深海科学探索史话：五百年从海面到马里亚纳海沟 - 深海勘探生物学

蒙自博越科技有限公司 · 发表于海洋技术发展 2024-4-25 06:59:04

海洋，覆盖着地球表面的百分之七十，身为陆生生物的人类，对海洋既有天生的敬畏，也有对深海未知的好奇；因为海洋的广阔和深潜技术的局限性，常常有人笑称，我们对海洋的了解还不如对三十八万公里外的月亮充分。

相对于毫无生机而单调的月球，地球的深海更加富有生机，探测一片数平方公里的海床，远不足以让我们断定深海生态的概况，我们的确对海洋还很陌生。按照当今海洋学家估计，深海中90％至95％仍是一个谜。

生机之地——海洋

什么是深海勘探？

"深海"一词对每个人的含义都不相同，对于普通人，超过百米就算深海了。对于渔民来说，深海是较浅大陆架以外的所有海域。

对科学家而言，深海是海洋的最深层，还在温跃层以下（位于海面以下100—200 米左右、温度和密度有巨大变化的薄薄一层），一般为1800米以下的水层。

在温跃层之后，在没有现代仪器的帮助下，人们将很难知道深度是多少，因为阳光早已无法穿透，周围环境永远都是黑暗的，极冷的（在3000米以下温度介于0到3摄氏度之间），水压比海面标准大气压高出1000倍以上。

从古罗马作家普林尼记录想象深海到19世纪末，人们都认为深海是一片死气沉沉的荒原，没有生物可以在那里生存。在二十世纪后后，随着船舶技术发展，电子信息技术帮助人们涉足人无法达到的地方，才认识到深海其实是地球上最大的生物栖息地。

为了深潜器能去探索这片寒冷，黑暗，高压水层。深海勘探融合海洋学，生物学，地理学，考古学和工程学；虽然到现在深潜技术仍然十分笨拙，但已经能够瞥见海洋最深处的神秘风景。

深海勘探简史

深海勘探的历史相对较近，不是因为古人没有尝试，首先是需要详细的文字考察记录，第二是需要较先进的技术来进行深海勘探。再过一年，我们将度过深海探测五百年这个时刻。

1521年：第一个为了证明地球是圆的，进行环球航行的麦哲伦率先进行了深海探索活动，船队航行在太平洋上，试图使用一条730米绳索来测量太平洋的深度，除了岛屿附近的海域，长绳在茫茫大洋上均无法触底，人们发现在太平洋上哪里都是深渊。

麦哲伦船队的环球航行

1818年：英国约翰·罗斯爵士声称自己使用深网捕到了大约2000米深度处蠕虫和水母，这些实物证据开始动摇西方一千八百年深海无生命论。1842年：尽管罗斯爵士的发现已经公开二十余年，生物学家爱德华·福布斯还是提出了深渊理论，指出生物多样性会随着深度而减少，并且生命无法在超过550米深度的水层中生存，不过只是假说，并没有试验数据支撑。1850年：迈克尔·萨斯通过深网在800米处捕到了多种深海鱼类，生态系统显然很复杂，直接用证据驳斥了福布斯的深渊理论。

英国海军挑战者号护卫舰

1868-1876年：英国海军资助苏格兰博物学家和海洋动物学家查尔斯·汤姆森开展深海考察，1872年12月21日考察团乘坐英国海军挑战者号护卫舰从朴茨茅斯启程，历时三年半航行十三万公里，进行了492次深海测深，133次深海海床挖泥，151次露天拖网和263次连续水温观测，发现水下4427米的生物，共新发现4717个海洋新物种；深渊论自此销声匿迹。1930年：纽约富豪奥蒂斯·巴顿设计了第一个球形深潜器，并于1930年6月与美国生物学家威廉·比比在百慕大群岛外进行深潜。他们成为了首批活着进入深海的人类，下潜到180m创造了首次深海潜水纪录。

