2024年3月14日，美国国家科学院、工程院和医学院（National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, NASEM）发布《海洋钻探的进展和优先事项：寻找地球的过去和未来》（Progress and Priorities in Ocean Drilling: In Search of Earth's Past and Future）报告，指出气候变化的快速发展、相关的极端事件、海平面上升、洋流变化、威胁海洋生态系统的化学物质以及毁灭性的自然灾害是社会面临的最大挑战。通过总结过去，展望未来，美国的科学海洋钻探研究在解决这些重要而紧迫的挑战方面继续发挥着独特而重要的作用。该报告是海洋科学十年调查更广泛研究的第一部分，为未来研究和相关基础设施需求提供了广阔的视角。

科学海洋钻探支持的研究从根本上改变了我们对地球的认识，对板块构造的发现和理论做出了关键贡献；海洋地壳的形成和破坏；过去一亿年极端温室和冰库气候的重建；重大灭绝事件的识别；以及在海洋沉积物、岩石和流体中发现了多样化的微生物群落。然而，由于成本不断上升，目前已远远超过运营老化钻井船 “乔迪斯·决心号”（JOIDES Resolution）的指定资金，美国国家科学基金会（NSF）将在2024年终止支持。如果没有专用钻井船，美国及其国际合作伙伴未来的科学海洋钻井能力将降至目前的10%左右。在NSF评估未来海洋钻探的替代方案时，本报告应NSF的要求编制，及时提供了关键研究和基础设施的广泛视角，以回答最引人注目的研究问题，这些问题只能通过科学的海洋钻探来推进。

01未来科学海洋钻探的优先事项

该报告确定了五个高度优先的研究领域，这些领域仍然需要科学的海洋钻探来理解。然而，科学研究的资金并不是无限的，必须有前瞻性的优先次序。为了帮助指导NSF制定研究、基础设施和劳动力发展投资的优先事项，从两个方面对这些优先研究领域进行了评估：重要性和紧迫性。

（1）地面实况气候变化

“地面实况气候变化”（Ground Truthing Climate Change）促进对气候和海洋变化驱动因素、反馈和过去临界点的理解——强调过去，为未来提供信息。“地面实况气候变化”被认为既重要又紧迫，因为通过科学海洋钻探恢复的记录是现代和近期面临的全球快速变暖、海平面上升以及广泛的海洋酸化和缺氧等挑战的重要类似物。这些记录中的数据非常有用，因为它们包含了气候和海洋变量的古气候指标。收集到的代用数据可以作为过去温度、冰量和海洋化学等变化的替代物或间接指标。推进这项研究的紧迫性的一个例子是回答有关大西洋环流系统可能关闭的问题，这将对地球陆地的宜居性产生严重影响。

未来研究：需要更多的观测来评估气候模式在温度、冰盖动力学、海平面和海洋环流等地质时间尺度上复制温室气体强迫转换的能力，并限制反馈的作用。为了限制地球气候对高温室气体水平的敏感性，需要进行额外的科学钻探，以填补气候敏感地区极端温暖间隔的数据空白。

（2）评估过去海洋生态系统对气候和海洋变化的响应

“评估过去海洋生态系统对气候和海洋变化的响应”（Evaluating Past Marine Ecosystem Response to Climate and Ocean Change）利用化石来确定生态系统对过去的环境驱动因素（气候变暖、海洋酸化和脱氧）响应——为未来提供信息。“评估过去海洋生态系统对气候和海洋变化的响应”被认为是至关重要和潜在紧迫的，特别是考虑到海洋生态系统作为食物来源的重要性。正如过去可以帮助理解气候变化的驱动因素一样，它也可以提供对跨多个时间尺度和地理位置的海洋生态系统响应的见解。只有通过科学的海洋钻探才能恢复的记录，可以深入了解过去生态系统对气候和海洋加速变化的响应。这些记录为气候和海洋条件变化的现代研究提供了框架和基础，并为评估生态系统动态和食物网的影响和反馈提供了必要的长期背景，而这些数据共同为未来变化的预测模型提供了信息。

未来的研究：额外的科学海洋钻探将优先考虑记录有限的地点，这将使古生物学家能够在过去的模拟气候状态下为浮游生物生态系统动态模型提供信息。现有的长期古记录可以进一步用于研究，利用新数据库和现有核心样本的开发，更全面地评估全球海洋生态系统对气候和海洋变化的响应。

