深海探索 -深海探索者是什么效果

风亥 · 发表于海洋科普 2024-4-4 02:14:01

北京日报客户端 | 记者汪丹

国家文物局、海南省人民政府等单位今年5月21日联合发布我国深海考古工作最近取得的重大进展：2022年10月，南海西北陆坡约1500米深度海域发现两处明代沉船；今年5月20日，沉船水下永久测绘基点已布放。国家文物局有关负责人表示，这不仅是我国深海考古的重大发现，也是世界级重大考古发现。

星辰与大海都是人类探索的梦想，相比航天事业取得的进步，我们仍在挺进深海的路上摸索。今天，我们请知名科普作者张田勘介绍深海探测对科学发展和人类文明进步的巨大作用。

深海探测最接近地球内部

现代人对海洋尤其是深海的了解掌握，远远不如陆地。这也是探索海洋的意义和动机所在。

深海是指水深超过2000米的海域，占据地球表面的3/5。深海探测是为了全面研究海洋和地球的奥秘，探测内容既有海洋深处的自然状况，如海底面貌、洋流，也有海底蕴藏的生物和经济资源。

在探索地球奥秘方面，海底可能是最能抵达真相的地方，因为海底距离地球内部最近：大陆地壳平均35千米厚，而大洋地壳厚约7千米。世界上最深的马里亚纳海沟（地处西北太平洋的海床）的最大深度为海平面下11034米，距地心6366.4千米，而陆地地表距地心的平均距离是6371千米。

对深海探索可以逐步认识地球的奥秘和庞大的生物多样性。从20世纪90年代末起，借助自主研发的以“蛟龙”“海龙”“潜龙”为代表的“三龙”深海装备体系，中国有20多家机构参与大洋生物资源勘探工作。海洋的生物多样性首先体现在大量的微生物上，中国通过深海探索分离了近1万株微生物，建立了第一个深海菌种库，现已库藏海洋微生物2.2万株。通过对深海微生物的发现和分离，中国构建了第一个深海微生物宏基因组大片段基因库，完成了近300株海洋微生物的基因组测序。同时，还创建了完善的深海生物实验室研究平台，为海洋生物科学研究提供了有力支撑。

公海之下的深海是目前人们了解得最少、物种最为丰富的海域。研究人员推算，深海栖息的物种多达1000万种，堪与热带雨林媲美。在这1000万种物种中，绝大多数尚未被人类发现。大约98%的海洋生物居住在深海的海床上和3万至10万座海底山中，仅在南太平洋上的塔斯曼和珊瑚海的海底山上就发现了近千个新物种，而且在海底山发现的物种有15%以上是地区性的，即在该地域是唯一的。因此，每个尚未取样的海底山都是未发现物种的重要资源地。此外，深海古老的珊瑚还可以提供有价值的气象记录，以便人类更好地理解全球的气候变化。

深海考古“拼图”人类文明

深海考古与深海探测是两个不同的概念，但可以归属于后者。深海探测包含深海中进行的所有科学研究和探索，深海考古则是深海探测的一部分，主要是考察人类遗失在海底的器物、财宝、装备、仪器、货物等，由此拼接和发现人类文明的全部面貌。

1945年，日本“阿波丸”号在新加坡搭载了从东南亚一带撤退的大批日本人，驶向日本的途中在中国福建省牛山岛以东海域被美军击沉。据当时的信息透露，“阿波丸”号装载有黄金40吨（价值约50亿美元）、白金12吨，以及工艺品、宝石40箱，还很可能有无价之宝“北京人”头盖骨化石。中国从1977年5月开始打捞“阿波丸”号，共有600多名潜水员参加了水下作业，潜水3604人次，捞起锡锭、橡胶、水银、铌钽、云母、光化玻璃等物资共5418吨，总价值5000多万元人民币，但没有发现“北京人”头盖骨。人们推测“北京人”头盖骨要么没有装在船上，要么是沉船后被洋流冲走或深埋在了海底。这也从一个侧面说明，当时的深海打捞和考古技术还不成熟。但由于这次经历，中国培养了一支海上救捞队伍，在布场、撤场、潜水作业、爆破与切割、重力起吊、医疗保障等方面得到了实际锻炼。

