我們為何要研究深海?人類是如何一步步徵服深海的?

2020-12-14 北京日報客戶端

11月10日,中國研發的萬米載人潛水器「奮鬥者」號在馬裡亞納海溝成功坐底,坐底深度10909米。為什麼這些年我國不斷研發深海深潛器呢?海洋科學頂尖專家、「深海勇士」汪院士這樣回答:「因為深海是人類在地球上了解最少的區域,深海地下更是一片未知世界。」汪品先院士在十餘年深海科普工作的基礎上,收集最新資料創作了《深海淺說》一書,為大眾普及深海知識。

▍2019年汪品先院士乘坐我國自主研製的4500米載人深潛器「深海勇士」號在南海下潛 TAKEFOTO/新華社 供圖

為什麼我們要研究深海

海面3000米之下暗流湧動,海底居然是漏的,有些生物是可以不需要依靠太陽生存的,大洋之下的巖石是會移動的,海底深處隱藏著可能會影響人類未來的神秘寶藏……這些你會好奇嗎?

深海底下兩億年的沉積層,記錄了地球歷史上無數精彩的故事。從深海提取「檔案」,追溯大洋水圈和巖石圈的變化歷史。這種歷史記錄只有深海海底才能保存,經過分析解讀,猶如是找到了地球的《資治通鑑》。深海還隱藏著更多的人類發展寶藏,由內而外影響著我們的環境、我們的生活。

還有惹人注目的深海生命,世界大洋估計22萬種動物,有10億個類型的微生物,尤其是深海的生物有著各種各樣的「特殊功能」。有的能適應高溫高壓,有的能在還原缺氧環境下繁盛,更有的有著非人類尺度的長壽能力,而提供這些特殊功能的基因就是無價之寶,有著給人類帶來特種福利的潛力。

總之,深海,是新世紀必須要談論的新題目。深海是地球系統中關鍵而又缺乏了解的部分。深海擁有豐富的海洋資源及世界上最大的生物圈資源。從20世紀晚期起,人類開始進入海洋內部,對於深海取得了前所未有的新認識,這些認識正在成為科技發展和國家決策的重要依據。深海亦是科普的絕佳材料。不但地球上最大的山脈、最深的溝谷都在深海,連最大的滑坡、最強的火山爆發,也都發生在海底。

人類潛入深海的歷史

其實人類從古代就對深海一直很好奇,但是人類進入深海很難,不但有呼吸的問題,還需要承受巨大的水壓力,每加深10米增加一個大氣壓。最早也是最簡單的辦法就是屏住一口氣下潛,這種「沒水採珠」的古法下海,明朝《天工開物》裡就有記載。這種不靠任何設施的下潛,深度有限,能到30米深就很了不起,從生理學來說100米就是極限。如果想要進入深海,尤其是要進行較長時間的考察,應當在某種容器裡潛入海底。最先出現的這種容器,是17—18世紀發展的潛水裝備——潛水鐘。潛水鐘的形狀和材料可以不同,關鍵是鐘的上部有空氣,可以供潛水者在水下呼吸而不需要回到水面。

真正建造科學探索的深潛裝置,需要等到20世紀。先是用鋼製的圓球「潛水球」。1930年,美國海洋生物學家畢比和工程師巴頓鑽進潛水球,下到了百慕達海域的183米深;1934年他們的潛水球又下到了923米的深水,並且在那裡停留了3分鐘,這是當時人類到達的最深處。他們的壯舉轟動了全球。

1953年奧古斯特提出把氣球的原理移植到深潛技術上,在鋼球之上另加一個裝有汽油的浮體,不靠吊索而是靠浮力上下,實現了技術上的突破,這就是「迪裡亞斯特號」深潛舟。1960年,奧古斯特·皮卡爾教授的兒子、工程師雅克·皮卡爾和美國海軍軍官沃爾什,乘坐「迪裡亞斯特號」下潛到太平洋馬裡亞納海溝水深10916米的海底,這是人類第一次下潛到了地球表面的最深處。

經過五六十年的發展,深潛技術早已今非昔比,萬米深潛已經不再那樣艱難,馬裡亞納海溝的萬米深度也已經不再那樣神秘。深潛技術已經成熟,以至於深潛器可以由單人駕駛,供業餘探險使用。然而科學探索對深潛器的要求不同於探險,需要有高超的觀測與採樣能力。

我國深海科技起步較晚但發展迅速。2012年,「蛟龍」號載人深潛器下潛至7062米,創世界同類作業型潛水器最大下潛深度紀錄。2017年,4500米型的「深海勇士」號載人深潛器正式投入使用,國產自主率超過95%。此次「奮鬥者」號坐底深度10909米,顯然代表著我國正邁向國際深潛設施製造前列。

▍「奮鬥者」號坐底深度10909米 供圖 TAKEFOTO

從深海的基礎知識到深海的開發利用

汪品先院士在十餘年深海科普工作的基礎上,收集最新資料創作了《深海淺說》一書,希望能「提供一份既能獲取深海知識,又能當作消閒讀物看的科普材料。全書8章31節,附圖150幅,從深海的基礎知識,一直講到深海的開發利用,說明海洋既不能當作聚寶盆,也不該用作垃圾桶。在學術方面,本書也力求深入淺出,多用插圖,爭取既能反映國際科研的最新進展,又能追溯歷史、揭示科學發現的過程。」

汪品先院士於1999年在南海主持中國海首次大洋鑽探,開我國深海科學鑽探之先河。2011-2018年主持國家自然科學基金重大研究計劃「南海深海過程演變」,該項目為我國海洋科學第一個大規模的基礎研究計劃,使南海進入國際深海研究前列。2018年以82歲高齡深潛南海,發現深水珊瑚林。

▍《深海淺說》 汪品先 著

《深海淺說》一書從海洋的深度探測開始,從深海的基礎知識,一直講到深海的開發利用,層層深入,介紹了截至目前深海研究取得的一系列重大成果,如全球大洋深部結構與成因、海洋碳循環、海洋深部生物圈、深海洋中脊與海溝的地質、流體和生命過程、現代海底金屬成礦、「蛟龍號」科學深潛等;展示了最新的深海探測技術,如海洋探測系統、深海遙感、海洋地質鑽探及採樣技術、水下機器人、深潛器、海底觀測網等;列舉了深海前沿研究面臨的科學挑戰,如需要怎樣的技術來提高海洋地質災害的測年水平、變化著的海洋是如何影響冷泉生態系統以及生物甲烷屏障的、深部生物圈細菌和古菌的能量利用機制是什麼、人類引起的氣候變化對深海的影響究竟如何等。

北京大學海洋研究院院長周力平認為:「《深海淺說》以深海研究的歷史為引子,用生動易懂的語言由淺入深地介紹深海研究的一系列重要發現:深部生物圈、熱液與冷泉、大洋鑽探、海底地震與火山、深海礦物與生物資源……每個知識點的背後,均有眾多的案例和小故事進行支撐,讓沒有相關背景知識的人也能輕鬆理解,堪稱真正的深海淺說。汪先生的這本書將各個學科融會貫通,在使一般讀者受益的同時,讓海洋領域研究人員也能通過閱讀本書而對深海獲得更加全面的了解。」(責編:李崢嶸)

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