青岛海地所等4家涉海单位联合发起“中国海域冷泉深潜调查研究计划”！乘坐“深海勇士”号，探秘深海冷泉

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深海是地球上未被探索的最后疆域，相对于宇宙外太空，深海素有“内太空”之誉。深海之中，是神秘且瑰丽的世界，特别是存在着冷泉、热液、深渊等极端环境，孕育着丰富的油气、矿产和基因资源，不断唤起人类探索的兴趣和勇气。
; H! c" P: t8 y: @; U# @2023年6月，基于对深海冷泉研究的共同热爱，上海海洋大学、自然资源部中国地质调查局青岛海洋地质研究所（简称“海地所”）、中国科学院深海科学与工程研究所（简称“深海所”）和自然资源部第三海洋研究所（简称“海洋三所”）的冷泉科技工作者相聚青岛，在海地所举行了一场学术研讨会。会上，这4家单位的“冷泉科学家”一致决定联合开展“中国海域冷泉深潜调查研究计划”。
该计划的第一阶段目标是：利用5年时间，使用水下潜器等装备，对我国海域的代表性冷泉及其伴生的矿产资源、基因资源等进行深入调查并开展系统研究，促进我国深海冷泉科学的创新发展，支撑国家深海矿产资源开发。
于是，在去年12月，他们实施并完成了首批次冷泉载人深潜任务。
下潜1400米
在海底沉积界面（海底沉积物与海水交界面）之下，富含甲烷等主要成分的流体以喷涌或渗漏的方式从海底溢出，形成了深海冷泉。海底冷泉是典型的深海极端环境，既孕育着独特的生物群落，又产生了丰富的天然气水合物（可燃冰）资源，目前已成为世界深海探测的前沿领域。
" S% g, X( o9 s如果有人问，目前我国海域共有多少个冷泉？坦白说，这个问题还无法确切回答。这是因为我国针对冷泉等深海极端环境的调查研究还处于起步发展阶段，尚未摸清管辖海域冷泉“家底”。但近年来，随着深海探测技术的突飞猛进，我国发展步伐明显加快，极具代表性的是2015年在南海海底发现了“海马冷泉”，这是目前我国发现的最大的冷泉系统，为深入开展冷泉调查研究提供了一个前沿阵地。
“中国海域冷泉调查研究计划”的载人深潜第一站就选在“海马冷泉”。去年12月的一天，作为深潜科学家之一的海地所副研究员曹红登上深海所“探索二号”科考船，来到“海马冷泉”海域，准备乘坐“深海勇士”号载人潜水器（HOV）下潜。近十年来，曹红所在团队在我国海域累计发现声学气泡羽流（这是存在深海冷泉的重要标志）数量两百余个，并通过可视化有缆潜水器（ROV）证实冷泉10余个，是我国发现冷泉数量最多的团队。当然，该团队此前主要利用ROV、无人无缆潜水器（AUV）等手段对冷泉开展调查，乘坐HOV亲临海底，进行最为逼真的现场调查、取样以及实验，这还是第一次。

                               
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) ]! Z. v# M  S: q曹红准备进入“深海勇士”号
因为是首次下潜，而且要在潜水器里待8个小时，曹红还是有一些紧张。但她对海洋地质事业怀揣热爱，并且在下潜前的培训中已经了解到，一同下潜的主驾驶王硕已经驾驶“深海勇士”号下潜过80多次，副驾驶徐立达也已下潜过约30次，这给了她探索深海的勇气。
/ _: m) t6 M1 o% ]& `上午8时许，王硕、徐立达、曹红钻进“深海勇士”号载人舱，开始下潜。工作人员先用“探索二号”船上的A架将“深海勇士”号吊放进海里，然后由蛙人乘坐橡皮艇登上“深海勇士”号解开A架的挂钩。“深潜器脱钩跌落水中的那几分钟着实让人不舒服，但下潜到几十米后就稳定了。”透过舷窗看着湛蓝无比的大海，观察着海里的一些藻类、虾类，曹红很快忘记了紧张，取而代之的是兴奋，她渴望快点到达海底一探究竟。
