INDEPTH项目20年:移动大山的科学合作

2011-11-25 08:26 来源: 科学时报
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  西藏亚东之南,是印度重兵驻守的大吉岭基地。

  一支几百人上百辆车的队伍浩浩荡荡地向喜马拉雅山脊以南的亚东方向开去。时间是1992年5月。

  车队活动轰动了世界。当年英国入侵拉萨,以及中印两国边界战争,使得这一区域成为热点。

  这当然不是一次军事行动,队伍里几乎是清一色的科学家,不过他们脚下踩的是一条政治军事极其敏感的路线。

  “当时国内多家媒体以头版头条报道了这次活动。”中国工程院院士赵文津回忆说,中国政府、军方为这项科学行动释放了极大的诚意。

  这一次的科学行动,拉开了一项持续长达20年的国际合作“青藏高原喜马拉雅深部探测与综合研究”(International Deep Profiling of Tibet and the Himalayas,简称INDEPTH,意为“探测深部”)的序幕。继美国之后,德国、加拿大先后加入。

  11月15日,INDEPTH 项目回到当年的出发地北京,隆重纪念中国、美国、德国、加拿大四国成功合作20周年。

  地学家魂牵梦萦的谜题

  INDEPTH工作的地方,是有“世界屋脊”和“第三极”之称的青藏高原,地球上最为显著的地貌存在。近百年来,科学家们一直在苦苦求索青藏高原的隆升之谜。

  青藏高原的身世不同寻常。科学家们普遍认为,印度板块和欧亚板块的碰撞,导致了高原的抬升。地球的演化历史漫长,好比一位百岁老人,青藏高原就像刚满周岁的婴儿,印度板块持续地向北俯冲与亚洲板块相互作用,使它猛然崛起为地球之巅。

  这一过程,在地质学上被称为大陆与大陆碰撞会聚,在现代著名的板块构造理论中,是三类会聚作用之一。年轻的青藏高原的深部,有一把打开陆—陆碰撞过程奥秘的金钥匙,也是地学家们为之魂牵梦萦的研究前沿。

  在这片前沿的科学阵地上,持续开展20年、成果累累的INDEPTH被视为一座里程碑式的存在。

  1992年,经过中国驻美国使馆科技参赞闵志牵线,徘徊了6年的美国科学家终于叩开了青藏高原合作研究的大门。赵文津等中国科学家奔走于西藏自治区人民政府、中国人民解放军总参谋部、成都军区、西藏军区、藏南武警边防部队之间,最终促成了轰动一时的翻越喜马拉雅山科学行动。

  震撼全球的科学成就

  INDEPTH第一阶段的成果很快出炉,中美科学家发现了主喜马拉雅逆冲断裂,显示了印度板块向西藏板块俯冲和喜马拉雅深部推覆构造的特征结构。这一发现很快在国际地球科学界激荡起连绵回响。

  美国国家科学基金会(NSF)在其1995年年度报告中评价道:“INDEPTH增加了我们对喜马拉雅抬升和其对全球地学的巨大影响的了解。”

  NSF主任Neal Lane博士1995年在第二次中美科技合作会议上说,藏南的INDEPTH项目,已经深化了我们对一个活动的陆—陆碰撞带的了解。这一项工作可以对造山机制、碰撞带地震活动性、矿产形成和地热能源给出基本的认识,NSF计划继续支持这一备受称赞的中美科学家合作计划。

  1995年,美国《科学》杂志就生命科学与地球科学领域的重大进展发表评论说,“正确合作可以拯救生命和移动大山”,其中谈到,“赵文津作用的重要性反映在该项目首篇论文(1993年发表在《自然》杂志)作者的排序前后上。赵排第一位,纳尔逊排第二位”。

  在1996年召开的国际地质大会上,前国际岩石圈委员会主席 K.Burke教授在主旨报告中提出:“中国科学家在西藏创造的国际合作经验,今后将成为解决重大科学问题的一种可仿效的模式。”

  “项目的第二阶段,我们发现了拉萨地块深部的‘亮点’,推断为地壳内发育的一个大规模的部分熔融层,由此引发了国际上地壳通道流的提出和流行。第三阶段,我们确定了印度岩石圈向北俯冲的北部边界。”著名地球物理学家、美国斯坦福大学教授Simon Klemperer在此次20周年纪念会上回顾说。

  2007年,美国国家科学基金会大陆动力学部主任L. Johnson出席INDEPTH第四阶段合作签字仪式后说:“INDEPTH计划前三阶段所取得的巨大科学成就,从根本上改变了人们对于青藏高原形成以及碰撞造山的认识,许多教科书中都能够看到这个项目的研究成果,其科学成就具有全球震撼意义。”

  献给20周年的礼物

  2011年10月30日,《自然》杂志发表了INDEPTH项目研究的最新成果,这篇题为《在西藏中部与北部西藏板块叠覆在亚洲板块之上》的论文,对高原北部西藏岩石圈和亚洲岩石圈的关系给予了新的解释。

  根据这一最新认识,沿着INDEPTH历时20年贯穿高原岩石圈的测线,可以大致勾画其内部结构:雅鲁藏布江附近北纬32度以南,是俯冲的印度岩石圈;在昆仑断裂系以北,柴达木盆地之下的亚洲岩石圈向南俯冲到藏北之下;而在两者之间则是一个叠覆在亚洲岩石圈之上的西藏岩石圈。

  “这是献给INDEPTH项目20周年的一份新的礼物。” 该论文第一作者赵文津称。

  迄今为止,这一国际合作科学计划在《自然》和《科学》杂志上已经发表了15篇文章,并在国内外核心刊物上发表了几十篇文章。

  此外,INDEPTH第四阶段探测查明了柴达木盆地与昆仑山之间的构造关系,清楚地显示昆仑山基底是柴达木基底向南推覆上去形成的,柴达木南缘在格尔木附近又发生新的断陷,形成了现今柴达木盆地的巨厚新生代沉积,是很有远景的含油气及盐类沉积地层。

  至此,INDEPTH项目经历四个阶段的国际合作,中外科学家几百人次深入青藏高原腹地,从藏南帕里开始,穿过喜马拉雅山脉、雅鲁藏布江、拉萨地块、藏北羌塘盆地、唐古拉山、可可西里地块、昆仑山脉及柴达木盆地,合作开展地球物理探测及地表构造填图,并进行综合研究。

  “这是青藏高原研究领域里很重要的一个项目。人们不一定认同我们的结果,在地球科学领域往往如此,但是,很多人都在用我们的数据。”INDEPTH外方总协调人、美国康奈尔大学教授Larry Brown说。

  国际地质科学联合会前主席张宏仁也认为,这一工作的首要贡献在于为举世瞩目的代表性陆壳与陆壳碰撞的焦点地区提供了系统的科学数据。而且,四国科学家汇集了当今最先进的、适合于这个地区的技术手段和方法,积累了经验,培养了人才。

  “INDEPTH的成果丰富了人类对大陆构造变形过程的认识。如果说,在大洋上有国际合作的大洋钻探计划ODP,那么INDEPTH可以说是大陆上国际合作的对等计划。”张宏仁说。他指出,现在INDEPTH的研究正处于关键性的突破关头,“坚持下去才会出大成果”。

  四国科学家也纷纷表示,热切期待INDEPTH“下一个20年的合作”。