人类进入深海世界

人类进入深海世界

文／汪品先

　　近半个世纪来地球科学一项最大的进展，是深海世界的发现。探索与开发深海世界，将对21世纪人类和海洋的关系产生重大影响。如果15—16世纪人类和海洋关系的变化，是中国从海上强国到没落的转折，那么21世纪的变化，将在很大程度上决定华夏振兴的命运。

深海的发现动摇了人类的传统认识

几千年来，深海一直是人类视域之外的神秘世界。半个世纪的探索揭示了深海的真相：海洋原来是一个双向系统，不但有自上而下，还有自下而上的运动，只是深海底部运动的时间尺度和地球表层不同。你以为不会动的海底，正在沿着“大洋中脊”扩张，但是一年的扩张也不过一二十厘米；你以为宁静的深海，居然也会有几千米深处的“深海风暴”，但是深层海水要经过上千年的旅程，才能回到海面“重见天日”；不但深海有生物，深海底下的岩石和地层里也有“深部生物圈”，这里是地球上大部分微生物的“家园”，只是这里的微生物新陈代谢极其缓慢，据推测几千年才能繁殖一次。

深海世界的发现，动摇了我们的传统认知。人类总以为只有阳光雨露才是生命的依托，而深海热液和深海“黑暗食物链”的发现，说明“万物生长靠太阳”的概念并不全面。地球上其实有两种能源：一种是太阳核聚变所产生的辐射能，靠叶绿素通过光合作用制造有机物质，驱动水文循环与大气过程调控着气候；另一种是地球内部核裂变所产生的地热，靠深海硫细菌通过化学合成作用制造有机物质，并且通过海底热液与火山作用的途径，驱动着地球表层的碳循环和气候变化。古人就已知道火山爆发的威力，但是地球内部能量在深海底部不断产生的影响，是近几十年才开始研究的新领域。

深海对人类未来的影响难以估量

深海世界的科学发现，对人类未来的影响难以估量。首先是能源和资源。估计2015年，世界39%的原油将来自海底，而近10年发现的海底大油田三分之二都在深海；深海的新能源“可燃冰”已投入开采，有人估计“可燃冰”中碳的总储量，有可能超过全球所有矿物燃料中碳含量的总和。海底石油的主要来源固然是海洋表层的生物，但是深海“可燃冰”中甲烷的生成，极可能部分来源于地球的内部活动。海底矿产中目前已经试验开采的金属硫化物，则是典型的来自地球内部的资源：海水渗入海底数千米的深处与岩浆接触变成热液，上升时将地球内部的金属元素带到海底。“深部生物圈”微生物的生存肯定与地球内部能量有关，而其中的生物与基因资源如何利用，还是摆在科学界面前的新课题。

深海对正在为能源与资源枯竭发愁的人类来说，无疑点燃了新的希望。人类还有另一桩忧愁，那就是生存环境的恶化，而深海世界恰恰又是控制地球表面宏观生态环境的关键因素。就拿全球变暖、温室效应来说，海水里的碳是大气里的60倍，主要的储库也是在深海，因此只有正确认识深海碳循环，才能对大气圈温室气体的长期变化做出科学的预测。不仅如此，地球内部的碳储量比地球表层多得多，主要也是通过深海海底和地球表层进行交换，而我们今天只做表层碳循环的研究，就想对温室气体含量变化做长期预测，显然也有片面性。

三大技术手段探索深海

既然深海如此重要，人类就应该进入深海，研究深海，开发深海。人类自古以来就有入海的愿望，最早潜水的大概是采珠人，单靠屏住呼吸钻入水底，可以在水中几米深的地方待上两三分钟。现在不用呼吸装置的“自由潜水”，已经有超过百米的世界纪录。但这些都没有超出岸边浅水的范围，海水的深度每增加10米，其压力增加一个标准大气压，真的到深海大洋里，人即使不淹死也会被压扁。

一种办法是穿着金属“潜水服”，里面保持一个标准大气压，潜水员可以在几百米的海底活动。进一步的办法是乘坐潜水器，比如我国的“蛟龙”号深潜器可以下潜到7000米。深潜器还有无人驾驶的类型，在许多情况下可以派遣这种“水下机器人”替我们探索深海。

