地球科学发展的未来方向

作为一项国际合作，大洋钻探计划能够历经四五十年而不衰，动力从哪里来？关键在于它节节攀升、不断更新的科学目标。大洋钻探四大阶段，每进一个阶段制定一份新的科学计划，最近为2013—2023年新制定的IODP科学计划称为“照亮地球”，其中最“亮”的内容是“地球连接”或者称为“行星循环”。

人类生活在地球表面，但是生态环境变化的原因并不都出自地球表面。随着科技发展，20世纪60年代，人类终于能克服地心引力进入太空，又发明了遥感技术从空中观测地球；到80年代，出于对温室效应的忧虑，又开展了“全球变化”的研究，“上穷碧落下黄泉”地寻找二氧化碳排放后的下落。但是，从土壤到大气，从陆地到海洋，所有这些都还是在地球表层。近年来，越来越多的证据说明，地球内部的过程对表层有重大影响。迄今为止，人类对这些影响还缺乏认知。

决定人类生态环境的两大因素是水循环和碳循环，科学家成天在地球表面研究它们，殊不知更多的水和碳是在地球内部。可人类“入地”的能力远远不如“上天”，地球半径6 300多千米，地壳的厚度只占几十千米，而人类最深的钻井只打穿了12千米。地球的大部分属于地壳下面的地幔，它占地球体积的84%，地幔里的水和碳要比地球表面多很多倍。地球表面97%的水在大洋里，而地幔里的水至少相当于1.5到5.5个大洋。

再来说地球上的碳。虽然目前对地球内部碳总量的估值十分悬殊，至少相差20倍，但是怎么说都比地球表层的碳储量要高出几个数量级。当然，地球内部的水和碳的储存状态与地球表层不同：地幔里的水锁在矿物的晶格中，在高温盖压下的碳也是面目全非。例如，地幔中居然有个金刚石富集层，可惜人类没有本事进去开采。然而，地球内部的水和碳，是在和表层不断交换着的。通常火山爆发喷出的气体，60%是水汽，10%至40%是二氧化碳，但更大量的交换发生在海底。海底是“漏”的，大量的水和碳酸盐随着板块从深海底俯冲到地幔深处，又有大量的水和碳从地球深处冒出海底。海底的“二氧化碳湖”，“可燃冰”中的甲烷以及“深部生物圈”中的有机物，至少一部分碳来自地球内部。但是，这种交换并不平衡，从表层流进地球内部的水多、流出来的少，有人推测6亿年来地球表面的水流失了6%至10%。(www.xing528.com)

将地球表面和地球内部结合起来研究水循环和碳循环，这就是“行星循环”，也就是新10年大洋钻探的科学亮点。说到底，直接探测地球内部的唯一办法还只有打钻，而深海海底正是最贴近地球内部的地方。

当然，探索地球表层和内部的关系远不限于水循环和碳循环。例如，地球表面的海盆张裂、山脉隆起，这类构造运动的推动力就在地球内部，就在于地幔物质的对流。今天的亚洲和西太平洋之间，夹着一串从白令海到南海的边缘海，其成因就在地球内部：1.5亿年来估计有6万千米长的板块，沿着西太平洋边缘俯冲下去，形成了“板块的坟场”，随同带进来的水使这里的地幔运动格外活跃，以致上方的地壳张裂，形成了一系列边缘海。可见“行星循环”能为地球表面的许多现象提供钥匙，这也正是南海349航次科学目标的重点所在。