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应接实验钻探的,同济大学人深度插足

2019-10-12 00:49栏目:产品中心
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迎接科学研究的“中国学派”

6月11日,随着美国“决心号”钻探船缓缓停靠上海南港码头,由中国科学家建议、设计并主导,由2个航次组成、历时4个月的我国第三次南海大洋钻探科学考察圆满落下帷幕,解开南海形成之谜又获重要突破。这也是国际大洋钻探船首次停靠中国大陆港口。

汪品先

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在国际科学界,无论按科研投入、学术队伍或者发表论文计算,中国都已经名列前茅。接下来应该是量变到质变,成为创新强国;而学术上出现“中国学派”,应该是质变的标志之一。

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20多年前,我投了篇文稿给某国际学报。一位匿名评委认为此稿立题不妥,“你应该讨论区域问题,而不是全球问题。”这篇讨论“全球问题”的文稿,最后当然还是发表了,但这句话我永远不会忘记。几乎与此同时,我在上海组织和海参崴海洋科学家的双边论坛,俄方领队在会下对我说:“哇,你们谈的都是美国大科学家才谈的大题目!”是啊,大题目为什么我们不能谈呢?以后,这双边论坛就没有再举行。

12日,国际大洋发现计划中国办公室、同济大学联合召开新闻发布会,介绍此次南海新一轮大洋钻探的科考情况及多项重要科学发现。中国IODP专家咨询委员会顾问、中科院院士、我校海洋与地球科学学院汪品先教授,中国IODP专家咨询委员会副主任、中国海洋石油总公司原总地质师朱伟林,中国IODP专家咨询委员会副主任、南海IODP368航次首席科学家、我校海洋与地球科学学院翦知湣教授,南海IODP367航次首席科学家、中科院南海海洋研究所孙珍研究员等出席。

确实,在我所从事的地球科学里,既有区域甚至地方性的问题,又有全球性的问题。通常全球性成果着重创造性、理论性,含金量高;地方性成果或者为前者提供素材、验证结论,或者为当地应用所需,对创新的要求比较低。而这正是当前发展中国家和发达国家科学界的分野:前者输出“原料”,后者进行“深加工”,但发表的形式都是论文。几十年来我们习惯了“原料”输出,反正评奖升职讲究的是论文数量,“原料”和“深加工”是不分的。假如我们追求的只是论文数量,那不妨就安心于“原料输出”,把“全球问题”“大问题”留给发达国家。

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然而要做创新型科学,就不能只是输出原料。假如能够通过深加工提出创新观点,就可能形成自己的学派。科学创新要求有文化基础。

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青藏高原两边的东亚文化和欧洲文化,正是当今世界多种文化中的两大主流。现代科学产生于欧洲,占据着自然科学界的主导地位;而东亚文化的主体在中国,一旦也能成为科学创新的基地,必然产生自己的学派。

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在各门基础学科中,地球科学是最具有地区性的,从而为学派的产生提供了特殊条件。人类认识世界都是从自己身边开始的,地球科学产生于欧洲,不可避免地染有“欧洲中心论”的色彩,总是偏向于用欧洲发现的规律解释全球,而我们自己也长期习惯于奉欧洲为圭臬,与之不同的都算“例外”。

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以我从事的海洋地质专业来说,英美之间的北大西洋就被认为是海洋的标准。海洋如何产生是海洋地质的头号大问题,北大西洋海盆的张裂过程就成为全球海洋盆地形成的榜样。世界上也只有北大西洋的研究最为深入,于是大家都相信这就是真理。但这种情况是可以变的。

第三次南海大洋钻探包括IODP367和368两个航次,自2月8日在香港起航,共有来自中、美、英、德、法、意等14个国家的64名科学家参加,其中26人为中国科学家,来自国内13所高校和研究所,包括我校海洋与地球科学学院8位教师。367航次首席科学家由中国科学院南海海洋研究所孙珍研究员、美国加州理工学院乔安·斯道克教授共同担任。368航次首席科学家由同济大学翦知湣教授、丹麦与格陵兰地质学会汉斯·克里斯汀·拉尔森教授共同担任。拉尔森教授入选我国外国专家“千人计划”,现为我校访问教授。

探索海洋盆地的形成,最直接的办法是在深海海底打钻井。最近几年,在南海三四千米的深海底,大洋钻探计划用六个多月打了12个站位的深井,取上来300多米海盆张裂时的岩浆岩,使得南海成为世界上深部研究最好的边缘海之一。可是其研究结果却挑战了传统的认识:南海是西太平洋板块俯冲带的盆地,它的张裂机制和大西洋模型有着根本区别。南海不是个“小大西洋”。这次发现揭示了西太平洋和北大西洋的不同,从而为形成新的观点准备了条件。如果中国的学术界能够抓住这类自然条件的特色进行深入研究,将新发现提升到理论高度,经过努力就有可能出现自己的学派。