通过“深海勇士”号监视屏幕，曹红看到潜水器的下潜速度是36米/分，所以只花了约5分钟，潜水器就下潜到200米。200米到1000米这个水层被称为“暮色带”，因为穿透到这一层的光线已相当昏暗，已没有地球生物能进行光合作用。这时，驾驶员打开了潜水器的照明灯，于是周围漆黑的海洋又亮了起来，曹红得以继续观察海洋生物。
5 ~1 M% n7 c! X% T7 W4 q3 ]! P; }大约40分钟后，“深海勇士”号接近海底，停止下潜。曹红看了下深度，接近1400米。在近海底，“深海勇士”号以每秒0.5米到1米的速度从冷泉边缘区向核心区前行，曹红的注意力也开始转移到调查研究“海马冷泉”之中。
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徐翠玲（左）乘坐“深海勇士”号深潜
0 k( T; p' W6 Y; [/ y% ]) C7 \, V同样的经历，在另一个深潜航次里，也被深潜科学家、海地所副研究员徐翠玲体会到了。不过，在遇到“暮色带”的时候，由于当时的深潜任务相对较多，为了省电，潜水器的照明灯并没有打开。因为海洋一片漆黑，为了缓解紧张情绪，徐翠玲在下潜时一直写样品标签纸，一直写了几百枚，这倒为后续的样品处理和保存工作节省了一点时间，可以尽快把取回来的样品保存起来。
当“深海勇士”号接近1400米的海底，停止下潜、打开灯光时，徐翠玲立刻凑到舷窗边，她看到了比手掌大但已死亡的白瓜贝密密麻麻地覆盖在海底，这时驾驶员像导游似的开始介绍，“这一片是白瓜贝的坟场，我们再往前开，可以看到活着的贻贝群……”如此欢快的气氛让她不自觉地放松了下来。
探索海马冷泉
其实，中国海洋大学博士李萌在去年11月底就登上了“探索二号”科考船。近年来，海地所联合中国海洋大学等单位研发了系列深海探测装备，达到国际先进水平，获得了2022年度海洋工程科学技术特等奖。李萌提前登上科考船的目的，就是将前期研发的甲烷和二氧化碳传感器（用于冷泉流体成分的原位测试）和双目相机（用于海底三维形貌精细刻画）进行调试，并安装在“深海勇士”号上，通过深潜来验证这些装备的性能，并获取相关数据。

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李萌安装甲烷、二氧化碳传感器等装备并与“深海勇士”号合影
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3 {1 Y+ m9 M% G! e7 d% e+ c, X所以，在曹红、徐翠玲深潜时，“深海勇士”号上已经搭载了常规的取水、取沉积物以及自主研发的甲烷传感器等装备。在近海底前行了约一个小时，一个冷泉喷口开始出现。“只见富含甲烷等主要成分的流体不断从海底往上喷发，产生了大量气泡，形成了几十米的气泡羽流，我一下子就想到了电视剧《西游记》中的龙宫。”靠近冷泉喷口，曹红被这种壮观的景象深深吸引。
不过，仅仅隔了两天时间，当徐翠玲来到这个冷泉喷口时，却发现已没有多少气泡。“这鲜明地体现出冷泉具有易变性，一些冷泉可能仅仅过了几个小时就不再‘喷发’，但过了几天或几个月时间又‘复喷’。”为了研究冷泉流体到底能在海水中飘多远，徐翠玲对冷泉喷口处的海水进行了分层取样，并利用甲烷传感器等装备对冷泉流体成分进行了测试，以待后续进一步研究。
