2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州 511458
2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 511458, China
国际大洋钻探计划(International Ocean Drilling Program,IODP,又称“国际大洋发现计划”“大洋钻探”)是地球科学领域迄今为止历时最长、成效最大的国际科学合作计划,开始于1968年,历经深海钻探计划(DSDP,1968—1983年)、大洋钻探计划(ODP,1985—2003年)、综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program,IODP,2003— 2013年)和国际大洋发现计划(International Ocean Discovery Program,IODP,2013—2024年)4个阶段,经过57年的发展,至今仍在持续,充满生命力[1, 2]。截至2024年4月,IODP①已在全球共执行了316个航次,完成站位1 799个、钻孔约4 200个,钻穿了接近1 000千米的沉积物和基岩,并采集了超过400千米岩心,获取了大量观测数据②。IODP在板块构造、气候变化、深海资源、防灾减灾、深海钻探技术等领域取得了诸多突破性进展,极大地推动地球系统科学的进展,造福人类社会[3]。
① 本文将国际大洋钻探计划这一大科学计划的所有阶段统称为“IODP”(国际大洋钻探航次编号以及描述某一特定阶段的航次除外),但在表述大洋钻探事业时,仍使用“大洋钻探”一词。IODP主要开展大洋钻探相关研究,随着我国“梦想”号大洋钻探船的投入使用,未来大洋钻探相关研究不一定与IODP有直接关系。
② Expedition statistics: International ocean discovery program (2013-2024). (2024-04-30)[2024-08-19]. https://www.iodp.org/expedi-tions/expedition-statistics.
当前,IODP正值重大变革之际,我国大洋钻探事业面临良好的发展机遇。国际大洋钻探三大平台中,已服役45年的美国“决心号”钻探船于2024年提前退役,引起美国地学界学者极大的不安[4];2005年入列的日本“地球号”钻探船在完成17个航次后,因运营成本巨大、日本经济衰退等原因,2019年后极少执行任务,直至2024年9月执行IODP 405航次;欧洲大洋钻探联盟自己无固定的钻探船,运行经费全部来源于15个会员国,近年来因钻探能力和管理模式的限制,发展前景也难以为继。2024年,美国国家科学基金会(NSF)组织海洋领域权威专家启动“2025— 2035年海洋科学十年调查”,重新审视IODP对地球科学的贡献,并发布未来10年大洋钻探的优先事项,同时指出,若美国不使用“决心号”仅依靠现有科考船队,只能实现不到5%的IODP目标,即使发展钻深达50—60米的巨型活塞取心技术,也仅能实现大洋钻探约10%的科学目标[4-6]。同年4月,欧洲和日本共同谋划并公布了新一轮大洋钻探计划(IODP3),已明确组织架构和成员国会费,并提出了2项缓解经费紧张的改革策略[6]。
与美日欧相比,我国新建的大洋钻探船“梦想”号于2023年底下水试航,2024年11月建成入列并将于2025年后正式投入使用,成为全球领先的大洋钻探平台,也是我国探索地球深部奥秘、保障能源资源安全的“国之重器”[7]。本文对IODP相关的杰出人才进行了统计梳理,包括历年首席科学家、发表论文居多的科学家、研究影响力较高(H指数)的科学家、地学领域重要奖项获得者,以期为我国大洋钻探事业人才培养目标的建立提供参考。
1 航次首席及杰出科学家IODP航次以“联合首席”的形式运行,每个航次都有两位首席科学家,一般为在地球科学领域或某一研究方向具有一定权威性和影响力的学者,优先考虑航次建议书的提交者。由于参航人员有限,不少非参航科学家通过申请IODP航次后样品(如岩心)参与相关研究,并将其研究成果以论文的形式公开发表,共同促进学界对地球系统科学的认识。本文梳理了IODP 2003—2023年间所有航次的首席科学家名单,以及期间发文量较大的科学家研究方向和所属机构分布情况,发现美国、日本科学家在IODP研究领域最为活跃,明显展示了“决心号”和“地球号”这两大世界级科学钻探平台为科学家所提供的优越研究条件。同时,还深入分析了具有较高学术影响力学者的履历,及其在IODP的参与度,发现许多高影响力学者早期均以IODP参航科学家的身份深度参与相关研究,最终成长为具有学术领导力,甚至政治影响力的学者,也说明了IODP对地球科学领域人才培养具有重要作用。
