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收获三大成果,我科学家在南大西洋发现五个热液区和多个热液异常区

点击: 151 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-04-16

核心提示:中国“大洋一号”科考船的环球之旅,取得丰硕的科学成果。在南大西洋的正中央,大洋一号发现了多个新的热液区。

当地时间1月29日18时,经过45天的航行和海上作业,执行中国大洋第40航次任务的“向阳红10”船顺利抵达毛里求斯路易港,圆满完成“首秀”。<

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航次首席科学家陶春辉告诉中国海洋报记者,本航段自2015年12月16日从海南三亚起航,2016年1月到达西南印度洋作业海区开始作业,至26日完成航段作业任务,总计作业时间18天。其中,1月10日,我国自主研发的4500米级深海资源自主勘查系统“潜龙二号”进行了首次下潜。整个作业期间,AUV共完成了8个潜次的下潜。科考队还完成了7站CTD采水取样,23站电视抓斗、2条摄像观测和1个站位的深海原位沉积物微生物定值培养系统的布放工作。

我国研发的“进取者”深海底中深孔岩心钻机能到达4000米海底 图为进入海底地层以下20米取样

中国“大洋一号”科考船的环球之旅,取得丰硕的科学成果。在南大西洋的正中央,大洋一号发现了多个新的热液区。 去年12月8日,“大洋一号”从广州出发,不久进入印度洋开始作业,并于今年1月18日完成第一航段任务。接下来“大洋一号”进入南大西洋,并于2月27日完成第二航段工作抵达巴西。 “大洋一号”本次科考的首席科学家、海洋二所研究员陶春辉介绍说,“大洋一号”在南大西洋发现了5个热液区和多个热液异常区,表明南纬13—14度洋中脊段是一个极具前景的硫化物富集区。在南大西洋新发现的3个热液区里,大洋一号采集到大量硫化物、热液生物、热液沉积物、蚀变基岩等样品,拍摄了高清晰硫化物和热液生物等录像及照片。科考队员还首次在南大西洋观测到热液区双壳类、虾等热液生物。 据陶春辉介绍,我国首次在南大西洋中脊硫化物区成功实施高精度、高分辨率海底声学深拖作业,标志着我国洋中脊海底微地形地貌探测技术已达到国际先进水平。而我国自主研发的3500米无人缆控潜水机器人也完成了对南大西洋硫化物新区的探测工作,成功采集了海底硫化物和生物样品,同步拍摄了高清晰海底照片和作业全程视频影像。 热液区是近30年来国际海洋研究的热点。海底热液区的“黑烟囱”喷出了炽热溶液,沉积的硫化物体富含铜、铁、锌,还有少量的铅、银、金、钴等金属。在热液区还生活着耐高温高压的独特生态系统。据统计,从1977年以来,全球已发现160多处海底热液硫化物,其中40%左右位于国际海底区域。而全球约6万千米长的洋中脊只有约10%经过较为详细的调查。关键字:热液异常区

通过全体科考队员的不懈努力,中国大洋第40航次第一航段完成了各项作业任务,并取得了三大成果:

中国经济网3月11日讯 2015年3月2日,西南印度洋一场突如其来的大风浪,让“大洋一号”措手不及。阵风11级、浪高5.5米,达到台风级别,“大洋一号”只能选择停止作业,向北航行避风。这让中国大洋34航次首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所研究员陶春辉忧心不已,一个来回就是3天,完成第三航段任务的压力更大了。

一是“潜龙二号”海试成功,实现了我国自主研发AUV技术的重大突破。“潜龙二号”总设计师刘健说,“潜龙二号”在西南印度洋海上验收试验完成了潜水器航行及自主避碰能力、地形地貌探测能力、热液异常探测能力和光学探测能力的验证,并通过了海试现场验收。AUV首次获得洋中脊复杂地形近海底精细地形地貌三维图,发现断桥、龙旂海域热液异常点,获得洋中脊近海底高分辨率照片,并拍摄到硫化物、玄武岩、贝壳及鱼虾生物等,这表明“潜龙二号”具备了深海热液硫化物探测能力。

在距离祖国数万公里的西南印度洋,执行中国大洋34航次任务的“大洋一号”的工作模式是昼夜不休、24小时作业。时间紧、任务重,是船上科考调查队员共同的感触,也是我国在西南印度洋科考面临的现实:根据我国2011年与国际海底管理局签署的《多金属硫化物勘探合同》,15年合同期内,我国享有西南印度洋脊1万平方公里海域的专属勘探权,但在合同区勘查8年后,我国需放弃50%的面积,10年后要放弃75%面积,只能保留25%的面积。

