大洋钻探系列之二IODP 342航次是干什么的？（上）

本文简单介绍一下大洋钻探IODP 342航次，从中，我们一窥大洋钻探航次的风采。

IODP342的航次报告在网络上可以下载，英文名字叫《Integrated Ocean Drilling ProgramExpedition 342 Preliminary Report》，航次研究的主要内容是纽芬兰海域古近系沉积物堆积体（Paleogene Newfoundland Sediment Drifts）。纽芬兰岛是北美大陆东海岸的大西洋岛屿，属于加拿大，世界15大岛，其东南有沿岸长800千米、宽320千米、平均深100米的纽芬兰浅滩。

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根据航次报告，航次的首席科学家由美国斯克里普斯海洋研究所Richard Norris 教授和英国南安普敦大学Paul Wilson教授担任。来自美国、欧盟、日本、澳大利亚、新西兰、韩国、印度和中国共30余位科学家参加了航次。中国科学家仅有1名，是搞有机地球化学（Organic Geochemist），名字叫Zhonghui Liu，来自香港大学。

刘同学于5月30日由香港飞往百慕大岛，在百慕大岛上船，途经新泽西外海停留以测试监测大陆架斜坡稳定性的新型装置（MDHDS），于6月15日左右到达纽芬兰海域，进行海上取芯工作，由于有船上科学家身体不适，于7月30日提前到达圣约翰，于8月2日由加拿大纽芬兰圣约翰回香港，历时两月有余。

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航次报告与国内大洋报告的结构类似，摘要，实施计划，各取样站的计划和成果，各取样站的现场记录，附图附表。

IODP342 航次目的是在大水深范围内（U1403-U1411 号站点）获取沉积率异常高的古近纪沉积序列，捕捉西北大西洋深深层西部边界流（Deep Western Boundary Current）下方海洋化学和翻转环流的沉积和地球化学记录。此外，还专门用两个作业日对运动解耦液压输送系统（Motion Decoupled Hydraulic Delivery System，MDHDS）开发工具（U1402 号站点）进行了海上试验。

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翻转环流是指大西洋经向翻转环流”（AMOC,Atlantic Meridional Overturning Circulation）。海洋环流系统中，AMOC表现为海洋表层环流由南半球穿过赤道流向北半球而海洋底层环流流回南半球，它携带热带温暖的海水向北前往北大西洋，又将北大西洋底层的冷水运向赤道。这在现代气候突变事件中起着重要作用，包括亚洲季风环流变化都认为与此密切相关。因此AMOC的变化机制和预测是当今海洋学和气候变化研究的热点问题。

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西边界流（western boundary current）是边界流的一种，沿大洋西部边缘大陆坡的狭窄地带，向高纬度方向流动的海流，具有高温、高盐、水色高和透明度大的特征，且在流动过程中产生强烈的侵蚀和搬运作用，在大西洋西部形成一系列与海岸平行或斜交的沉积脊。它的形成是由于科里奥利效应，当信风流抵达各大洋西部之后，一部分汇入赤道逆流，大部分沿着大陆边缘向高纬度方向流动，而成为近岸水系和大洋水系之问的边界。

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航次9个站位（U1403-U1411），每站都有2或3个平行孔，岩芯总长度达到 5700 米。这些站位都位于纽芬兰海域受深层西部边界流影响的古近系（Paleogene）沉积物堆积体。这些堆积体的沉积速率比该时期一般深海沉积物的沉积速率（0.5-1 cm/kyr）要高得多，使得获取高分辨率的古海洋/古气候的样品。取自于较南边（J Anomaly Ridge）的岩芯（U1404-1406）的最大沉积速率发生在晚渐新世-早中新世时期，达到10 cm/kyr (U1405). 北边孔位（Southeast Newfoundland Ridges）的岩芯（U1407-U1410）的最大沉积速率发生在中晚始新世, 达到2.8 cm/kyr。

IODP342考察主要目的是参考最近获得的赤道太平洋碳酸盐补偿深度高保真记录，重建北大西洋古近纪碳酸盐补偿深度（CCD）。位于最深水域的站点（U1403 站点）在 50 m.y. 前的古深度约为 4.5 km，而位于最浅水域的站点（U1408 站点）可追溯到同一时期 2.5 km 的古深度。这些地点的组合产生了从海洋深渊到中层水深的 2 公里深度范围内的 CCD 变化历史记录。

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碳酸盐补偿深度（carbonate compensation depth）是指海洋中碳酸钙（生物钙质壳的主要组分）输入海底的补给速率与溶解速率相等的深度面，也称碳酸钙补偿深度。碳酸盐补偿深度，英文名称为carbonate compensation depth（CCD），是指海底富含碳酸盐的沉积和非碳酸盐沉积之间的岩相界面。海水到达某一深度时，碳酸盐的补给速率和溶解速率可大体得到补偿。它是海洋中的一个重要物理化学界面。海水表层碳酸钙是饱和的。随着水深增大，由于温度降低，CO2含量增加，碳酸钙溶解度增大，至某一临界深度，溶解量与补给量相抵平衡，这一临界深度就是碳酸钙补偿深度。

最后说说运动解耦液压输送系统（Motion Decoupled Hydraulic Delivery System，MDHDS），如下图，这个系统的主要目的是在钻探时实现钻具与钻探船的分离。

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