1.1 首席科学家2003—2023年间,IODP航次首席科学家共有195人次,美国籍最多,达到73人次;日本、德国籍次之,分别为41人次和21人次;英国和法国籍也较多,均在10人次以上。我国首席科学家为3人次,均在南海航次中(图 1)。
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图 1 2003年1月—2023年7月IODP航次首席科学家所属国家统计 Figure 1 Statistics on countries of chief scientists of IODP expeditions from Jan 2003 to July 2023 |
美国籍首席科学家来自美国各海洋研究所及大学等,其中伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)、德克萨斯农工大学和怀俄明大学数量最多,均为6人次;其次为加利福尼亚大学和华盛顿大学,各为5人次。其他机构为1—4人次不等。
日本籍首席科学家共有41人次,其中来自日本海洋开发研究机构(JAMSTEC)、东京大学和日本地质调查局的科学家人数位居前3,分别为13人、7人和4人,其他分布于日本海洋地球科学技术厅、京都大学等机构。
IODP历史上,有些学者多次担任首席科学家,聚焦于井下观测研究地震孕育机制、全球气候变化、洋中脊新生洋壳结构、深部岩石圈及碳循环等主题领域(表 1)。在所有首席科学家中,美国华盛顿大学Harold Tobin教授任职次数最多,达到了5次,主要从事井下观测俯冲带的发震机制研究。美国宾夕法尼亚州立大学Demian Saffer教授担任4次,主要从事井下观测俯冲带滑坡的水文、化学和物理过程研究。
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编辑国际大洋钻探相关检索词条,从Scopus文献数据库中对2003—2023年IODP相关文献进行检索统计,筛选出其中发文量较多的科学家,对其合作发文情况进行了统计分析③。20年间合作发文量超过30篇的共54人,其中中国科学家5人,大多为古海洋领域(图 2)。
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图 2 参与大洋钻探研究最多的科学家及其合作发文量和合作关系 Figure 2 Top scientists involved in IODP research and their number of co-authored papers and collaborations 图中圆圈大小和括号中的数字代表作者发文量,圆圈之间连线越粗表示作者合作越紧密;数据截至2023年7月 The size of the circles and the numbers in parentheses in this figure represent the number of publications by authors, and a thicker line between the circles indicates a higher number of collaborative publications by authors; data as of July 2023 |
③ 本文数据根据Scopus文献数据库2023年收录的期刊论文得出,每年数据库的期刊收录情况会有变动,因此文中所有文献计量统计数据仅代表作者检索时得出的结果,但依然可反映该领域的大致发展趋势。
1.3 研究影响力较高的科学家根据SCI数据库中的H指数(HI)对2003—2023年IODP航次首席和发文量较大的科学家进行国际学术影响力排序(图 3和表 2)。多数科学家的HI值位于20—40之间,其中学术影响力最高的为丹麦奥胡斯大学的Bo Barker Jørgensen和美国波士顿大学的Richard W. Murray。学术影响力最高的前20名科学家HI值均达到50以上,其中6人来自美国、5人来自德国、3人来自英国、2人来自英国,此外还有法国、荷兰、澳大利亚和丹麦科学家各1人,他们都曾担任过IODP航次首席科学家。
