“喬迪斯·決心號”海洋鑽探船或終結使命，何因？

在這世上，我最喜歡的地方並非固定不變。它是“喬迪斯·決心號”，一艘由國際資助的研究船，在服役期間持續移動，從南極深處到北極高處。

自 1985 年以來，在這個獨一無二的遠洋實驗室進行的科學考察已經鑽探了 230 英里（370 公里）的沉積物和巖芯——長圓柱形樣本，爲了解海底提供了獨特視角。這些巖芯來自上千個不同的地點，使世界各地許多大學的科學家能夠探索地球內部的變化。

它們還提供了一扇瞭解我們星球歷史的窗口。海底保存着一個地質圖書館，記錄了數百萬年的氣候變化和演化。

可悲的是，被稱爲 JR 的“喬迪斯·決心號”可能已完成最後一次航行。2024 年 8 月 2 日，它停靠在阿姆斯特丹，目前沒有明確途徑籌集每年 7200 萬美元的運營所需資金。這筆資金的大部分來自美國國家科學基金會，該基金會在 2023 年宣佈2024 年之後不再爲 JR 提供資金，因爲國際合作夥伴的捐款跟不上成本的上升。船員們已經開始從船上拆除科學設備。

國家科學基金會表示，它將支持利用現有的巖芯樣本進行正在進行的研究，並與科學家合作規劃科學海洋鑽探的未來。但對我和許多其他科學家來說，與諸如日本 2011 年的東北-沖繩地震這類大地震造成的損失相比，其估計損失達 2200 億美元，或者氣候變化造成的數萬億美元損失，JR 的運營成本微不足道。海洋巖芯研究幫助科學家瞭解此類事件，以便社會能夠爲未來做好規劃。

沒有其他船隻具備 JR 的能力。這艘船長 469 英尺（143 米）——比一個足球場長 50%。它有超過 5 英里（8 公里）的鑽桿，將船與海底及其以下的地層連接起來，使其能夠從海底將巖芯樣本提升到船上。

JR 的動態定位系統使其能夠一次在一個地點精確固定數天或數週。世界上僅有另外兩艘船具備此能力：“地球號”，一艘由日本在日本海域運營的更大的船隻，以及一艘新的中國鑽探船，名爲“夢想號”。

我在“喬迪斯·決心號”上度過了八次爲期兩個月的考察，主要是在靠近兩極的高緯度地區探索過去的氣候。每次航行都有大約 60 名科學家和技術人員以及 65 名船員。一旦船離港，每天 24 小時不間斷作業。我們都輪班工作 12 小時。

這些航行可能會十分艱苦。不過，通常情況下，新的且常常出乎意料的發現所帶來的興奮，以及與同行參與者之間的情誼，會讓時間飛逝。

早在 20 世紀 60 年代，地質學家就開始明白，地球的大陸和海洋並非是靜止的。相反，它們是地殼和上地幔中移動板塊的一部分。板塊的運動，尤其是它們相互碰撞的地方，會引發地震和火山。

海洋沉積物巖芯能夠深入地殼一英里甚至更深。它們提供了唯一的機會來研究構造板塊相互作用的連續變化，研究氣候和海洋演化，並探索陸地生命的極限。以下是這些過程的細節開始浮現的四個方面：

構造板塊的形成

大洋地殼與大陸之下的地殼存在根本的差異。當我在 20 世紀 70 年代第一次瞭解到它時，其形成和結構的模型很簡單：

– 熔岩從海底火山鏈（稱爲洋脊）下方的岩漿房中升起。

– 它傾瀉到海底，形成一種深色、通常呈玻璃狀的火山岩，稱爲玄武岩。

– 在更深層、緩慢冷卻的岩漿室內，結晶礦物得以形成，從而造就了質地類似於花崗岩的岩石。

– 數百萬年來，這片新的地殼從洋脊處移開，變得更冷更緻密。

但由“JOIDES 決心號”所取回的巖芯，以及使用被稱爲潛水器的水下機器人的研究表明，這種觀點是不準確的。例如，它們表明海水在地殼中循環，改變了其成分和海水本身的化學性質。

巖芯研究還表明，地球的地幔——被認爲處於地表深處的基礎——在巨大的、以前未知的斷層帶上移動，並向上延伸到海洋地殼的表面。地幔可能爲生命的起源提供線索。

這些見解改變了科學家對我們星球結構的基本理解。

海洋地殼中的氣候記錄

我特別感興趣的是在海洋地殼上堆積的沉積物。這些沉積物包含浮游生物的微小微化石，包括像硅藻和顆石藻這樣生活在海洋表面或附近的生物。當它們進行光合作用時，它們從大氣中吸收二氧化碳，併產生我們呼吸的所有氧氣的一半。

浮游生物的種類會隨着海水的溫度和化學成分的變化而變化。當它們死亡並沉入海底時，就保存下了過去氣候的極佳記錄。科學家利用它們來了解地球過去的氣候是如何變暖又變冷的。

另一個信息來源是從正在融化的冰山掉落的沉積物。冰川在陸地上流動時會捲起岩石。當它們到達大海時，部分會斷裂成爲冰山。當冰暴露在較溫暖的海水中時會融化，岩石則沉到海底。這些沉積物中的岩石堆積物是過去冷暖氣候之間過渡的記錄。

板塊的破壞和循環

太平洋的大部分地區以及大西洋的一些區域位於被稱爲匯聚邊緣的地帶，在那裡，構造板塊相互擠壓。這個過程迫使一些洋殼和沉積物進入地球內部，在那裡融化，最終循環形成新的地殼，通常表現爲火山的形式。

沿着這些邊緣的巨大斷層會引發強烈的地震，例如 2011 年日本東海岸的東北-沖繩地震。巖芯在這些斷層附近採集有助於科學家弄清楚造成這些事件的力量。它們還創造了開口，可插入儀器以監測未來的地震。

從匯聚邊緣地區回收的巖芯也開始揭示火山是怎樣形成的，以及它們如何通過產生二氧化碳排放來調節長期的氣候變化。

陸地生命的極限

20 世紀 70 年代末，在太平洋洋殼形成的區域發現了奇特的新型海洋生命形式。在板塊邊界，冰冷的海水通過地殼裂縫向下滲透。在那裡，它被熾熱的岩漿重新加熱，並通過科學家稱爲熱液噴口的開口向上噴射。

熱水中含有礦物質，當它們接觸到冰冷的海水時冷卻，並在噴口周圍硬化成煙囪狀結構。包括微生物、貽貝和管蟲在內的數百種生命形式在這些結構上定居，在高壓且溫度高達 248 華氏度（120 攝氏度）的區域附近蓬勃生長。

JR 取芯隨後揭示了其他在海洋底層深處處於極度缺氧和能量匱乏條件下生存的生命形式。科學家對這些生物的多樣性以及它們在充滿挑戰的環境中生存所使用的代謝策略幾乎一無所知。瞭解它們如何茁壯成長可以爲前往其他行星的任務提供信息，例如土星的衛星土衛二和木星的衛星木衛二，這些衛星有可能支持生命的地下海洋。

美國國家科學基金會已經成立了一個委員會，來考慮新的鑽探船應具備哪些能力，國會可能在 2025 年爲更多的 JR 探險活動提供資金。鑑於科學家們對地球歷史仍有很多不瞭解的地方，以及人類在適應氣候變化方面面臨的挑戰，我和我的同事們希望“JOIDES 決議號”能夠再次啓航，並且最終會有一艘新船承擔起它的使命。