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40年前,李约瑟问道:“为什么科学革命没有在中国发生?”这话至今值得回味。仔细分析起来,中国古文化里确实含有不利于科学创新的成分,历史大浪淘沙的结果是中国当今在世界基础科学的舞台上处于被动地位。

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面对现实,当发现与前人所说不同时就有两种选择:一种是“削足适履”,尽量去凑乎原有模式;一种是根据新的发现,去完善甚至去纠正前人的模式。后一类的成果当然不容易发表,因为评审人一般都不喜欢反对派。

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因此还需管理层面出手,采取措施鼓励新观点甚至新学派的出现。至于科学家个人,两百年来我们对西洋文明的态度经常摇摆,不是崇洋媚外,就是仇洋排外。根源其实都是对“外”并不了解,只有知己知彼才能平起平坐,既不尾随紧跟,也不夜郎自大。别的学科我不敢说,中国的海洋地质起步晚,离国际引领层还有很长的路要走。只有放眼全球、起步足下,瞄准突破口、脚踏实地前进,才能实现中国梦、建立中国学派,决不要将标新立异与科学发展相混淆。

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这方面我国是有过教训的。改革开放初期,当国际上正在建立“板块学说”的时候,国内却关起门来,鼓吹“大地构造学派”的“百家争鸣”。这类现象今天当然不可能出现,但是当前国内评价系统贬值,“国际领先”的标签随意乱贴,还真要当心不要让历史重演。

翦知湣教授介绍,此轮南海大洋钻探聚焦南海扩张之前的大陆破裂,旨在探讨“陆地如何变成海洋”这一基础科学问题,同时也为南海北部油气勘探战略中的关键问题寻求科学答案。此次在南海北部海域一共钻探七个站位17个钻孔,总钻探深度达7669.3米,在其中六个站位成功获取2542.1米具有极高科学价值的沉积物、沉积岩、玄武岩和变质岩宝贵岩芯,为航次后续的深入研究打下了坚实基础。 六个站位由北向南依次为被动大陆边缘、陆洋过渡带、以及早期洋壳,所钻取的新生代沉积层基底,第一次发现南海前张裂和同张裂期的构造、沉积和岩浆活动。钻探结果显示,南海大陆边缘在始新世时已发生陆壳减薄和沉降,在渐新世的同张裂期已处于深水环境,并发生复杂的沉积和深海火山活动,稍后期的岩浆活动已具有典型洋中脊玄武岩特征。翦知湣教授表示,南海这种独特的“非火山型”张裂过程,明显不同于北大西洋伊比利亚-纽芬兰“非火山型”这一世界典型,由此揭示了南海不同于大洋模式的边缘海的张裂机制。南海的发现丰富了我们的认识,大陆破裂的机制有待重新评价。 此轮南海大洋钻探还发现了距今三千多万年的始新世深海底栖有孔虫,有望打破学界四十年来关于南海成因的观点:法国人提出印度的碰撞使印支半岛向南突出,推出了南海,原因在北边;英国人认为古南海向婆罗洲的俯冲,拉开了南海,原因在南边。南海大洋钻探的结果揭示了南海深海盆由东向西推进的记录,说明原因很可能在东边,这有待进一步研究和验证。

总之,华夏振兴既要有硬实力,又要有软实力。创造性文化是软实力的精髓。而在当代世界上,基础科学研究就是创新性文化不可或缺的组成部分。应该相信,在科学上只有建设独立发展能力,形成自己的学派,才会真正确立国际竞争力;在文化上只有将民族传统与先进科技相结合,而不单是重复先哲古训,才能在国际文化竞争中赢得主动权。

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《中国科学报》 (2019-05-13 第1版 要闻)

