不到四分之一世纪前，我们对海底的沉积物几乎一无所知，而且对占地球面积三分之二之多的浩瀚海洋的历史几乎漠不关心。自那以后，开始孕育着一门崭新的学科——古海洋学，从而使科学家很快地找到了一些引人注目的地质疑题的眉目。这门新学科的破土而出和迅猛发展主要可以归结于三个因素：（1）随着板块构造理论的崛起，重建了大陆和大

洋盆地在遥远过去的排布方式；（2）利用遐迩闻名的“格罗玛挑战者号”（Glomar challenger）深海钻井考察船，采集到了大量海洋沉积物岩样；（3）根据利用同位素资料校正的海洋微化石带，获得了十分详细的海洋地层的年龄资料。这些资料的获得使通常使用的相对年龄地层单位（例如白垩系，上新统）有可能被以年计的绝对年龄地层单位取而代之，最终能够使地质学家根据海洋地层的厚度比率，讨论过去发生的种种事件——这是了解古代海洋的动力学以及古代气候的必不可少的一环。现在，时髦的现代气候和古代气候的研究已经同人们日益积累的对气候和海洋之间有着长期相互影响的认识结合起来了，从而为开拓视野助了一臂之力。

古海洋学的蓬勃兴起和迅猛发展，使得古海洋学的综合理论有可能和有必要在使用这一术语的最初十年内就应运而生。1981年出版的由J. 肯尼特（J. Kennett）编著的《海洋地质学》一书就是一本有关古海洋学的综合性著作。肯尼特提出，在过去的1亿5千万年间，地球上出现过两种性质截然不同的海洋。一种海洋出现在地球历史的较早时期，持续时间漫长。这种海洋比较温暖，从赤道到地极海洋的表面温度变化较小，两极气候温和；海洋的分层现象不太明显；深海环流表现为滞流。第二种海洋就是现代的海洋。它们的性质与早期海洋恰恰相反，其特征是：从赤道到两极温差悬殊，极地被茫茫冰川所覆盖：海洋中有着稳定的密度分层；由南极四周冷而密度大的海水所产生的深海环流具有较大的活动性，且在很大深度上向北流动。现在看来，那种温暖而分层性差的海洋属于正常的海洋，它们出现在整个中生代以及紧接中生代的新生代的大部分时期内；而冷而分层明显的海洋，仅是在最近数百万年内才对其取而代之。而且，在中生代之前的古生代的大部分时期，或者甚至更早的地质时期，也很有可能是由这种海洋统霸地球。可惜，我们对这种古海洋的了解还是微乎其微的。

目前，古海洋学家的研究，主要集中在从温暖海洋到寒冷海洋的转变这一问题上。这个转变大约始于4千万 ~ 5千万万年前，跟我们现在所处的一个大冰期是同时发生的。而这个一直支配着现代地球的气候，而且在今后的一段时间内仍将继续左右地球气候的大冰期，也许是造成这一转变的主要原因。但是，这个转变本身无疑是由于大陆漂移的发生导致赤道环流堵塞和南极环流沟通而引起。