海洋最深处——马里亚纳海沟

1934年：奥的斯·巴顿刷新了自己创造的潜水纪录，达到了923米，之后受世界大战影响实验中断，1949年，再次打破深潜记录进入1370米深的海洋。1956年：法国探险家伊夫·库斯托驾驶深潜器拍摄了全彩色深海纪录片《寂静的世界》，在戛纳电影节上映，并获得金棕榈奖，普通人第一次直观认识深海的面貌。1960年：瑞士海洋学家雅克·皮卡德在美国海军资助下，制作里雅斯特号深潜器下潜到马里亚纳海沟10916米处触底，截止目前依然是最大深潜记录。

里雅斯特号深潜器

1977年：海洋学家通过潜水器发现了海底火山附近热液喷口的生态系统，这些生态系统依靠化学能，而不是太阳能。1995年：美国海军Geosat测地卫星雷达数据被解密，可以对全球海床进行制图建模，学术界对海洋海床地形有了一个全面的了解。2012年：电影导演詹姆斯·卡梅隆在马里亚纳海沟乘坐深海挑战者号深潜器完成深潜挑战。

现代深海科考拓展了我们对深海的地理和生物多样性的认识，每年深海不断发现新的物种，揭露了地表人类活动对海洋深层次的影响，除了科研，深海科考活动也帮助人们找到大量跟随遇难船只沉入海底的珍贵文物，补全我们对过去的了解。

深海探索技术

像航天技术一样，深海科考也需要新的仪器和技术。外太空是寒冷无压力的真空，但海洋深处更加富有难度，超高压，低温且黑暗，加之海水的腐蚀性，万米深潜器往往出海一次就寿命已尽。

在8世纪，维京人在绳索上挂金属块以测量水深。从19世纪开始，研究人员开始使用钢缆进行测深，进入二十世纪，科学家们想到了利用声音，科学家使用炸弹测深（将炸弹扔入海沟并记录回声），发现马里亚纳海沟，菲律宾和汤加海沟的深度都超过10000米。在二十世纪五十年代后，海洋科考进入声呐时代。

潜水活动

当人们确定海床深度后，便想看看海床是怎样的一番景象。第一艘潜水艇由荷兰的工程师德雷尔于1623年制造。1865年法国发明家贝努瓦·卢库埃罗发明潜水服和呼吸器。1943年，库斯托与埃米尔·加尼昂共同发明水肺，使用至今。

更安全的方法——机器人探索

人类已经参观了马里亚纳海沟底部，有人潜水器的使用费用却令大多数科研团队望而却步，加之到今天，载人深潜器在满足深潜之外，还要考虑海洋学家的生命安全，深海探测往往非常笨拙和使用范围有限。现代深海探索大多数时候依赖于无人潜水器。

遥控潜水器ROV是由科考船上的研究人员控制的系留式水下设备，遥控潜水器通常安装摄像机、机械臂、声纳设备和样品容器。

自主水下航行器（AUV）无需人工控制即可运行，这些深潜器可以通过声呐绘制海床三维地图，测量深海温度与化学物质并拍照，它们共同成为了今天深海科考的主力。

人类或者无人潜水器进行科考时往往在海底停留时间都不长，无法长时间收集测量数据，所以下去能看见什么往往只能随缘。

除了深潜器之外，在海底投放传感器监测鲸鱼的歌声，浮游生物的密度，海底环境的温度、酸度、和各种化学物质浓度。这些传感器连接着一个浮标，浮标在海面漂浮，实现与科考船的通信与对海底设备供能。

如果说地面大型望远镜与哈勃这样的在轨望远镜是人类看向太空的眼睛的话，这些浮标就是指向深海的"天文台"，例如太平洋的蒙特里监测系统（MARS），设备仪器沉入海底以监测地震断层。

深海探索的未来

蛟龙号

现在人类依然亲身参与海洋科考，我国凭借自主设计的蛟龙号深潜器加入到深海科考浪潮中；虽然大多数科考活动都是使用来自无人潜水器和海底传感器完成，但人必然会潜入深海，见证参与到深海科考每一次重大发现中，载人深潜器的发展不会止步，无人潜水器也会越来越智能。深海潜水技术也不将局限于地球，它们会跟随着人类脚步，踏足其它星球，走向深海，走向星空。

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