潜入深海,望向火星:听中大科学家“星球对谈”

发布人:黄荣

 

人类对地球的了解,始终停留在“已知”与“未知”的交界处。我们脚下这颗孕育了生命的蓝色星球,仍有太多谜题,等待着科研工作者一一解开。而这份“未知”,往往以最剧烈的方式提醒着我们——比如突如其来的地震与海啸。

 

据新华社20日消息,日本东北部海域当天发生7.4级地震,已发布海啸预警。另据日本媒体报道,预计高达3米的海啸将抵达北海道、岩手县。一时间,海洋地质灾害再度走入民众视野。

 

今天,是世界地球日。我们走进中山大学珠海校区,对话地球科学与工程学院的两位科学家:李琳琳教授和贺传奇副教授。

 

中山大学地球科学与工程学院教师李琳琳(右)、贺传奇(左)接受专访

 

他们的研究,一个指向深海,一个望向火星,看似毫无交集,却在对“星球”的解读中,达成了一场关于敬畏与希望的对话。

 

 

深海问险,火星寻水

 

作为中大地球科学与工程学院副院长,李琳琳研究海洋地质灾害领域已有近20年。在她看来,“如果”从来不是假设,而是潜藏的风险——每一个未被正视的“如果”,都可能意味着一场无法挽回的灾难。

 

采访中,她问我们:“如果马尼拉海沟发生一次9级地震,华南沿海会怎样?”

 

马尼拉海沟位于南海东部,是欧亚板块与菲律宾海板块的碰撞带。过去400多年,这里没有发生过大地震。但这不意味着它不会发生——恰恰相反,能量可能正在累积。

 

“2004年印度洋海啸发生之前,所有科学家都认为苏门答腊区域不具备发生9级地震的能力。”李琳琳说,“结果20多万人因此丧命。”

 

2011年日本东北大地震同样如此。日本是全球海啸预警做得最好的国家,但仍有近2万人死亡。原因是一样的:低估了地球的威力。

 

这两场灾难,改变了李琳琳的研究轨迹。

 

2009年,她从清华大学水利水电工程专业博士毕业。在此之前一年,新加坡刚刚成立了专门研究巨灾事件的机构为了更深入地探究地球运动引发的地质灾害,她在新加坡地球观测研究所工作了近十年,而后毅然选择回到国内,加入中山大学。

 

“作为中国人,应该研究清楚南海。”李琳琳说,南海关乎国家海洋安全,关乎华南沿海数千万人的生命财产安全,摸清这片海域的地质规律,是科研工作者义不容辞的责任。

 

长期以来,学界对滨海断裂带的研究重心多集中在地震灾害上,对海啸的触发能力、致灾特征及链生效应等关键问题,认识仍显不足。

 

“很多人都有一个误区,觉得我们有岛链保护,就不会受到海啸影响。”李琳琳纠正道。她和团队系统整合了华南沿海的历史文献与仪器记录,发现南海北部发生的7次强震中,有5次都伴随有海啸现象。

 

近年来,她和团队通过大量实证研究,揭示了滑坡海啸和火山海啸多机制耦合的复杂性,以及这种复杂性对传统海啸预警体系提出的挑战;同时,他们构建了全球地震触发海底滑坡数据库,还首次从多个角度,量化对比分析了地震引发的海底滑坡与陆地滑坡的特征差异,系统揭示了两类滑坡在关键参数与触发机制上的本质不同

 

发生在南海北部的两次地震-滑坡-海啸灾害链事件

 

与李琳琳扎根深海不同,中大地球科学与工程学院青年博导贺传奇专注于火星水环境地貌研究——说得通俗些,就是寻找火星上曾经存在河流、湖泊和海洋的痕迹。

 

开放湖盆

 

如今的火星,是一颗寒冷干燥的沙漠星球,地表看不到液态水。但贺传奇告诉我们,火星上广泛分布的古河道,古湖泊,甚至古海洋地貌均表明火星经历过温暖湿润的气候。

 

让人惊喜的是,贺传奇团队近期发现了一种特殊的“平顶海山”:火山的顶部像被刀切过一样平整。在地球上,这种平整的火山顶部,是海浪长期拍打侵蚀形成的。据此,贺传奇团队支持前人提出的火星存在古海洋的观点。更重要的是,他们发现火星古海洋覆盖了这颗星球约四分之一的表面,最深处可达2700米。

 

贺传奇的办公室墙上,悬着一幅彩色火星地形图。颜色起伏间,是亿公里外的高原与盆地。他和学生常常在火星地形与照片之间停留、辨认、推演。火星远在天际,却仿佛摊开在眼前;可越是凝视,越觉得它藏着令人遐想的过去。

 

贺传奇为来访者讲解火星地貌

 

“既然曾经有过海洋,那么火星上是否曾孕育出微生物等生命?如果火星上的水能一直留存下来,它会不会成为另一个地球?”这个问题,至今没有答案,却始终驱动着他在火星研究的道路上不断前行。

 

