李家彪院士：大洋中脊的秘密在哪里？
i海洋专访第12次北极科考队首席科学家 中国工程院院士 海洋地质专家 李家彪
人们意识到海底也有山脉
只不过100多年的时间
我们都知道陆地上最长的山脉是位于南美洲西部的安第斯山脉，长约8900千米。但是，要说地球上最长的山脉，恐怕很少有人知晓。因为它隐匿在深海，只有把所有的海水抽干，我们才能看到它，它就是洋中脊——分布在大洋中央的山脊。
如果我们从北极的海底出发，把加克洋中脊、大西洋洋中脊、西南印度洋脊、东南印度洋脊、太平洋一南极洲洋脊和东太平洋海隆视为一条连续的山脉，就形成了长约60000千米的洋中脊，长度大约是安第斯山脉的7倍！当之无愧是地球上最长的山脉。它虽然“隐身”于洋底，却是海底扩张和板块运动在地球表面留下的最直观、最壮观的痕迹。
大洋中脊——洋壳诞生的地方
陆地上的山脉多由板块挤压形成，洋中脊恰恰相反，它形成于板块拉张。大洋中脊的中轴线上坐落着众多的“火山口”。在那里，灼热的岩浆由地幔向上涌，逐渐冷却，结合周围已软化的岩石，形成新的洋壳。新生成的洋壳挤压大洋中脊两边已有的地壳，不断向外扩张，并最终在板块的交界边缘俯冲回地幔去。因此，洋壳在大洋中脊出生，在板块与板块的撞击中消亡。在过去的几十亿年里，大洋洋壳就这样的循环往复、生生不息。
科学家根据洋中脊的扩张速率和岩浆供给量的不同，将洋中脊划分为快速、中速、慢速和超慢速四种主要类型。其中，超慢速扩张洋中脊以西南印度洋中脊和北极的加克洋脊最为典型。
为什么要去北极？
作为“近北极国家”，北极的自然状况及其变化对中国的气候系统和生态环境有着直接的影响，开展北极研究对认识极地系统和整个地球系统都具有重要的科学意义。
第12次北极科考的航迹图
“十四五”期间，我国组织开展第十二次北极科学考察活动，搭乘“雪龙2”号破冰船，历时79天，航程1.4万海里，围绕应对气候变化、保护北极生态环境，在北极公海区域采取走航观测、断面调查等方式，获取北极海洋水文、气象、生物等数据资料。同时聚焦国际科学前沿问题，在加克洋中脊区域开展科学调查。
加克洋中脊深部探测计划Joint Arctic Scientific Middle-ocean ridge Insight Expedition（简称JASMInE），也是茉莉花的缩写。JASMInE航次的主要科学目标有三个：探测极慢速扩张洋中脊的地壳结构，发现极端环境下的热液喷口，以及伴随而来的极端生态环境。
为什么要去加克洋中脊？
因为加克洋中脊是世界上扩张速率最慢的洋中脊。世界各国的科学家在各种扩张速率的洋中脊上都有所研究，唯独在加克洋中脊这块地方是一片空白，因为它完全是被冰覆盖的。这块地方的作业冰区的冰基本上都是在八成以上，50%以上是十成冰。
北冰洋多年冰冰下的情况
什么是十成冰？指的是海冰的密度，也就是海区内海冰覆盖面积所占百分比。达到十成，即海冰密度达到了百分之百。海冰密度与冰层厚度、海冰温度，都是搭乘破冰船进行极地科考的基础参数。李家彪向i海洋强国号记者解释：“我们要探海底地壳有多深、有多厚，岩浆、热液系统等等，最精确的办法就是把海底地震仪（OBS）和海底大地电磁仪（OBEM）放到海底去。船上有一个气枪放炮来制造震源，间隔一段时间发一次震源，地震仪在地球深部接收到之后，就能像CT一样把海底的特征全部都呈现出来。但是设备扔下去好扔，回收却很难，因为冰是漂浮的。”“最后两个海底设备要返回的时候大家找了很长时间，大家都很焦虑，弄到最后都已经丧失信心的时候，发现了地震仪从前方冒出来，过了一会儿，发现屁股后面又有一个大地电磁仪也冒出来了。”虽然已经从北极返回，想到回收的喜悦，李家彪院士仍忍不住开怀大笑：“真激动，当场开了一个香槟！”
回收大地电磁仪（OBEM）的喜悦
