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幔游”课题组

"Rocking Mantle" Group





IODP 391航次科学家王小均博士手记

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    2021年11月初,南非突发新冠病毒新变异毒株奥密克,一时间全球陷入新一轮恐慌,多国向南非实施旅行禁令。然而,国际大洋发现计划(IODP)探索深海的脚步并未因此而停下。1211日,“决心号”载着来自全球多国的二十余名科学家从南非开普敦驶向南大西洋,追寻沃尔维斯海岭(Walvis Ridge)形成的真相,开始执行IODP 391航次。尽管出发前大家为疫情防控做了充分准备,但钻探船到达第一个站位时发现数名船员感染新冠,“决心号”被迫返航开普敦。当他们再次启航时,时间比原计划推迟了近20天。在接下来有限的时间里,391航次船上与岸上科学家们通力协作,克服重重困难,努力完成航次科学目标。这种团结奋斗的精神值得学习,在此,我们分享“幔游”课题组王小均博士撰写的航次手记,分享他参加航次的全过程。


    南大西洋沃尔维斯海岭是一个长度约3300公里的热点火山链,起始于非洲大陆西南部约~132 MaEtendeka大火成岩省,向西南方向一直延展至Tristan da CunhaGough火山岛。前人基于对拖网和DSDP 74航次钻探取得的玄武岩样品研究发现该火山链的年龄从北东至南西方向逐渐变新。该热点火山链形成过程中曾与大西洋洋中脊发生热点-洋中脊相互作用。在约70 Ma时,沃尔维斯海岭分裂成两条(或三条)不同的海山链,并逐渐远离大西洋洋中脊,从而构成现今所见的最宽的热点火山链(垂直于海山链总体展布方向可达400公里)。厘清沃尔维斯海岭这一时间跨度大、展布最宽、具有独特的“三链?”展布的热点火山链对于理解全球地幔柱-热点系统至关重要。


图1 南大西洋沃尔维斯海岭分布图及原计划钻探孔位(红色圆点)


        IODP391航次Walivis Ridge Hotspot, 沃尔维斯海岭热点)计划在沃尔维斯海岭钻探6个孔位(图1中红色圆点位置)获取基底玄武岩,主要科学目标是:

(1)检验沃尔维斯海岭是否严格遵循年龄从北东到南西方向逐渐年轻的趋势(即热点火山模型)?是否有微板块或大陆残片作为该海岭的重要组成部分?

(2)检验沃尔维斯海岭在经历热点-洋中脊相互作用阶段之后是否分裂成三条同位素组成不同的海山链,如果是,这种同位素组成上的“三分带”特征是否体现了地幔柱分带?是否与地幔柱起源于核幔边界的LLSVP(大型剪切波低速异常区)边缘有关?

(3)用古地磁数据追踪潜在的热点古纬度变化,探索热点古纬度变化的诱因是热点漂移还是真极移或二者的共同作用。


    航次由美国“决心号”钻探船负责实施,航次首席科学家为美国休斯顿大学William Sager教授和德国基尔赫姆霍兹海洋研究中心Kaj Hoernle教授。


图 2 启航前上船科学家在南非开普敦港口合影


       IODP 391航次于20211211日在南非开普敦港口启航(图2),1215日到达第一个站位(CT-04A)准备钻探,随后发现数名船员新冠核酸检测呈阳性,“决心号”被迫返航开普敦。1220日,到达开普敦港口,感染人员下船至酒店隔离,其余人员继续在船上为再次启航做准备。1229日“决心号”再次启航。由于航次实际执行时间比原计划缩短20余天,无法完成原计划6个站位的钻探,经航次科学家商讨后实际完成了4个站的钻探,于202225日在南非开普敦靠港结束。

    中国IODP派出浙江大学李春峰教授和我参加该航次。但由于航次执行前夕(202111月底)南非突发新冠病毒新变异毒株奥密克,受国际旅行限制,李春峰老师和我最终未能前往开普敦,非常遗憾未能上船和其他科学家一起工作。幸运的是,在IODP和中国IODP办公室的共同努力下,我们最终仍然能够和其他上船科学家一样在岸上参加航次相关工作以及航次结束后的研究工作。