如今,他的研究或服务于“天问三号”——中国计划在2028年实施的火星样本返回任务。“我们的核心工作是寻找那些曾经有过大量水的区域。因为天问三号的核心目标是寻找生命痕迹,而水,是生命存在的基础。”

 

 

不同的难题

 

海洋研究和火星研究,哪个更难?面对这个问题,李琳琳的回答出人意料:“我们对于海洋地质灾害的了解程度,可能还不如火星。”

 

她解释说,海洋地形数据的获取成本极为高昂,科考船出海测量一天,耗资就可达20多万元。为了获取海底高精度地形数据,科学家们需要将无人遥控潜水器下放到数千米深的海底,在母船的引领下,才能测出一小片区域的地形。

 

“目前,人类对火星的观测清晰度已达到米级别,但全球公开的大部分海洋地貌的测量精度,只有400多米。”两者相比,海洋地形数据的粗糙程度,可见一斑。

 

站在地球科学与工程学院的连廊上远眺,伶仃洋不过百米之遥。但对李琳琳而言,这片“近在眼前”的海域,却遥远得让人难以捉摸。近20年来,她几乎将所有精力都投入到海底研究中,却依然觉得,自己对这位“邻居”的了解,不过冰山一角。

 

而对贺传奇来说,研究火星的最大难题,在于两颗星球物理定律的差异。“火星的重力加速度只有地球的三分之一,同样的泥沙搬运过程,在地球和火星上,最终形成的地貌可能完全不同。”他坦言,最难的,是把在地球成立的规律,放到另一颗重力、大气、历史都不同的星球上验证。

 

火星上湖泊的形成与洪水

 

尽管研究领域截然不同,但李琳琳和贺传奇聊起彼此的工作,却有着许多共同语言。李琳琳说:“火星上的古海洋和地球上的海底滑坡,都涉及沉积物在水中的长距离搬运。火星滑坡规模比地球的大得多,这给我的研究带来了新的启发。”

 

贺传奇也从中看到了交叉研究的可能:“李老师研究海底滑坡引发的海啸,而火星上曾经也有海洋,同样有海底火山和滑坡。那些滑坡产生的沉积物如果能保存到现在,就是火星曾经存在海洋的有力证据。”

 

 

守护当下,追问未来

 

 

如今,贺传奇课题组的学生们,每天有一项重要的工作,就是打开谷歌地球,观察火星表面。火星上的古河道、古湖泊盆地,如今依然清晰可见。“每次看到校园里的湖水、草木,看到这生机勃勃的生态系统,我总会忍不住想,如果火星上的水能一直保存下来,它会不会也像地球一样,孕育出丰富多彩的生命?”贺传奇说。

 

贺传奇介绍火星上湖泊的形成

 

而在贺传奇看来,研究火星更根本的意义,在于回答一个终极问题:“如果我们在火星上找到生命,哪怕是最简单的微生物,就能回答‘人类是否孤单’这个命题。如果在太阳系的两颗行星上都能找到生命,那么整个宇宙存在生命的可能性,就会发生质的改变。这不是一和二的数量区别,而是有和无的本质不同,背后是人类对宇宙的无限畅想。”

 

与贺传奇关注“未来”不同,李琳琳更专注于“当下”的守护。她正在参与研发新一代海啸预警系统,基于海底观测网和人工智能技术,一旦周边发生大地震,可以为南海周边地区提供高精度淹没或流场分布等更精准的预警信息。她希望,未来该技术能融入自然资源部海啸预警中心(南中国海区域海啸预警中心)的实际业务化运行中——目前该中心可以在7到8分钟内发布预警信息,为南海周边9个国家提供服务。

李琳琳老师建立的南海从近海到沿岸典型城市的概率性地震海啸灾害评估系统

 

“中山大学地处华南,我们的研究重心始终聚焦南海。”李琳琳说,无论是广东省打造“海上新广东”,还是国家建设海洋强国、推进21世纪海上丝绸之路建设,海洋地质灾害防控都至关重要。

 

近年来,中山大学在海洋地质灾害领域的研究成果,已获得国际社会的广泛关注。如今中大地球科学与工程学院承担了“十四五”国家重点研发项目“滨海海域活动断裂带探测与强震海啸预测关键技术”,团队的科学研究可以从科学规划和工程韧性层面支撑可持续发展,为海上风机基础、海底电缆、港口码头提供定量的海啸冲击力和冲刷深度建议,推动相关行业标准纳入地震和海啸等复合灾害荷载条款,从源头提升基础设施的抗灾能力。

 

“我们读懂了南海过去的灾难,就是为了让今天的建设不再重蹈覆辙,让蓝色经济在安全的基石上行稳致远。”

 

深海与火星,一近一远

守护与追问,一实一虚

两位学者在同一幢楼里

做着人类最朴素也最壮阔的事

认识我们所在的世界

也认识我们在宇宙中的位置

转载来源:中山大学官微

初审:黄荣

审核:徐永怡

审定发布:孔晓慧