二是新发现一处硫化物区。在距离龙旂热液区7.2公里的位置,科考队发现了一处新的硫化物区,采集到了硫化物烟囱体。初步估计,该硫化物区大小在100米×100米内。

“这意味着,我们需要尽快摸清这1万平方公里的情况,短短10年间,开展资源和环境评价并决定区域放弃,工作难度非常大。”陶春辉坦言,海底考察不同于陆地勘探,进度很大程度上受设备状况、海洋天气等未知因素影响。

三是“向阳红10”船首航成功。船长徐志凯介绍说,作为我国首艘由民营资本与国家资金共建的远洋科考船,本航次是“向阳红10”船的首次大洋科考,总航程7373海里。其间,船队密切配合,克服各种困难,动力定位81小时,安全、顺利完成了各项科考任务。

热液区意味着什么

陶春辉说:“本航段任务的顺利完成,得益于国家海洋局、中国大洋矿产资源研究开发协会的高度重视和有力领导,国家海洋局第二海洋研究所和浙江太和公司的精心组织和有力保障,各参航单位的大力支持,以及临时党委的正确领导;得益于科学规划、精心部署、高效实施和密切配合和全体科考队员的共同努力。期待大洋第40航次接下来的航段继续带来惊喜,取得更好成绩。”

2014年11月至2015年6月,我国大洋主力科考船“大洋一号”再次远征西南印度洋,执行中国大洋34航次科学考察,计划时间219天,航程约2万海里。几乎是在同时,2014年12 月至2015年2月,搭载我国首个载人深潜器“蛟龙号”的“向阳红9号”也在西南印度洋执行中国大洋35航次科考任务。多金属硫化物,是他们共同的目标。

海底硫化物资源主要集中在洋中脊和弧后盆地,是海底热液活动的主要产物,因其富含铜、锌、铅、金、银、铁等金属元素成为一种潜在的海底矿产资源,备受关注。热液活动与大洋洋中脊的扩张有关,新生洋壳物质沿着洋中脊扩张过程中会产生裂隙,海水沿着裂隙进入深部,会与周边围岩物质发生交换反应,变成富含金属的高温热液流体,在一定条件下热液从海底下部上升到海底表面堆积起来,就会形成 “黑烟囱”块体即硫化物。

海底矿产资源之丰富远超人们的想象。据国际知名的硫化物研究专家Hannington估算,全球海底多金属硫化物总含量达到10亿吨,铜和锌含量约3亿吨,与陆地上新生代块状多金属硫化物矿床发现的铜、锌含量相当。

“数年前的调查表明,在新几内亚海区正在勘探的索尔瓦拉海底硫化物1号远景区,样品中金的含量高达1515克每吨。”中国大洋34航次地质组组长、中国地质大学教授苏新介绍,6年前,全球仅发现100个左右的热液区,到2014年,已有300多个热液区被发现;而全球约6万公里长的洋中脊只有约10%经过较为详细的调查。

自2007年以来,中国大洋调查航次在西南印度洋中脊开展了5个航次共计12个航段的海底热液活动调查,共发现了10余处热液区,进入了全球海底热液考察的前列。继2013-2014年大洋30航次后,中国大洋34航再赴西南印度洋,对我国硫化物资源合同区进行勘探。

全球关注度不断提升

我国与国际海底管理局签订的西南印度洋1万平方公里多金属硫化物资源矿区专属勘探权合同,是自2010年国际海底管理局通过《多金属硫化物探矿和勘探规章》后接受和核准的第一份申请。

“第一个金属硫化物勘探合同”意味着什么?陶春辉表示,第一个合同给了中国,充分说明了我国的大洋考察实力已经得到国际认可,中国可以也应当为人类开发利用海底资源做出贡献;同时也意味着没有经验可循,科考任务更多需要在摸索中前行。

值得关注的是,目前全球已发现的300多个热液活动,超过60﹪分布在大洋中脊地区,其中40%位于国际海底区域。 国际海底区域面积达2.517亿平方公里,占地球表面积的49%,是国家领土、专属经济区及大陆架以外的海底及其底土,不受任何国家管辖。“这一广阔的海底区域内蕴着丰富的战略金属资源,随着深海调查技术的发展以及陆地矿产资源的日益消耗,海底矿产资源的勘探开发将成为现实。”陶春辉断言。