与徐翠玲不同，曹红并没有把精力过多放在冷泉流体上，因为研究冷泉等深海极端环境的矿物岩石才是她的兴趣。在冷泉喷口到处观察时，她很快注意到海底裸露的白色天然气水合物。以往的研究证明，与冷泉活动有关的浅表层天然气水合物分布广泛，在有限区域内可以高度富集，例如墨西哥湾地区的浅表层天然气水合物可达5-6米，具有可观的资源价值。实际上，深海冷泉之所以备受社会关注，一个重要的原因就是存在这种特殊的优质清洁能源。
“深海勇士”号搭载自主研发的甲烷、二氧化碳传感器和双目相机开展冷泉区流体成分原位测试以及三维形貌精细刻画。图中除了仪器设备，还可以看到冷泉气泡羽流和海底的贻贝群 。
“在冷泉喷口区对沉积物和生物等进行取样后，我当时有一个遗憾，就是没有发现和获取冷泉活动的主要产物——冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的形成，一般需要历经上百年、上千年的沉淀，在古冷泉（活跃时间比较长的冷泉，但目前处于休眠或停止喷发状态）发现的几率更大一些。”于是，曹红提出了自己的需求，王硕、徐立达就驾驶潜水器去寻找。“当时已12点多，大家午饭也顾不上了，驾驶员不断跟船上的工作人员确定古冷泉的坐标，最终在1个多小时后找到了一处古冷泉，获得了碳酸盐岩样品。”
8 w& @7 ?0 W1 n* p. Q3 b/ g/ w在完全黑暗、低温高压的深海海底，先后下潜的曹红、徐翠玲除了分别关注冷泉矿物岩石、冷泉流体之外，还在冷泉区看到和获取了贻贝、海螺等冷泉生物，这些具有独特生理结构和代谢机制的生物，随着冷泉活动的变化而兴盛、衰亡，在荒芜的海底形成了一片“深海绿洲”，颠覆了人类对“万物生长靠太阳”的传统认知。当前，国际主流观点认为，热液、冷泉等深海极端环境很可能就是生命起源的初始地。所以对深海冷泉开展系统研究，不仅是因为存在天然气水合物这种深海矿产资源，而且关乎生命起源、生命极限等系列重要科学问题的解决，对深海生物资源开发利用，例如海洋药物与生物制品研发，都具有重大价值。
6 h5 j' j. G& U% _6 z9 n打造自家“后花园”
1 l+ c7 h4 O3 ^按照惯例，“深海勇士”号每天上午8点50分下水，下午约5点浮出水面。这是“深海勇士”号团队精心设计好的时间，在确保电池续航安全的前提下，让深潜人员尽可能做满8小时水下作业时长，并且也可以赶上船上的早餐和晚餐。不过，曹红下潜的那个航次，因为担心海况不好，提前了约1小时，所以下午4点就浮出了水面。回到科考船上后，曹红、徐翠玲等工作人员旋即开始对样品进行处理和保存。另外一边，等待深海探测装备上岸的李萌，则着手导出测试数据，查看自主研发装备的性能。
“我们研发的甲烷、二氧化碳传感器等装备，通过搭载‘深海勇士’号载人潜水器，以及搭载科考船上的温盐深仪器进行了试验，进一步验证了装备的先进性。”李萌举例说，在保证测量精度的前提下，国外同类商业化二氧化碳传感器的响应时间需要3-5分钟，而国产自主研发的二氧化碳传感器只需要几秒钟，“这在深海极端环境探测中，意义巨大。比如要得到不同深度海水中的溶解二氧化碳浓度，如果让潜水器或其他平台静止不动地测五分钟，是有难度且容易产生误差的，而如果只需几秒钟就可以准确测出，那就太方便了。”
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在冷泉附近拍摄的深海鱼
1 R+ K  V1 n0 H0 ]# m$ B曹红、徐翠玲之外，“深海勇士”号还开展了5个航次。也就是说，首批次冷泉载人深潜任务共执行了7个航次。在上海海洋大学、深海所科研人员深潜时，他们自主研发的多个装备也进行了验证。例如，深潜期间，上海海洋大学自主研发的全海深原位培养与取样装置开展了测试工作，完成了国内首个冷泉环境耗氧通量的观测实验，以此评估冷泉中甲烷被周围生物的消耗量及环境效应，填补了国内海底冷泉环境耗氧通量评估研究的空白。
