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9月15日,上海自然博物馆举行第120期绿螺讲堂《深海探秘》,由同济大学地球与海洋科学学院周怀阳教授主讲,解密大洋深处的探索历程。 ! D* E X( S) E, E& E+ d
“深海探秘”
6 e$ S4 U0 D* M- w6 `7 w 第120期绿螺讲堂
g3 a' C1 D! u( @ 航向南溟
8 t1 q( b3 A0 x* J6 a* I* ]# @9 [. i 你去过远海吗?有时那里风平浪静,有时却变幻莫测。 8 ~( F' B i Y+ I1 t6 ?* ~
那深海呢?
8 v! {- d, J4 U% d1 H( j2 g# b1 e% z 在江上航行的人会说:10米深的航道就是深水航道;开采海油的人会说:不,300米以下我们叫深水油气。
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) D# z$ v$ N+ [ 但是海洋学家会说:2000米以下的才叫深海,那里完全是另一个世界。 # ` c {2 V6 W
今年同济大学主导了两个“南海深部计划”探秘的航次,下潜的最大深度是3850米,我们对从南海东北到中南部陆坡的冷泉、海山和特殊沉积区高效地进行了33次科学下潜考察,还做了国内第一次深海海底科普直播。
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, w. v9 Y% {" m* E" n7 ` ▲烟灰蛸、火山岩柱节理、冷水珊瑚、杜父鱼
9 C4 u. p1 X% Y) | 南海在中国典故中被称作“南溟”,意思是南边的大海,《庄子·逍遥游》里说:“南溟者,天池也”。这次在南海海底发现的一个古热液区,就被命名为“南溟”。 : C; T1 w: l2 `" K/ ~
探秘之旅 ) d+ C" ~1 d Q) s% _# M b
探秘1:寻找海底热液 " X8 b: {3 z8 H. @. Q5 T% k4 u
所需装备:温度浊度传感器、电视抓斗 , J, N( ~) T1 |4 \+ ?
现在我们在南海看到的海山在几百万年以前是活火山,这些热液区在那时也是活动着的,几百万年之后的今天它们已不再活动,所以叫它“古热液区”。 ) w7 w7 z7 A" O5 \3 O8 C
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▲古热液烟囱样品
9 N% L) U" k, i' @9 w5 S4 N, A 不过,在地球板块扩张的区域,现在还有许多海底活火山,那儿就不一样了,会有300多度的热液喷出来。
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▲全球海底热液分布图(红点是热液区)
/ I G) ~% n7 l+ u, t 2000多米深海温度一般在2摄氏度左右,是生命“沙漠”,而热液口就是沙漠里的“绿洲”,有着非常繁茂的生命。
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说到探测热液口,关键在于温度——正在活动的热液口会持续产生高温羽流。我们会先把一个携带温度浊度传感器的探测装置放到海底,哪里热就往哪里走,这样就能先找到大的活动羽流区域,并不断逼近羽流根部。 " s: Q2 e/ _ T, K
3 E7 n8 S' _3 r! T& @+ G 知道羽流根部大概位置,也就知道了热液口的大致在哪儿,随后从船体放下这个装着摄像头的电视抓斗采样。 + H$ j& H/ Q. f3 i+ E
探秘2:寻找海底锰矿
. a7 C# e. Q7 s9 |8 _2 C+ b2 b' O* V 所需装备:无缆自返式抓斗、箱式沉积物采样器、多管沉积物采样器 u4 [9 q+ Z$ R! ?
