发现,震源与电缆搅合在一起,其后对地震设备进行回收检修后,又相继发现了枪阵联接松动、地质缆断裂等问题。

“海洋六号”南极航次调查部门长关晓春说,南极作业海域海况不太好,海浪大,枪阵、电缆等水下设备在海水中工作的时间长了,就容易出问题。不过没关系,这些情况能妥善处理好。

南极气候多变,即使现在正是南半球的初夏,风雪也是说来就来,坚硬的雪粒将人们的工作服敲打的劈啪作响,甲板上的积雪也给人们的行动和设备的移动造成了困难。但时间极为宝贵,科考队员们必须在恶劣的海况中争取每一分、每一秒。

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风雪中作业。

在南极“插管”取样

600公斤的圆形铅块排列成组,与空心钢管连接组合成一枚巨大的“铁锥”,由钢缆牵引,投向南极冰海。200公斤的重锤相伴而行,在海底以加速度冲击,将空心管插入冰冷的海底泥,以钢制“莲花瓣”封口后,将沉睡几十万年的海底泥一管管牵引回船。1月7日傍晚,科考船“海洋六号”第一次在南极海域开展重力地质取样。

形象地说,重力柱状取样就是在南极海底进行“插管”取样。通过给海底表层“插管”取样,最多时能获取到海底十几米长的浅表层沉积物,也就是海底的“表层皮肤”样本。紧接着,负责试验分析的科考队员李强、何赵迅速将样品采集出来后,送到船上实验室,对这些样品中所含的空气、水分以及沉积物的组成成分等进行现场分析。首席科学家助理付少英说,后期,还将对这些样品作进一步的分析研究,结合这些信息,将真实再现数百万乃至数千万年南极的地质演化历史。

在1月8日凌晨开展的9米长重力柱状取样中,由于遭遇坚固的海底沉积层,坚硬的钢管竟然被挤压如弯弓。但科考队凭借丰富的工作经验和顽强的意志,通宵作战后,成功从南极3550米水深处的海底取得了长达6米多的沉积物样本。

给南大洋“量体温”

由24只取水容器环绕钢圈排列,组成一套自动取水装置,同时还搭载测量海水溶解氧以及两套多普勒海流剖面仪,以钢缆牵引,投入南极冰海,以每间隔5秒的频率记录一次海水的温度、盐度和深度以及溶解氧的成分等数据。这是“海洋六号”开展的温盐深测量与采水工作。

按照预先设定的程序,取水容器到达预定深度后,即按顺序自动打开一管,采满水后随即自动关闭,这样,即可实现在预定的24个层位获取到分层海水样品。“海洋六号”1月8日开展的温盐深测量中,最深采集到了3550米水深的南极海底底层海水样品。

专业组长庞云天告诉记者,“海洋六号”船此次开展的温盐深测量,通过写入的程序控制整套采水器系统,能获得由海面到海底预先设计不同深度的海水温度、盐度、声速、密度、溶解氧、流速及流向等一系列数据,结合对海水样品的室内化学分析,可以研究出这一区域海水的物理化学性质、水层结构和水团运动状况。

首席科学家何高文介绍,尽管南极海底都覆盖在冰冷的海水之下,但承载海水的海底表层受地心岩浆和板块运动影响,仍具有温度,测量不同地层深度的温度,对于了解地壳运动和地质变化具有重要意义。“我们这次选择的海域是一个古老板块曾经活动的区域,在南极海域板块中具有独特性。”

通过给南极“插管”“量体温”,以及“做CT”等先进的调查技术,“海洋六号”船执行的中国第33次南极科考航次,将获取到一大批关于南极海底地层结构、地质状况、环境变迁的基础数据,并进一步开展科学研究,这将为人类认识南极、了解南极积累丰富的资料。

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