在极地冰下进行地震测量，国际上许多专家都认为是不可能的。然而，借助全面自主研发的冰下海底地震仪、海底大地电磁仪、短基线定位系统、电视抓斗、自治机器人等关键技术设备，科考队形成系列冰区海底探测方法及作业规范，43台地震仪回收42台，6台大地电磁仪回收5台，回收率高达97.7%，打破了国际上北极高纬密集冰区无法开展海底地震仪探测的断言，标志着我国已完全具备高纬极寒密集冰区海底探测的自主作业能力。
北极探测结果挑战经典理论
北冰洋独特就在于它存在超慢速扩张洋中脊。地壳扩张速度越慢的地方，岩浆活动越不活跃，由于海洋地壳就是岩浆冷却形成的，因此在北极下，传统教科书上认为的地壳甚至可能不存在，也就是地壳-地幔的结构不存在。“北冰洋的工作来看的话，似乎不像教科书说得那么简单，海底地貌，我们做了精确的调查。海底以下岩石，我们做了一个CT。我们能发现并不像经典理论说的这个地方能直接看到地幔，我们没有，我们相反看到了很多比别的地方更厚的地壳。”李家彪说。通过海底地震仪和大地电磁仪的探测结果来看，加克洋中脊超慢速扩张区域的地壳的厚度并不是减薄，而是非常强的震荡，有的地方超过了正常厚度，有的地方稍微薄一些。“但是我们探测的这些区域绝对没有直接看到地幔，我们感觉挑战了过去西方主导理论的假述，目前论文正在撰写当中。”李家彪介绍。
海洋十年：研究北极，对提供环境解决方案意义重大
李家彪院士牵头、中国主导的“多圈层动力过程及其环境响应的北极深部观测”(ADOMIC，Arctic Deep Observation for Multi-sphere Cycling)国际合作研究计划获批联合国“海洋十年”项目。从北极回来后，李家彪团队发表了论文《洋中脊深部碳是如何循环的？》。他介绍：“北极是一个盆，上面有冰盖，里面的洋流很弱，但是下面有大量的热液活动，这个活动喷出来了很多带铁、锰的元素，在一个弱的环境下会聚集，铁和锰多的话会大量繁殖生物，有些寡营养区域通过铁施肥来增加生物的活跃程度，让它更多地固碳。在这个封闭的器皿里面，可以研究海底的活动如何影响到底层海洋，再影响到上层海洋，再通过冰盖影响到外面大气这个过程。”李家彪也提出，对于洋中脊深部碳循环机制的研究,不仅是了解地球深部一浅部物质和能量如何循环的重要窗口,也是我们应对气候变化，参与全球治理并发挥引领作用的重要抓手,具有广阔的发展前景。
北极熊出没的地方
除了条件艰苦、繁重的科考工作，第12次北极科考是历年北极科考中碰到北极熊最多的一次，共遇到16只北极熊。
李家彪回忆，过去是用直升飞机驱赶并发现熊，但这次设备很多，停机坪和机库都被装满了，所以每次做冰站工作，防熊的压力非常大。“只要熊靠近我们，我马上就收队。人在冰上走不快，一条楼梯又不能同时上很多人，所以弄几个队，防熊队在第一队，敲锣来吓走熊，同时也带了很多笼子下去，实在爬不上去就钻到笼子里面，先躲一躲再说。”李家彪回忆道。
特别希望年轻人一起开创美好的海洋！
在同事的眼中，李家彪是一位“对海洋事业作出突出贡献的普通人”。“院士不能把院士时间无谓的消耗在迎来送往上，你不能像老板一样，在家里运筹帷幄就行。”李家彪这样评价自己的院士工作。“因为海洋事业是一个观测事业，现场有很多不确定性，为什么船上要设置一个首席科学家呢，首席科学家就是要处理各种复杂海况，技术设备状态，和你的目标之间做出一个协调，所以科学家，尤其是海洋科学家，无论多大年龄，无论多大学历。都是要在第一线。”
北极科考的艰苦与压力，证明了中国人有在高纬度、低温、高密度冰区开展深度探测的能力，也为全世界其他的北极科考队指明了方向。
“海洋既是我的兴趣。也是我的未来和人类的未来，我也特别希望年轻的学者能够加入到海洋里面来，跟我们一起开创更加美好的地球，美好的海洋。”李家彪说。
本文来源：威海广播电视台海洋频道、i海洋强国号