海底下面不但有微生物世界，还有深海的地下水在活动，被喻为“海底下的海洋”。探索海底下的世界，只有两种办法：地球物理和深海钻探。地球物理是指采用各种物理手段，从船上或者海底上面间接地探测地震波等；深海钻探则是直接的探测，用钻机从船上向海底下面钻进，通过钻具和测井采集样品、测量参数。深海钻探有很高的技术要求，从1968年以来一直通过国际合作共同实施，是探索深海海底过程和地球内部世界的主要手段，深海钻探船是人类探索深海的“航空母舰”。

无论“深潜”还是“深钻”，都是一时一地的探索，而海洋在不断地变化。从前我们以为表层洋流就像河流一样基本稳定，现在知道海洋是个涡流世界，海流的方向、流速都在变，流速的误差不是“10±1”，而是“1±10”。因此，认识海洋不能只靠短暂的“视察”，而需要在现场长期“蹲点”。最近国际海洋界的新热点，就是建设海底观测网，将监测各种海洋过程的传感器安置到海底，用光电缆连接后通到陆上，可以从室内对海底进行全天候的实时现场监测。于是，当前在国际前沿出现了“深潜”“深钻”“深网”三大手段探索深海的新局面。在这“三深”之中，新出现的“深网”技术具有特殊的发展前景。

建设海底观测网是进军深海的壮举

从船上探索海洋有个“致命”的弱点：越是需要探测的关键时刻越探测不成。台风、海啸来了，最需要现场观测，但是船在台风、海啸来之前就得撤退。海底观测的优势在于：可以一年四季、不分昼夜地进行现场原位的连续观测，而且可以实时获得数据，及时采取对策，比如海啸预警。

自从20年前美国建设第一个近岸浅海观测网以来，北美、西欧与日本都将建设海底观测网摆在海洋科技发展的首位。2009年，加拿大在其西海岸外建成了当今世界最大的深海观测网，用800千米的光电缆铺到3000米的深水海底，长期观测热液与板块活动；2011年，日本在本州南岸外完成了以地震海啸为主题的海底观测网一期工程，正在开展二期建设；2014年，世界最大的海底观测系统将在美国建成。我国从2009年开始着手建设小型试验站，目前正积极筹备建设国家海底科学观测系统的大科学工程。

海底观测网的建设，是人类进入深海世界的重大举措。几千年来，人类都是从海洋外面观察和开发海洋，而新发现的深海世界正等待着人类“常驻”海底，朝夕“相守”。科学家即便不能“躬亲”，也要有可靠的“代理”进入深海，海底观测系统就是我们忠实的“代理”。将传感器放置海底，向上观测水层、向下探索地球内部，只要传感器设计先进，海洋的各种过程都在监测之列，甚至可以直接测定海水里的DNA，也可以用图像摄影的方法设置水下的“生物显微镜”。

建设海底观测网是进军深海的科学壮举，可以比作将“气象站”和“实验室”建在海底。原来是从海上采集样品回到实验室分析，现在是在海里分析好了将数据送回实验室。若干年后，可望在家里的电视机上观看海底火山爆发的现况直播！

深海世界探索与开发的前景，将是人类和海洋关系的重大变化。人类和海洋关系的历史转变，第一次发生在15—16世纪，随着西欧航海家的成功，人类进入世界大洋，带来了“地理大发现”和西欧的“大国崛起”。21世纪正在发生第二次变化，海洋的开发从海面拓展到海底，人类从陆地进入深海世界，只是变化的后果目前还难以预料。可以肯定地说：如果15—16世纪的变化伴随的是争夺殖民地与奴隶的战争，那么21世纪的变化将是高科技的国际较量；如果15—16世纪的变化是中国从海上强国到没落的转折，那么21世纪的变化，将在很大程度上决定华夏振兴的命运。

（本文作者汪品先，海洋地质学家。现任同济大学海洋与地球科学学院教授。曾任国际海洋研究科学委员会副主席、中国海洋研究委员会主席。1991年当选中国科学院院士，2002年当选第三世界科学院院士。）

——选自《科学画报》

来源: http://www.haokoo.com/else/3220851.html