7 m7 Q4 {: X4 p5 h5 E5 g, M' S: A6 d$ R回头来看，国际上第一次发现冷泉，是在1983年的墨西哥湾的佛罗里达陡崖深海海底，至今已有40余年。我国冷泉研究始于2002年，至今也有20余年。但由于隔着巨厚的水层，深海探测的过程困难重重，人类对冷泉甚至深海的探索仍然非常有限。据统计，人类已探索的深海区域仅占整个深海面积的5%，可以说，人类对深海的了解程度还比不上对月球表面的认知，所以科学家都深知深海探测装备的重要性。我国先后研发出“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号载人潜水器，各海洋单位纷纷研发甲烷传感器等国产深海探测装备，不断向深海进军。
3 J8 F8 C4 |5 o7 h" o: ^正是有了这些基础，“中国海域冷泉深潜调查研究计划”才得以进行。2023年，当上海海洋大学教授冯东跟海地所研究员孙治雷商议在深海“做点事情”时，孙治雷的脑海中立刻想起了“深潜”、“冷泉”这俩关键词。多年来，孙治雷带领曹红、徐翠玲等团队成员深耕冷泉、热液等深海极端环境，与冯东团队一样，热衷深海冷泉研究。不过，他们都没有载人潜水器，于是邀请深海所研究员李季伟加入，从而可以使用深海所的“深海勇士”号。之后，海洋三所研究员尹希杰因为海洋三所在深海地质样品检测方面的优势，加入这个团队。
事实上，冯东、孙治雷、李季伟、尹希杰曾在中国科学院广州地球化学研究所一起读过书，都是同学。冯东的导师是陈多福教授，作为将“冷泉”概念引入中国的第一人，陈多福教授带领团队开展的相关工作，奠定了我国深海冷泉研究基础；孙治雷、李季伟、尹希杰的导师是周怀阳教授，在我国还没有研发出载人潜水器之前，周怀阳就曾作为中方首席科学家，策划、组织和领导了首次中美联合深潜科学航次，帮助完善了我国载人潜水器的工程体系设计，推动了我国深海热液的研究。
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0 a9 s+ N4 W, G* V$ h" g3 T1 Q冷泉区贻贝群
" e* h& d3 r/ N( M“其实，陈多福教授也是我们的老师。我们四个人毕业之后，仍然聚焦深海极端环境，相当于把冷泉、热液研究传承了下来，所以能够在‘中国海域冷泉调查研究计划’上一拍即合。”将近20年了，孙治雷仍然清晰记得老师们曾跟他描述过美国人怎么搞深海极端环境研究，“他们的驾驶员和科学家进入深海热液区，就像走到自己家的街道一样熟悉，他们在热液喷口布置了很多装备开展探测试验，就像管理自己家的后花园。”后来，我国有了自己的载人潜水器，从那时起，孙治雷也有一个梦想，就是围绕热液或者冷泉，打造自家的“后花园”。
而要做到这一点，首先要摸清这些深海极端环境在哪里，继而利用深海探测装备，较长周期探测且分门别类地进行研究。“中国海域冷泉深潜调查研究计划”就是要围绕深海冷泉做这些事。这群“冷泉科学家”相信，我国深海冷泉调查研究尽管起步比国际稍晚，但近年来在深海科学基础理论研究、深海技术装备研发等方面都赶了上来。对人类而言，深海进入、深海探测、深海开发的大幕刚刚拉开，探秘深海冷泉，我们的机会无限。

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信息来源：青岛日报/观海新闻记者 李勋祥。