1983年，G. 凯勒（Gerta Keller）和J. A，巴罗（John A. Barnon）也撰写论文（见《美国地质学会通报》），对我们从古海洋学中究竟认识了多少引起气候变化的作用，以及对自从肯尼特著写《海洋地质学》一书后的仅仅几年来，我们又迈进了多少作了全面总结。他俩在深入研究过去2500-500万年间的古海洋的基础上提出，这段时间是南极冰盖形成和现代深海环流创生的时间。下面就是池俩所勾勒的当时的情形：在这一时期开始时，海洋在纬向上的温度变化依然微不足道：全球的浮游动物群和物群的分布大体雷同；深海环流处于停滞状态。当南美大陆和南极大陆分离之后，南半球高纬度处剩下的唯一陆桥便因此遭到了破坏。从而到中新世早期，南极周围就出现了深海环流。新形成的深海环流犹如一条沟壑，将南极大陆与北面流来的温暖海水相隔开，切断了南极大陆的热量来源，因而使它急剧变冷，原有的浮游生物全部一命呜呼，重新生成分带极为明显的新的浮游动物群。稍后，即大约1500 ~ 1600万年前，加勒比海的海岸拔地而起，随后终于使巴拿马地峡闭合了，这样就导致深海环流和沉积方式又发生了巨变——赤道深海环流的通道被堵塞，太平洋的生物变得日益兴盛，现在的墨西哥湾流改道向北而流。几乎与此同时，北半球也发生了沧海桑田般的变迁。当北欧大陆与北美大陆分离后，它们之间最后的连结通道便被海洋所代替，于是北方的寒冷海水涌入大西洋中央，迫使大西洋的深海环流形式发生改变，这导致产生了一系列复杂的连锁反应——南极周围表层海水的温度略有回升，因而使大气的湿度增高，结果引起了降雪量的增加和南极冰盖的诞生。而这一系列的作用和变化最终使气候变冷和冰雪积聚，促成了北半球最近数百万年来的冰期和间冰期的交替。

从大体上讲，我们认识这些事件所产生的变迁已有一段时间了。然而，凯勒和巴罗的论文有着独到之处，他们创造性地提出了一张先进的时间表。通过这张时间表可以区分出为期十万年的一些事件。虽然跟海洋和气候的相应变化速率比较起来，十万年的时间还有点长个小冰期到间冰期的完整循环可以在十万年内完成，但是，这对以前只能划分出为期一百万年或一百多万年的事件说来，是迈进了很大的一步。利用这张时间表，凯勒和巴罗认定，可能正像所预料的那样，引起海洋和气候变化的关键性事件，由于是受稳定发生的大陆漂移和环流通道的缓慢沟通和堵塞控制，所以它们并不是循序渐进的，而是突然骤变，分阶段进行的，而且这种阶段也不止一个。例如，南极深海环流的形成虽然是由德雷克环流通道的疏通这一个事件引起，但它显然是分两个阶段形成，一个是在2300 ~ 2250万年前，另一个是2000 ~ 1800万年前。同样，在这一时期内发生的几次温暖期和寒冷期的大的突变性交替，概括地讲也只不过是同一些构造事件相对应。因此，这迫使我们除了考虑大陆漂移之外，还要探究这种微妙平衡系统中的正负反馈效应，或者初期变化所产生结果等因素的作用，而这些因素早已被近代冰川史的研究人员所关注。尽管变化刚刚开始时，海洋和气候所处的状态是很难洞察的，但它们必定可以为我们提供有关它们长期变化趋势的大量信息。

凯勒和巴罗不但提出了一张先进的时间表，而且他们的研究方法也是别具一格，极有吸引力的。他们利用了沉积地层中存在的某些沉积间断和地层扰乱现象。这些现象对于地质学家说来通常使他们感到头疼，是无助于他们对某些问题作出正确的解释，在我们开始考虑对海底沉积盖层钻井取样能否付诸实现之时，科学家普遍认为在有最近期大陆碎屑沉积的封闭盆地中，应该见到一个预料之中的完整的沉积剖面记录。然而事实却并非如此；海洋底的沉积地层像大陆和大陆边缘的地层一样，沉积间断和地层扰乱现象屡见不鲜。可是，在海洋，导致这种沉积间断的作用是由于表层海水中生物形成沉积物的能力的减小、海洋底流的侵蚀，或者腐蚀性海水对钙质和硅质物质进行溶解而引起的沉积物供应不足产生的，我们对其还缺少了解。总的看来，这种作用的随机性，比起导致大陆或者浅海地区沉积记录缺失和紊乱的作用要小一些。因此，我们可以根据深海沉积地层的缺失推演出大量极为重要的结论，而凯勒和巴罗正是这一点上捷足先登了。