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图 3 IODP航次首席科学家和发文量较大科学家的学术影响力分布 Figure 3 Distribution of academic influence (H-index) of chief scientists of IODP expeditions and scientists with higher publication volume 数据截至2023年7月 Data as of July 2023 |
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(1)Bo Barker Jørgensen(HI:120)。海洋生物地球化学领域的微生物生态学家,在海洋沉积物微生物和元素循环过程、微生物生命对各种环境的适应性研究方面有享誉国际的成果。Jørgensen 1977年博士毕业于丹麦奥胡斯大学,1977—1987年任该校高级讲师,1987年升任研究型教授。1992年,Jørgensen在德国创立了不来梅大学马克思-普朗克斯微生物研究所,并任该机构所长,领导生物地球化学研究,同时兼任不来梅大学地球科学系教授。2002年,Jørgensen首次代表马克斯-普朗克斯微生物研究所参加ODP 201航次,并担任首席科学家。2007年,Jørgensen回到丹麦创建了丹麦国家研究基金会地球微生物学中心,并从2011年起至今任丹麦奥胡斯大学生物学教授。2013年作为首席科学家领导IODP 347航次,2020年获评美国科学院外籍院士。
(2)Richard W. Murray(HI:115)。1991年从美国加利福尼亚大学伯克利分校获得博士学位。读博期间,Murray作为沉积学家和无机地球化学学家参加了ODP 117、127航次。1992—2019年,Murray加入美国波士顿大学,研究气候变化、火山活动、热带海洋过程和海底生物圈化学。期间先后参加了ODP 154、165、175和185航次,以及IODP 329航次,2013年作为首席科学家领导了IODP 346航次。现为美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)副总工兼副所长。除科学研究外,Murray还担任过马萨诸塞州Scituate市议员(2006—2014年),参与城镇管理工作。自2009年起,Murray先后担任了奥巴马和特朗普政府海洋科学与技术小组委员会联合主席,该小组委员会为总统行政办公室科学与技术政策办公室的一部分。
(3)David Hodell(HI:72)。1986年在美国罗德岛大学获得博士学位后,先后在美国佛罗里达大学、英国剑桥大学任教,现为剑桥大学地球科学系地质学教授,同时兼任该校戈德温古气候研究实验室主任。其研究重点是通过海洋和湖沼沉积物还原高分辨率古气候记录,积极参与国际大陆钻探计划(ICDP)和IODP。1987年,Hodell首次作为沉积学家参加了ODP 114航次,此后还代表佛罗里达大学参加过ODP 162、177和208航次,以及IODP 303航次。Hodell于2007年当选美国地球物理学会会士,2011年代表剑桥大学参加IODP 339航次,2018年获得米卢廷·米兰科维奇奖章。2020年当选美国科学促进会(AAAS)会士。2022年,Hodell作为首席科学家领导了IODP 397航次。
(4)Peter Clift(HI:66)。国际著名地质学家,于1990年从英国爱丁堡大学获得博士学位,随后作为科研人员先后就职于爱丁堡大学,并以沉积学家身份首次参加ODP 135航次。1993年,Clift入职美国得克萨斯农工大学,作为资深科学家代表该校参加ODP 152和159航次。1999年加入WHOI后,作为沉积学家兼高级地质学家参加ODP 163、184、205航次。2005年起,Clift先后加入德国不来梅大学、英国阿伯丁大学等,同时受聘为中国科学院南海海洋研究所客座教授,2008年被选为欧洲大洋钻探联盟(ECORD)特聘讲师、美国科学海洋钻探咨询委员会IODP特聘讲师,2012年加入美国路易斯安那州立大学,现任石油地质学教授,主要研究方向为陆缘地层发育和亚洲气候与构造之间的相互作用。2014年,Clift作为沉积学家参加了IODP 349航次;2015年,Clift作为首席科学家领导了IODP 355航次。
