在海洋地質學者眼中，一滴海水可能折射著許多參數(shù)信息，一顆砂礫可能蘊含著千萬年間的變換。
耕海探洋，時間在地殼上留下的痕跡盡收眼底，俯仰之間，探索的是海底千百萬年來的默默沉積。
曾志剛、孫衛(wèi)東、萬世明、高翔、張國良、張鑫、董冬冬……中科院海洋地質與環(huán)境重點實驗室（以下簡稱地質室）這些中青年一代的探索者們，站在老一輩科學家的肩膀上，摘下了一個又一個海洋地質學領域的桂冠，譜寫著海洋地質研究的新篇章。
引起國際學術圈“地震”的地震研究
板塊匯聚邊界—俯沖帶是地球上構造活躍、礦產資源豐富、地震和火山等自然災害頻發(fā)的地帶。國際上的傳統(tǒng)觀點認為，大地震發(fā)生于“強”斷層。
2014年，海洋所地質室研究員高翔通過對全球多處俯沖帶斷層強度及最大地震震級的對比研究發(fā)現(xiàn)，大地震更易發(fā)生在俯沖斷層強度較弱的俯沖帶，首次提出“光滑的板塊俯沖造成弱斷層，相對于粗糙的板塊俯沖更易引發(fā)大地震”的全新理論。這一顛覆傳統(tǒng)的研究很快引起了國際學術圈的“地震”，《科學》期刊曾評價，“這一結果可以直接應用于地震和海嘯的防災減災工作。”
2017年，他又提出“大地震與其下方的慢地震在斷層流變特征上是分離的，慢地震的發(fā)生受地幔楔角附近特殊的地質條件控制”理論模型�！蹲匀弧穼徃迦嗽u價，該研究是全新的理論模型，必將引起眾多俯沖帶研究學者和斷層機制研究學者的極大興趣。
海底板塊俯沖不僅是重要的板塊構造驅動力之一，也構成了地球上大規(guī)模的物質循環(huán)（包括碳循環(huán)），其中二氧化碳可能對巖漿的形成起到關鍵作用。但由于長期以來并未得到研究證實，因此，深部碳循環(huán)與地幔來源巖漿之間的關聯(lián)一直不明。
海洋所研究員張國良等科研人員在科學考察中，于南海首次發(fā)現(xiàn)了碳酸鹽化巖漿，證實堿性玄武巖可以直接由火成碳酸巖演化而來。這不僅為揭秘深部碳循環(huán)打開了一扇窗，還將推動有關深部碳對巖漿活動、地表環(huán)境的影響等相關研究。他們關于揭示南海地幔組成本質的成果入選2018年度“中國十大海洋科學進展”。
在漫長的地質歷史時期，地球板塊俯沖樣式隨著地幔溫度降低發(fā)生過重要的轉變。這對大陸地殼的演化、造山作用的過程、地幔的熱狀態(tài)變化以及地球內部物質循環(huán)等都有非常深遠的影響。
海洋所博士后劉鶴，海洋所深海極端環(huán)境與生命過程研究中心主任、研究員孫衛(wèi)東通過研究指出，板塊俯沖樣式從地球早期的間歇式俯沖轉變?yōu)槌掷m(xù)性俯沖會加快地幔的降溫速率，造成堿性玄武巖在全球范圍大量增加，進而通過統(tǒng)計學手段首次確定地質歷史時期的持續(xù)性板塊俯沖作用開始于21億年前。
中國科學院院士李曙光曾說：“板塊構造學說自20世紀60年代確立以來，經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展。但是板塊構造的起始時間與樣式轉變時間等問題，至今仍未得到解決。這項研究為板塊構造樣式的轉變時間及其對地幔熱狀態(tài)的影響等問題提供了重要證據(jù)。”
同年，劉鶴、孫衛(wèi)東等人根據(jù)海水、蝕變洋殼具有極低的Th/U比值的特點，結合板塊構造理論，首次以全球弧巖漿巖的Th/U的變化限定了地質歷史時期兩次全球性氧化事件的發(fā)生時間，得到了國內外地學工作者的高度評價。
海洋所地質室副主任、研究員董冬冬作為首席科學家設計完成了國內首個西太平洋雅浦俯沖帶綜合地球物理科考航次，在該區(qū)初步構建了國內領先的綜合地球物理觀測網(wǎng)絡。首次發(fā)現(xiàn)雅浦弧前區(qū)域發(fā)育大型滑塌體，并通過俯沖侵蝕研究推斷出產生滑塌的原因。
精進探測技術 發(fā)展海底熱液地質學
在當今海洋科學研究中，海底熱液地質過程及其資源環(huán)境效應是前沿熱點之一。
有關它們的形成過程和流體條件等問題長期存在爭議，學界對熱液流體的深部循環(huán)及其物理、化學變化的認識不足，更不了解斷裂構造、巖漿活動、流體—巖石相互作用、沉積物和海水等因素對海底熱液產物的形成和保存的多重約束，這嚴重制約了對海底熱液產物形成機理及其硫化物資源潛力的認知。