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在同日举行的学术论坛上,367、368航次的首席科学家、专家们介绍了科学发现,也回顾了中国加入国际大洋钻探计划近20年来,在深海研究领域所取得的重要进展。1999年,大洋钻探船“决心号”首次驶入南海,执行ODP184航次,实现了中国海区深海科学钻探零的突破。2014年和2017年,又在南海成功执行了IODP349、IODP367和368这3个航次。这四个大洋钻探航次,都是由我国科学家建议、设计和主持完成;而且在过去四年里,中国参加IODP“决心号”航次的人数仅次于美国,跃居第二。 科学家们表示,四次南海大洋钻探成功获取了反映南海深海盆长期演化历史的岩芯,从海盆如何张裂形成、海底如何扩张,到气候环境和沉积作用如何演变,均取得了一系列的突破性进展。这不仅使南海成为全球地质研究最好的边缘海之一,而且由此建立起我国具有国际水准的深海研究队伍,推动我国的深海科学进入深海研究的国际前沿,同时还推进我国对南海深水油气勘探的理论认识,从基础研究的角度为南海资源开发服务。 据介绍,中国IODP“三步走”战略目标已经确定:第一步,实现2至3个以我国为主的匹配性项目建议书航次;第二步,仿效欧洲,争取成为IODP又一个“平台提供者”;第三步,建造中国自己的大洋钻探船。此轮第三次南海大洋钻探圆满画上句号,标志着中国IODP“三步走”战略目标中的“第一步”圆满完成、“第二步”开始。 汪品先院士表示,半个世纪以来,国际大洋钻探一直是地球科学的最前沿,而当前国际深海研究经费支持发生困难,客观上为我国提供了良机,走“第二步”进入国际大洋钻探的领导层。我们要积极推进由我国执行的巽他陆架大洋钻探,建造国际第四个大洋钻探岩芯库和实验室,并且发起和主办大洋钻探新十年学术目标的国际讨论。争取2019年主办讨论科学计划的国际大会,与国际学术界共同制定新十年大洋钻探的科学目标,并由此得出对世界第三条大洋钻探船的技术要求。在此基础上,实现中国IODP“三步走”战略的“第三步”目标,建造国际大洋钻探船,从国际的最高层深海合作中脱颖而出,力争在2028年前后成为国际大洋钻探的重要领导力量,为我国建设“海洋强国”做出关键性的贡献。 此次“决心号”钻探船停靠上海南港码头3天时间内,中国IODP办公室和同济大学还联合举办“南海大洋钻探国际论坛”、中国大洋钻探成就展、公众参观“决心号”钻探船等学术和科普活动。

附:南海四次大洋钻探的科学收获

使南海成为全球地质研究最好的边缘海之一,可望成为国际海洋科学的天然实验室

南海具有先天的优越条件,但南海的深海研究严重空缺,四次大洋钻探取得重大进展:

1、改变了南海成因的原有观点,可望导致东亚和西太演变历史的重新认识。四十年来关于南海成因的观点来自欧洲:法国人提出印度的碰撞使印支半岛向南突出,推出了南海,所以原因在北边;英国人认为古南海向婆罗洲的俯冲,拉开了南海,原因在南边。大洋钻探的结果揭示了南海深海盆由东向西推进的记录, 说明原因很可能在东边。

2、揭示了边缘海张裂与大洋的不同模式。世界上被动大陆边缘张裂的模型来自大西洋,南海和北大西洋伊比利亚—纽芬兰边缘相似,都属于“非火山型”。但是大洋钻探结果表明南海张裂开时就是深海环境,岩浆活动也与大西洋不同,揭示了与大洋模式不同的边缘海的张裂机制。

3、提出了气候演变低纬驱动的新观点。南海深海沉积为季风气候的地质演变提供了几千万年的记录,通过大洋钻探发现了40万年的长周期。从南海出发与各大洋进行比较,发现这是低纬区水汽交换驱动的水循环和碳循环的周期性,从而提出了全球季风为标志的水循环假说,和以微生物碳泵为基础的溶解有机碳假说。

使我国学术界进入国际深海研究的国际前沿,与深海科学的各主要领域全面接轨

1、我国深海研究从古海洋学拓展到大洋岩石圈和深海沉积学等新领域。南海大洋钻探取自深海盆的岩芯,首次为大洋岩石学和深海沉积学提供了宝贵材料,使我国的深海研究从古海洋学拓展到大洋岩石圈的地球化学和地球物理研究,使我国的沉积学从陆地和近岸进入深海,从而覆盖了深海地球科学的各主要领域。

2、改变了我国固体地球科学重陆轻海的偏向,建立了国际水准的深海研究队伍。南海大洋钻探吸引了我国固体地球科学众多的学术带头人和青年学子“下海”,参加大洋钻探船上和陆上的国际合作,直接面对国际学术竞争,扭转了长期来海陆脱节、重陆轻海的偏向,在多个学术单位形成了围绕大洋钻探深海研究队伍。

3、确立了我国大陆在国际南海深海研究中的主导地位。大洋钻探是国际深海研究的“航母”,南海的所有四次大洋钻探航次全都是中国科学家提议、设计和主持完成的,其研究成果正逐步发表,保证了我国占领南海学术高点,确立了我国在南海的学术主导地位。

推进我国对南海深水油气勘探的理论认识,从基础研究角度为南海资源开发服务

1、提供了南海沉积盆地形成、演化的历史,和烃源岩形成的环境条件。油气勘探的地质研究着重在陆架和陆坡上部,大洋钻探从深海盆取得的地质记录,为南海石油勘探提供了不可替代的深部信息,深化了对南海沉积盆地成因的认识,揭示了油气生、储条件出现的地质背景。

2、澄清了油气勘探中地球物理信息的地质解释,确立了区域地层的标准剖面。深海油气勘探的地质判断,大量依靠地震剖面等地球物理的间接证据,而大洋钻探取得的岩芯,为地震剖面的地质解释提供了直接的地层检验,纠正了原有解释中的误区。

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