    我在IODP 391航次中被分配至“Igneous Geochemist”工作小组(火成岩地球化学组),主要完成火成岩样品的地球化学分析测试和地球化学数据处理、作图、解释等相关工作。在航次执行初期我与同小组的其余3位学者(分别是来自美国的Cornelia Class教授、德国的Stephan Homrighausen博士、日本的Yusuke Kubota博士;受疫情影响最终只有Yusuke Kubota博士顺利上船)共同完成了ICP-AES分析火成岩样品的详细分析方法,搜集整理了前人对沃尔维斯海岭拖网样品的分析数据,并选择了合适的标准样品用于船上对未知样品分析数据的质量监控。在航次获得基底火成岩岩芯后,船上的Yusuke博士第一时间将完成分析测试和初步校正的地球化学数据发送给我们三位未能上船的学者,然后我们四人结合其他基础资料(岩芯资料、岩相学描述资料、手持式XRF数据等)进行数据分析、作图和航次相关报告编写等工作。


图3中国科学家参加远程视频讨论会(一排左二为王小均博士)


    虽然我最终未能登上“决心号”与他国学者一起工作,但幸运的是仍能以岸上科学家的身份全程了解航次进展并尽最大可能参与到航次的相关工作中。从最初申请参加航次到最终完成航次的整个过程中,我对IODP有了更深入的了解,学到了很多关于航次和自己所从事专业的知识,受到了合作共赢、共同拼搏、坚持不懈的精神鼓舞。现将感受最深的几点总结如下:

(1)深入、高效、共赢的合作

  这里以我们火成岩地球化学小组为例。我们小组一共4人,其中3位因疫情原因未能登船,而4位学者处于不同的时区,给完成航次相关的工作带来许多困难。我们4人各自提供可行的建议,并通过电子邮件、Slack和视频会议等多种方式进行沟通(图3),在航次staff scientist的协助下我们形成了高效的工作方式。4位学者均把团队的工作效率和工作质量放在第一位,各自克服时差等原因带来的困难,最终圆满地完成了相关的工作。在航次执行初期,“决心号”上制备熔融玻璃片的仪器温控系统发生故障无法维修,我们4位学者一起讨论了如何通过改进熔融玻璃片的制备方法来克服仪器故障带来的问题,最终解决问题并获得了符合要求的地球化学数据。总之,在航次执行过程中各个团队之间和团队内部均频繁地进行了深入的交流,从而形成了十分高效的工作模式,每个人在发挥自己作用的同时也从别人身上学习到很多知识。

(2)坚持不懈的奋斗精神

        一方面,在航次的执行过程中,无论是首席科学家还是科学家团体或技术人员等团队,大家都在为了完成航次的科学目标而不懈努力。特别是391航次执行前期,“决心号”刚到达第一个钻探站位船上就出现了新冠疫情,航次工作不得不立即停止而被迫返港。这对于船上人员来说是巨大的打击,但是大家并未气馁,而是继续做好再次启航钻探的各项准备工作。在经过十余天的艰难时期后“决心号”再次启航。整个航次的人员无论在什么岗位,都自觉担负起了在剩下的有限时间内尽可能完成最多的工作量,从而尽可能实现航次的科学目标。另一方面,每一位科学家团队成员从开始申请参加航次直到航次执行都坚持不懈地付出了许多的努力。受疫情影响,航次推迟一年,大家仍然热情高涨,积极完成航次的各项前期工作。特别是对于航次首席科学家们而言,为了执行一个航次,他们往往需要付出数年的努力,这种科学精神更值得我们年轻学者学习。

(3)未来合作的孵化器

    能有幸参加航次对科学家团体中的每一位成员来说都意味着丰富的合作机会,而且这种合作既包括同学科方向又涵盖了多学科交叉。航次的执行为大家在未来的科研生涯中进行长期稳定的合作提供了极好的机会和平台。特别对于我们青年学者,参加航次让我们有机会与一些世界顶尖科学家接触和深入交流,将一生受用。


    最后,感谢中国IODP办公室工作人员自我申请航次以来一如既往的热心帮助。预祝IODP 391航次后续研究取得重要进展,期望更多的中国科学家有更多的机会参加IODP航次,祝愿祖国的海洋事业更加繁荣昌盛。