对于中国深海科研人员而言，具有突破意义的是2018年马里亚纳海沟深海装备海试及科考航次。“探索一号”深海考察船搭载了包括海翼7000米级水下滑翔机、全海深自主遥控水下机器人、全海深透明陶瓷视窗高清摄像系统等9类装备，对马里亚纳海沟进行深海探测，获得了三项国际首次、三项国内首次成果。比如，在国际上首次在7012米水深处发现索深鼬鳚属鱼类，这是已知该属存活的最大深度；在国内首次获取位于帕里西维拉海盆东部海山链和马里亚纳弧后张裂区的岩石样品，为揭示马里亚纳俯冲带南部构造演化与岩浆作用提供了重要依据。

去年10月6日至今年3月11日，中国“探索一号”搭载中外科学家先后考察了西南太平洋克马德克海沟、东南印度洋蒂阿曼蒂那海沟等地。科考初步勾勒出两个海沟的沉积、岩石和生命分布特征，在克马德克海沟发现海底地震诱发的事件性沉积，制约着深渊生命的有机物供给，同时发现已知最深的鲸落，深度达5609米。

这些成果意味着，人类对地球自然演化的历史和生命的形成，将有新的认识。科学界的主流意见认为，地球上的所有生物都源自同一种实体——一种30亿年或40亿年前漂浮在海洋的“原始汤”。有机小分子在地球上原始海洋的“原始汤”中产生后，经过长期积累和互相作用，形成了有机高分子物质——原始蛋白质分子和核酸分子，它们是构成生物体的最重要物质。有机高分子物质在海洋中越积越多，构成一个独立的多分子体系，进而演变成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。随着深海研究的推进，海中的微生物和其他生物可能会检验这一假说的真伪。

海底探秘的三大手段

无论是探测还是考古，挺进深海都需要科学技术的支撑。一个基本的难题是，海水每加深10米就增加一个大气压。在马里亚纳海沟底部，每平方厘米约有一吨的压力。因此，深海探测需要专门的潜水器、潜水衣，还要防止潜水减压病（指在潜水等高气压下，当人过快转入地面时，形成气泡造成静脉气栓、肺气栓等症状）。

作为当今探索深海奥秘的三种主要手段，深潜、深钻、深网共同担负起了深海探测的重任。其中，深潜是指到达深海现场的能力，并由此实施潜水员和机械探测；深钻是利用专用钻探船和钻探设备，从海底往下钻探，打捞海底物质进行研究；深网是将传感器放到海底，构建海底观测网络，进行长期联网观测。

深潜深潜需要能到达深海甚至水下1万米的潜水器。最早下潜到马里亚纳海沟的是19世纪50年代由瑞士制造的著名潜水器“的里雅斯特”号，虽然它当时没有实现在海底航行和作业，但仍然是世界上第一台到达最深海底的潜水器。目前，世界上最著名的深海考察工具是服务于美国伍兹霍尔海洋研究所的“阿尔文号”， 1977年，“阿尔文号”发现了海底热液及其生物群，获得了人类对海洋和生命起源的新认知。

2010年7月，我国第一台自主设计和集成研制的载人潜水器“蛟龙号”下潜深度达到3759米，成为继美、法、俄、日之后，世界上第5个掌握3500米深度载人深潜技术的国家。2020年10月27日，中国载人潜水器“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜到10058米，创造了中国载人深潜的新纪录，并采集到一些珍贵样本。此后，上海交通大学研制了“海龙”系列遥控无人潜水器，广州海洋地质调查局研制了“海马”遥控无人潜水器。

深钻深钻即深海钻探计划（DSDP），最早由美国提出，多所大学和海洋研究机构组成了地球深部取样海洋研究机构联合体（JOIDES），目的是在世界大洋采集沉积岩芯，取得洋底地壳上层的资料。