掐指算来，古海洋学的蓬勃兴起才刚刚十个年头，可我们从中学到东西却已有不少。今后十年，我们会向哪里寻求突破呢？首先，凯勒和巴罗提出的那张很实用的高分辨时间表，也许可以推广应用到更遥远的过去。这有着极为重要的意义。因为，虽然这张时间表跟传统的比较起来是令人兴奋的，但是，要研究可以发生更快变化的海洋和大气圈，现有这张分辨出一百万年左右时间内所发生事件的时间表，还是远远不够的。

做到这一点后，我们也许就可以着手研究温暖的古海洋了。鉴于我们没有机会将温暖海洋与现代海洋加以比较，所以这是比较棘手的课题。但是，温暖海洋的研究意义却是举足轻重的。因为，生命出现的大部分历史是以温暖海洋为背景，此外，温暖海洋不仅是数亿到数十亿年前（我们能够钻到的最老洋底沉积中缺失这么老的大洋历史记录）最有可能出现的形式，而且还具有实际意义。当今世界上大多数高储量石油矿床，年龄均为中生代，显然跟分层不明显的温暖海洋密切相关。不过，这种海洋的生物增殖力也许并不是很高的，但是由于它们的深海环流滞流而有利于有机物质的保存。这期间普遍出现的黑色页岩就是一个最好的佐证。当我们追溯古老的地层时，就可以看到这种黑色是随年龄增加而增多，因此研究黑色页岩可以解决一些重要的，而且可能有经济意义的问题。

除此以外，古海洋学的深入研究还可以涉及到一系列更重大的问题。在某种程度上，古海洋学本身已经能够从那种根据生物化石组合推断环境，然后再按照环境解释生物演化的错误循环论证中摆脱出来。由于生物演化和环境这两方面的证据至少有一部分是互不相关的，所以我们就可以清楚地看出导致海洋演化的驱动力。例如，具有钙质和硅质甲壳的浮游生物在中生代中期突然兴盛，变得数量浩大，变种繁多。那么，是什么作用致使这些从那时起一直在海洋中占据优势的生物扰乱了海水中的钙质和硅质成分的循环呢？过去的一亿年来，这些生物在海洋中形成了巨厚的沉积盖层，而在这些盖层出现之前，深海究竟有什么沉积物，至今我们仍然没有弄清。难道当时的海底大多数都是“赤裸裸”的吗？要是确是如此，那么又是什么因素足以影响海水化学成分的海底风化作用呢？

海水成分具有恒定性，是地质学和古海洋学长期奉守的信条，尽管可以证明这一点的详尽证据并不很多。倘若我们根据温度，环境以及氧的含量能够很有把握地证明，现代海洋跟古代海洋差之遥遥，那么我们是否应该重新研究海洋的化学成分史呢？问题的答案是肯定的，因为最近在一些大洋中脊顶部发现了许多大规模的深海热液泉系统。这些热液泉通过不断流经断裂裂隙的海水使新的大洋地壳冷却。在这个过程中，有一部分组分在岩石中沉淀，同时岩石也浸出一些其他组分，从而使从热液泉口流水的热水的成分跟海水的平均成分大相径庭。因而，这是影响海洋地球化学平衡的一个主要的、且现在已毋庸置疑的因素。按照现在的板块运动速度，与全球海洋等量的海水，大致每8百万 ~ 1千万年就可以在热液泉系统完成一次循环。因此，当板块运动速率加快或者减慢时，就可以迅速地使海水中的二氧化碳、钙、钾、二阶铁，或者甚至氯化钠这些主要组分发生改变。另外，生命也并不一定是在成分恒定的海洋中进化繁衍的。海水化学成分的历史记录是藏匿在大洋地壳的蚀变玄武岩中，现在这种玄武岩已经四分五裂，成为古老的板块碰撞带的岩石了。

总而言之，古海洋学的未来十年应当是令人注目的十年，令人震惊的十年，发展成为一门真正独立科学的十年，是可以跟板块构造学的兴起，彻底改变我们的地球观的本世纪六十年代相媲美的十年。

[Nature，1983年9月]

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* 作者系美国斯坦福大学地质地球物理系教授。