不过毕竟热液口只是少数,深海还有什么呢? 0 v" Z! c5 Y' r6 g' W% z
——有生物,少但是奇异的生物;
, J, O) ?+ q2 ^& P$ d: m' I1 c ——有泥巴,多而且积累了上万年的无生命碎屑;
) T) k0 D8 j0 C* ^/ g ——还有“海底兵马俑”,上百万年富集而成的深海铁锰结核。
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' I8 B. f- N- x" O; i0 r% G ▲海底密集的铁锰结核
- ^3 N( z ^; v& Z* G6 H8 e# c0 u+ h 铁锰结核是可利用的海底矿藏,其中的金属锰可用于制造锰钢、金属镍可用于制造不锈钢、金属钴可用来制造特种钢。
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' T8 K! O F3 j, V# G x ▲南海海底铁锰结核区
2 V" M) q9 O" k “这次我们从南海新发现一处迄今规模最大的海底铁锰结核区,并基本确定了2013年发现的蛟龙海山铁锰结核区的分布范围和分布特征。” - \/ v% a- q. y
探秘3:绘制海底地形图
9 U7 w a0 I3 u4 Q- ]8 R 所需装备:多波速回声测探仪、AUV(水下飞机) - `, K. o1 Y8 e$ U! s
海底像陆地一样,也会有高低起伏、沟壑和山丘,怎么知道地形呢?
2 |! i4 U2 H. K! V( }9 F* _ 用回声探测仪,也就是声呐,一种利用声波在水下的传播来测量距离的仪器。现在的多波速声呐一次能同时打很多信号下去,得到很多点的数据。
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5 l- j+ u/ ~9 ^: A9 p ^9 h* b “不过有时候,也会因为航程时间紧张,不能测完每一个细节之处。2010年我们在西南印度洋花了四天时间测了一处海域的海底地形,图中空白的地方就是没有时间测了。” % R: V* L: y5 _3 X$ L/ K, v# T: u
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▲2013年周怀阳教授发表于Nature的文章
( [. A, Z( W% a9 t: n “即使这样,依然有1%左右的误差,比如从船上向3000米的海底发射信号的话,就会产生30米(大概十层楼)的误差。那如果我可以让发射信号的机器离海底近一点,比如离海底只有30米呢?误差是不是只有0.3米了?” 1 M( v7 b3 p4 Y7 K% @& `! ?
, F% \! i4 ]! h/ ^4 J 这就是AUV——“水下飞机”的好处。 # w( b9 Z; k: `
探秘4:定点下潜
: d: n( L' d, a5 [ 所需装备:“深海勇士”号载人深潜器、“ROPOS”号遥控深潜器
1 y' m0 W8 r: {5 z9 J/ B5 u3 L 1874年,“挑战者”号在历时3年的环球航行中第一次对深海做了系统调查。一百多年以后,人类做到了离海底几千米的船上遥控水下机器人,美国的阿尔文号在五十多年前就已经能够载人下潜到深海,我们也想要下去看一看。
3 b8 s. z5 I7 {" B: i5 Y 今年“南海深部计划”执行了两个下潜航次。 6 n# f' y% M0 M! r. V
一个是我做首席科学家的“ROPOS”号航次,这一次是租借的加拿大遥控深潜机器人“ROPOS”,用的是厦门大学“嘉庚”号科考船。 - k. I3 o$ E$ Q3 e. M0 _
" C; S9 ?: L5 b0 o+ S% o3 i 另一个是“深海勇士”号载人深潜科学考察航次,这是我们国家第二台自行研制的深海载人潜水器,用了13天,下潜了11次,同济大学82岁的汪品先院士下潜了3次。
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未来的深海探索 ! B6 z" c f5 U8 {
当前对南海的开发主要在浅海,而揭开南海真正的奥秘却在于深海。 $ s5 U" F6 B, q. Q
而除了深潜,中国未来的深海探索还会用到深钻、深网,海洋学领域仍然有很多我们想做而做不到的事情。
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“鹏之徙于南冥也,水击三千里,抟扶摇而上者九万里”。今天的听众如果未来想到深海去做研究,希望能研制出我们的国产仪器,不断取得新的科学发现。 : S8 Z+ E' T/ }' e- r P
) w/ F- p) S$ y& _# y: J 绿螺讲堂 | 第120期
' j+ ?' q- _8 u' T8 Z7 z$ h% _! i9 } 文字丨余一鸣
) c. \, t5 m& E1 k- @ 文中未标注图片均来自嘉宾PPT * B+ g7 B0 l0 @) [& J
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本文为上海自然博物馆(上海科技馆分馆)原创, : ^0 X( {8 X+ o" ]' n) `
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