1968年，环球海洋钻探公司建造的“格罗玛·挑战者号”建成，成为深海钻探计划的专用钻探船。通过深海钻探，科学家验证了海底扩张学说和板块构造学说。根据海底钻探所取得的岩芯，科学家重建了大西洋的海底扩张历史，提出距今约9000万年前，南极洲与澳洲、南美洲先后脱离，逐步形成了大西洋。

此后，国际上的深海钻探计划又发展到大洋钻探计划（ODP），再到综合大洋钻探计划（IODP），这些计划的实施推动了大洋中脊系统与海底热液、冷泉的发现，以及海底矿物资源的勘探与开发，在深海极端环境、地震机理、深海生物和矿产资源以及海底深部物质与结构等科研领域取得了一系列重大成果。

我国于1998年加入国际大洋钻探计划。在中国科学家的提议、设计和共同主持下，科研人员到南海实施了四个半钻探航次，揭示了南海海盆张裂、海底扩张的历史，使得南海成为全球地质研究程度最高的边缘海之一。

深网深网指海底观测网，是实时动态探测海洋的重要工具，其技术基础是现代传感器、水下机器人、海底光纤电缆、物联网、大数据等，可以深入到海洋内部观测和认识海洋。它可以实现从海底到海面全天候、长期、连续、综合、实时、原位观测，为海洋科学研究、海上石油天然气开发和军事、灾害预警，以及其他海洋应用提供科学数据支撑。

2016年，美国耗资3.86亿美元的“海洋观测网”（OOI）计划启动运行。OOI是一个长期的科学观测系统，由区域网、近岸网和全球网三大部分构成，其观测结果可用于研究洋中脊、海气交换、气候变化、大洋循环、生态系统、湍流混合、水岩反应、地球动力学、地球内部构造和生物地球化学循环等科学研究。

同年，中国科学院声学研究所在南海海域建成了我国第一个深海海底观测网试验系统，突破了海底网节点及组网、网络布放与维护、系统控制和原位多参数探测等关键技术，可用于海洋资源探测、海洋环境监测、海洋灾害预警以及其他海洋科学研究。

2012年6月27日，“蛟龙”号在西太平洋马里亚纳海沟创造了7062.68米的中国载人深潜纪录。

深潜助力古沉船考古

根据官方公布的信息，此次南海沉船其中一处定名为南海西北陆坡一号沉船，发现的文物以瓷器为主，散落范围达上万平方米，推测数量超过10万件，根据出水文物初步判断为明代正德年间（1506年-1521年）；另一处定名为南海西北陆坡二号沉船，发现大量原木，尺寸相近、码放整齐，大多经过简单加工，初步研判是从海外装载货物驶往中国的古代沉船，时间在明代弘治年间（1488年-1505年）。

“深海勇士”号载人潜水器在一号沉船核心堆积区西南角布放沉船水下永久测绘基点，这一测绘基点像巨大的铁锚一样是固定的，将成为今后开展水下考古记录发掘的基准。同时，科研人员还将使用长基线定位技术进行位置标定，以提高水下考古工作和资料记录的精度与准确性。

我国准备用1年时间分3个阶段实施一号、二号沉船遗址考古调查工作，可以预测，这一工作主要由深潜来完成。有“蛟龙”号、“奋斗者”号和“海龙”“海马”遥控无人潜水器等先进仪器的帮助，相信这两处沉船遗址的考古调查一定会有重大发现。

总之，深海探测与深海考古是“打捞”人类文明和认识海洋奥秘的重要途径。我们从深海中获得的大量发现和成果，意味着地球演化的历史、海洋和陆地的变迁，以及从微生物到生物、从鱼到人的演化可能都需要重新审视，这不仅关乎人类的文明史，也与地球和宇宙的文明史息息相关。随着我国深海科技向国际先进水平迈进，我们将为全球海洋治理提供更多行之有效的中国智慧和中国方案。

供图：视觉中国

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