(5)Andreas Teske(HI:65)。1995年博士毕业于德国马克斯普朗克海洋微生物研究所,1996年起先后就职于WHOI、北卡罗来纳大学教堂山分校,主要研究极端海洋环境中的微生物及其多样化特征。2002年,首次以微生物学家身份参加ODP 201航次。2007年,被选为美国科学支持计划(USSSP)特聘讲师。2015年,作为首席科学家领导了IODP 385航次。
2 国际重要奖项获得者国际上重要的科学奖项能够直接反映获奖者在其专业领域中的地位及贡献,本研究遴选出13个在地球科学、环境、气候等领域最负盛名的国际奖项(部分可誉为“地学界的诺贝尔奖”),梳理了这13个重要国际奖项的获奖人员名单和履历,利用SCI数据库检索了这些获奖者的研究成果,发现多数与IODP有关联的获奖者在首次获得重要国际奖项之前,都申请过IODP样品进行研究,其中一部分为IODP的参航科学家。还有一些学者在获得重要国际奖项后,也申请过IODP航次后样品进行研究,说明IODP不仅推动了地学人才的培养,还作为大科学计划吸引着国际高层次人才,二者互相成就、共同发展。
2.1 地球科学领域的重要国际奖项1968年大洋钻探开始实施以来,13个重要国际奖项中共有483人次获奖,其中具有IODP相关研究经历者68人次,占14.7%(表 3)。IODP合计获奖者45人,部分获奖者获得1个以上奖项,最多者5项。
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通过梳理45位重要国际奖项获得者的简历及其研究成果,发现12人曾担任过不同时期的大洋钻探航次首席或参航科学家,39人在获奖前曾研究过大洋钻探航次样品并发表相关成果(表 4)。如,“古气候学之父”Nicholas John Shackleton(1937—2006年)早在20世纪70年代就利用DSDP在亚南极地区获取的岩心样品进行氧同位素分析,揭示了南极冰盖在中新世中期形成的证据,详细研究了始新世-渐新世交界期的古气候事件。随后他多次申请DSDP和ODP航次样品进行古气候学研究。Shackleton至少发表过38篇大洋钻探相关成果,其中多篇为其本人作为第一作者(以下简称“一作”)。
20世纪80年代初,美国著名地质学家Walter Alvarez(1940—)与其父Luis Alvarez(诺贝尔物理学奖得主)发现含有铱元素的黏土层,其中就有通过DSDP航次获得的样品。铱元素在地球地壳中很少见,但在陨石中含量丰富,而该黏土层却存在于6 600万年前沉积的K/T边界处(白垩纪—古近纪交界期)。基于这项发现,Alvarez父子首次提出了6 600万年前小行星撞击地球导致恐龙灭绝的假设。Walter Alvarez分别于2002年和2008年获得彭罗斯奖章和维特勒森奖。
Wallace S. Broecker(1931—2019年)1975年在Science发表的论文中提出了“全球变暖”这一概念,挑战了当时“冰期即将来临”的主流观点,随后定义了海洋在全球气候变化和碳循环中的作用。在此之前,Broecker就曾利用DSDP航次获得的孔隙水做过氧同位素和阳离子组分等古气候学研究,支撑了其对全球气候变化的认识。Broecker因其在全球气候上的贡献分别获得了维特勒森奖(1987年)、沃拉斯顿奖章(1990年)、泰勒环境成就奖(2002年)、克拉福德奖(2006年),以及BBVA知识前沿奖(2008年)。
3 我国科学家参与的大洋钻探相关研究随着我国加入大洋钻探计划,越来越多的科学家参与其中,取得了丰硕的科研成果。截至2024年8月,中国40多家科研院所、高校和涉海单位的160余位科学家参与大洋钻探航次(图 4),工作足迹遍布世界各大洋。同济大学22人有上船经历,是中国参航科学家最多的研究机构;华东地区除同济大学外共有自然资源部第一海洋研究所、中国科学院海洋研究所、南京大学等14家单位52人参航;华南地区中国科学院南海所、中国科学院广州地化所、中山大学、暨南大学、南方科技大学共5家单位总计有30人参航④。
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图 4 中国参与大洋钻探航次参航人数超过2人的单位 Figure 4 Chinese institutions with more than 2 participants in IODP expeditions |
④ 中国大洋发现计划:上船科学家. (2024-08-30)[2024-08-30]. http://iodp-china.org/Data/List/kxjtd.