（3）监测和评估地质灾害

“监测和评估地质灾害”（Monitoring and Assessing Geohazards）将提供数据，以更准确地预测和评估未来地震、火山爆发、海底滑坡和海啸的风险。在“监测和评估地质灾害”的主题下，深海海底观测站被用于重要和紧急的研究。这些观测站可以探测到较小的事件，并提高未来地震预报的潜力，这项研究的结果可能在准备和更好地减轻未来的地质灾害风险方面产生直接的社会效益。

未来研究：对俯冲系统的未来研究将使科学家能够更深入地了解促进发震或稳定断层运动的不同条件。

（4）探索海底生物圈

 “探索海底生物圈”（Exploring the Subsea Biosphere）促进对海底微生物世界的理解、发现和表征。“探索海底生物圈”被认为是至关重要的，尽管这项研究在本质上更具探索性。在海洋钻探开创性研究的基础上，对地下微生物生命的探索正处于发现的前沿，这些发现有望改变对极端环境中微生物活动的科学理解。了解生命的极限需要了解海底生物圈、地壳、海洋和大气之间发生的流体和营养物质的复杂交换。

未来研究：科学的海洋钻探对于解决海底生物圈研究中尚未解决的关键问题是必要的，这对了解太阳系其他地区的生命潜力、地球上生命的起源以及培育生物世界的生态系统的组成部分具有直接影响。

（5）海洋盆地构造演化特征

“海洋盆地构造演化特征”（Characterizing the Tectonic Evolution of the Ocean Basins）推进对构造过程动力学以及地球内部和表面环境之间能量和物质循环的理解。“海洋盆地构造演化特征”被认为是至关重要的高优先级研究，对不同年代的海洋地壳进行取样，可以深入了解控制地震、海啸和火山发生的过程，以及对现在和未来产生重要意义的全球能源和物质循环的经济资源。

未来研究：只有科学的海洋钻探才能为海洋地壳和上地幔的形成和演化提供关键约束。海底流体的循环和相应的化学交换对具有直接社会意义的过程产生影响，包括矿产资源的生产、大气二氧化碳的封存和地质灾害的起源。

02明智地使用资源和遗留资产

目前，通过利用现有的存档材料来完成基本的突破性科学研究让仍有机会。例如，科学海洋钻探界提出了一种新的合作研究方法，国际海洋发现计划（IODP）科学支持办公室于2023年10月首次发布呼吁对遗留资产项目（LEAPs）的提案。如果获得资助，LEAPs将提供机会，最大限度地利用已获得的材料和数据，以促进发现和创新。

例如，科学的海洋钻探数据可以用来帮助回答有关海洋二氧化碳去除和封存方法的一些基本问题。数据可以帮助描述基底岩石，了解岩石蚀变和矿化，并评估海洋地壳中二氧化碳储存的潜力。然而，许多重要的和紧迫的科学优先事项不能用现有的岩芯和数据来解决，因为在关键位置和间隔的高需求的岩芯材料已因使用而耗尽。一个理想的科学钻探计划将包括一个强大的LEAPs计划，结合新的海底岩芯收集和安装钻孔观测站，以解决五个高优先级的研究领域。

03基础设施需求

根据未来科学海洋钻探的五个高度优先领域，确定了成功实现科学目标的标准。该报告并没有在钻井基础设施方面提出任何具体的建议，而是确定了成功实现“紧迫性”和“重要性”科学主题所必需的关键参数。这些钻井参数包括水深、取芯深度、连续收集岩芯的能力以及在海底深处安装和操作现场观测站的能力。显而易见，至少需要一艘水深超过3000米、能够穿透海底以下30米深处的沉积物和岩石的钻井船是推进所有重要和紧迫的科学海洋钻探优先事项的必要条件。

此外，海洋科学和工程领域对多样化、公平和包容性劳动力的需求被确定为科学海洋钻探进步和未来成功的基础设施组成部分。训练有素的劳动力一直是并将继续对所有海洋科学的未来至关重要，而海洋钻探对这一目标的实现做出了重大贡献。随着美国科学钻探计划的关闭，甚至暂时停止，钻探计划中一些高度专业化的职位可能会流失。另一个重要标准是灵活和集中的管理结构，这是未来美国科学海洋钻探工作可持续和成功的关键。确定推进重要和紧迫科学目标所需的最低项目能力，将有助于促进稳定、成功、动态和可持续的美国科学海洋钻探研究项目。

原文题目：Progress and Priorities in Ocean Drilling: In Search of Earth's Past and Future

原文链接：https://www.nationalacademies.org/ocga/briefings-to-congress/progress-and-priorities-in-ocean-drilling-in-search-of-earths-past-and-future