鹦鹉螺矿业公司是世界上第一家致力于深海海底矿产资源勘探的公司,该公司于2005年对巴布亚新几内亚专属经济区内的硫化物资源进行了商业勘探。截止到2011年12月,鹦鹉螺矿业已经获得汤加、斐济、所罗门群岛、新西兰和瓦努阿图等南太平洋[0.85% 资金 研报]岛国专属经济区内超过49万平方公里的硫化物勘探区。

海底硫化物资源的商业勘探在一定程度上推动了国际海底区域内硫化物资源调查的发展。2011年,国际海底管理局第17次会议相继核准了中国关于西南印度洋脊和俄罗斯关于北大西洋[2.57% 资金 研报]脊的硫化物矿区申请。2012年,韩国和法国成为第二批申请国际海底硫化物资源勘探权的国家,其申请区分别位于中印度洋脊和北大西洋中脊。德国和印度也相继申请了洋中脊硫化物勘探合同区。

“海底资源的国际关注度不断提升,基于我国当前的深海研究和技术现状,如何开展西南印度洋脊硫化物资源勘探和环境评价,并进一步带动超慢速扩张洋脊的基础科学研究,是我国目前面临的巨大机遇和挑战。”陶春辉说。

深海技术成为关键

“在调查程度低的区块开展综合异常拖曳探测调查,圈出矿化异常区;在两个已知矿化区及矿化异常区开展加密调查,圈出矿化区;在其他典型矿化区开展中深钻取样,以得到上述重点区域硫化物矿体浅表空间分布认识。”这是中国大洋34航次第三航段的目标。

要把这些文字变为现实,并不容易。

“海底热液喷口通常范围很小,只有几十米、上百米的范围,要在二、三千米深的海底下发现非常困难,而要发现非活动的热液区更是难上加难。”陶春辉向经济日报记者介绍,为探索海底,我国自主研发了电视抓斗、综合探测摄像拖体、超短基线系统等设备,并在“大洋一号”上得以应用,而着“蛟龙号”载人深潜器的试验性应用,我国海底探测的精确定点作业能力也有了较大提高。

综合异常拖曳探测调查,是了解是否存在矿化异常的基础手段,即由携带着照相机、摄像机及其他监测仪器的拖体,在距离海底3-5米的高度由船拖着慢速前进。大洋34航次第三航段热液异常组组长吴家林博士介绍,拖体上的绑定化学传感器、浊度传感器、甲烷探测器等仪器,可了解近底海水的pH值、浊度、溶解氧、氧化还原电位、硫化氢浓度等,以判断是否存在热液异常。

运用电视抓斗可以抓取海底表面样品,若要判断硫化物厚度和分布情况,则需应用钻孔方式。“我国自主研发的‘进取者’深海底中深孔岩心钻机能到达最大水深为4000米的海底,进入海底地层以下20米取样。4000米深海意味着将承受40兆帕的压力,相当于每平方厘米上有400公斤的压力。”大洋34航次中深钻组组长、北京先驱高技术有限公司工程师钟路介绍。

中深钻作业是中国大洋34航次的重头戏。2月22日,“大洋一号”利用“进取者”首次获取了“断桥热液区”岩心序列,这也是我国首次钻取海底热液活动岩心序列。“海底岩心进尺共10米多,这是我国在西南印度洋海底硫化物钻探取样最长的一次,”苏新介绍,表层样品中可见低温热液作用形成的蛋白石,下部有高温形成的黄铁矿,此外还有少数小型硫化物烟囱,这初步揭示了该区域有多次发育的热液活动,显示了较好的成矿条件。

载人深潜器的作用至关重要。“有了‘蛟龙’就能进行热液区的精细调查。‘蛟龙号’侧重定点突破,‘大洋一号’在更广的范围内进行面上调查。二者可以互为补充、互相支持,这也是他们共探西南印度洋的重要原因。”陶春辉结束在“蛟龙”号的工作后于2月7日转至大洋一号工作,在“向阳红9号”期间,他搭乘乘“蛟龙号”潜至海底亲自探索了4个热液区。

探索深海面临技术挑战。我国要在全球海底资源勘探中发挥重要作用,离不开深海技术的发展,“大洋一号”和“蛟龙号”还只是迈出了第一步。