微体古生物学、沉积学、岩石学、无机地球化学和古地磁学是我国科学家在大洋钻探中最突出的研究领域,体现了我国海洋地质学的优势方向(图 5)。中国科学家主导ODP 184和IODP349、367、368/368X共4个航次,将南海推到世界地学研究前沿地区,首次建立了西太平洋最佳深海地层剖面,首次提供了东亚季风演变历史的深海记录,首次实现了南海海盆洋壳钻探并精确确定南海扩张与洋壳增生过程,自主提出了南海不同于大西洋的岩石圈破裂模式。
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图 5 参航科学家研究专业分布 Figure 5 Distribution of research disciplines of on-board scientists in IODP expeditions * 以首席科学家身份上船,不区分专业 * Chief scientists are not categorized according to their majors |
2003—2023年,我国科学家共发表IODP论文778篇,其中66.3%由我国科研机构主导并作为通讯单位发表。统计数据显示,近20年来我国发文量总体呈上升趋势,2017年以后跃升到57篇,2020年和2022年都达到或接近80篇(图 6)。
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图 6 中国科学家发表的大洋钻探相关论文 Figure 6 IODP-related papers published by Chinese scientists 发文量2003年以来逐年上升;数据截至2023年7月 Annual increase in the number of publications science 2003; data as of July 2023 |
通过我国参与发表的论文关键词,可发现20年间我国参与的大洋钻探相关研究,大多利用了ODP航次期间的样品,研究海域以太平洋和南海为主,少部分涉及大西洋、北极和印度洋(图 7)。研究领域多为古海洋、古气候和地质构造,研究方法多为沉积学、地球化学,主要关注地质年代为中新世。
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图 7 2003—2023年中国科学家参与发表的大洋钻探论文高频关键词网络图 Figure 7 Network diagram of high-frequency keywords in IODP-related papers published with participation of Chinese scientists from 2003 to 2023 本图只显示词频>30次的词,图中圆圈越大表示词频越高 This diagram only shows keywords with a frequency of >30 times, the larger circle indicates higher frequency of keyword |
我国大洋钻探主要分为2个学科方向的研究群组:①以同济大学汪品先院士、田军教授为代表的古海洋学群组;②中国科学院海洋研究所万世明研究员和国际著名地质学家Peter Clift合作的沉积学群组(图 8)。结合图 2可以发现,我国在这2个学科方向已有一定国际地位,但地球动力学方面仍然缺乏在大洋钻探领域具有竞争力的研究团队。
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图 8 2003—2023年中国参与发表的大洋钻探研究作者关系网 Figure 8 Author relationship network of China's participation in published IODP-related papers from 2003 to 2023 本图只显示发文量>13篇的作者,图中圆圈越大代表该作者发文量越多,圆圈之间的连线越粗说明作者合作关系越紧 This diagram only shows authors with >13 publications; the size of the circles and the numbers in parentheses in this figure represent the number of publications by authors, and a thicker line between the circles indicates a higher number of collaborative publications by authors; data as of July 2023 |
IODP自1968年开始以来,培养了大批科学英才,大批科学家通过直接参与大洋钻探航次,或通过参与大洋钻探航次样品研究,获得了不菲的科研成果,在板块构造、古生物、古气候等领域取得了重要进展。同时,该计划通过其开放合作的模式和钻探样品的独特价值,持续吸引着全球科学家的目光,已然成为地球科学领域最顶尖的学术交流平台。
作为地学界甚至整个科学界典型的大科学计划,IODP对人才培养具有重要推动作用。通过本研究可以发现,许多在国际上赫赫有名的地学家都曾经或持续参与大洋钻探相关研究,IODP的研究成果也支撑了他们的科学理论建设。此外,IODP鼓励青年科学家参航,美国、日本等派出参加IODP航次的人员中,不乏在读博士生或刚毕业的博士,通过国际大科学计划的平台,逐步培养并支持他们成为地球科学领域杰出科学家。因此,大洋钻探平台和大洋钻探领域研究人才有着相互成就、共同发展的关系。
我国“梦想”号大洋钻探船已经入列,但相较于美、日等国,我国在大洋钻探研究领域的人才储备尚显不足,可能难以支持“梦想”号大洋钻探船作为国际大科学平台的长远发展。参考国际大洋钻探领域人才发展路径,可从以下5个方面进行人才建设:①多学科均衡发展,在构造地质学、微生物学、有机地球化学等我国科学家参加IODP航次较少的研究领域,加大人才培养力度,为我国“梦想”号大洋钻探平台打造一批具有国际竞争力的多学科研究队伍;②设立大洋钻探研究领域的国际奖项,表彰利用大洋钻探航次成果对科学界作出卓越贡献的科学家,并以研究经费奖励、邀请参航等方式加深合作,同时提升平台对人才的吸引力;③积极对接新一阶段国际大洋钻探计划IODP3,以执行联合航次、席位互换、样品互补等方式与国际科学家开展合作,促进我国大洋钻探事业与国际的深度融合;④加强大洋钻探领域的科学研究资助和人才引进力度,鼓励多学科方向的科学家针对大洋钻探航次样品开展高质量科学研究,探索大洋钻探在非传统地学领域的应用方向;⑤规划大洋钻探科学家培育计划,鼓励该领域在读博士和青年科学家参加大洋钻探航次,在国际权威科学家的带领下,深度参与大洋钻探相关研究工作,为我国大洋钻探事业的未来积蓄后备力量。
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