針對海底熱液系統(tǒng)及其成礦控制機理問題，海洋所地質室主任、研究員曾志剛及其合作者首次對全球范圍內的海底多金屬硫化物進行了系統(tǒng)的Re-Os含量及其同位素組成研究，發(fā)現(xiàn)海底多金屬硫化物中Re和Os主要來自海水。明確玄武巖為洋中脊硫化物等熱液產物的形成提供了硫和鉛，發(fā)現(xiàn)硫、鉛源以及流體過程是控制硫化物中硫和鉛同位素組成的關鍵因素。
針對熱液地質過程對海底環(huán)境的影響機理的問題，他們從硫化物、熱液柱、海底生物等多個角度評估熱液活動的熱—質通量及其資源潛力，突破了限制掌握硫化物資源潛力的關鍵瓶頸。
同時，還發(fā)展出海底熱液活動及其硫化物資源調查新模式與方法，指導沖繩海槽深海熱液活動綜合調查并開拓海底熱液活動研究新區(qū)，填補了中國在弧后盆地熱液地質過程基礎研究及硫化物資源調查的空白，推動了海底熱液地質學的發(fā)展。
由于深海壓力、溫度、腐蝕性等條件帶來的困難和挑戰(zhàn)，現(xiàn)階段對深海冷泉/熱液噴溢活動依然缺少直接、有效的原位探測方法。
海洋所研究員張鑫等人研發(fā)出深海激光拉曼光譜原位定量探測系統(tǒng)和系列化的拉曼探針，及深海綜合取樣系統(tǒng)，解決了研究深海冷泉、熱液系統(tǒng)原位探測與精準取樣難題，為深海冷泉、熱液系統(tǒng)的演化，海底天然氣水合物的快速形成機制等科學問題的研究提供了原位數(shù)據(jù)和樣品支持。
基于“科學”號科考船在2016年深海熱液航次中，科考隊員利用深海原位拉曼光譜探針采集的數(shù)據(jù)資料，張鑫、孫衛(wèi)東等在1400米深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)了噴發(fā)含有超臨界二氧化碳流體的熱液噴口。這是第一次在自然界中發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳。
熱液所特有的化能生物群落具有不依賴陽光和嗜熱特性，深海熱液系統(tǒng)被認為可能與地球上初始生命產生的環(huán)境類似。但熱液流體中缺少氨基酸的關鍵元素——氮，此次發(fā)現(xiàn)為地球早期從無機到有機的過程提供了絕佳反應介質。
基于這項科研成果，他們提出了新的地球生命起源假說：地球早期，存在于海洋與大氣交界面的超臨界二氧化碳層富集大量氮氣，并與海水和露出海表面的巖石礦物結合，催化產生有機物，成為生命源頭。
面向國際前沿 尋找西太規(guī)律
海洋是古老的，更是神秘的，她的每一道褶皺都暗藏玄機，每一次變化都可能引發(fā)令人意想不到的蝴蝶效應。
海洋所地質室副主任、研究員萬世明等正是循著冰期二氧化碳的變化痕跡，追溯到了“那只撲閃翅膀的蝴蝶”。
在過去80萬年以來，二氧化碳在調控氣候變化中扮演著關鍵角色。但科學家發(fā)現(xiàn)，冰期的二氧化碳含量比間冰期低得多，冰碳共同變化的原因成了近20年來國際學術界爭論的焦點。
萬世明等人在西太平洋邊緣海的研究揭示，冰期低海平面時期的低緯陸架硅酸鹽風化增強是重要的碳匯，且在全球尺度上可貢獻9%冰期降低的大氣二氧化碳，這是冰期—間冰期碳循環(huán)中不能被忽略的重要機制。這在國際上是首次提出冰期低緯陸架沉積物風化增強的礦物地球化學證據(jù)，修正了此前“硅酸鹽風化在軌道時間尺度對碳循環(huán)影響可忽略”的認識。
近些年，海洋所立足國際地球系統(tǒng)科學前沿和國家重大需求，瞄準西太平洋作為地球系統(tǒng)窗口所擁有的科學價值及地域優(yōu)勢，聚焦海洋地質過程及其資源環(huán)境效應這一重大基礎性科學問題，通過多學科、跨尺度綜合研究，服務西太平洋的氣候、環(huán)境、災害、資源、國家安全等重大需求，形成了我國基于“科學”號科考船的完整海洋地質地球物理調查體系，成功構建了淺海和深海，海岸帶、近海與大洋、極地相結合的全球海洋地質研究格局。
如今，海洋所已成長為國家海洋地質基礎理論和海底資源開發(fā)利用及其相關領域科技創(chuàng)新、成果轉化的重要基地，海洋地質人才培養(yǎng)和學術交流的開放、共享平臺，為實現(xiàn)海洋強國國家戰(zhàn)略提供了重要的科學支撐。
海洋地質學科的研究隊伍正在不斷壯大，有老一輩科學家的鋪路，有學術骨干的引領，有新鮮血液的加入，相信他們一定能取得更多更好的成績。