【20160603新華網】觸摸地球最深的地帶
文章來源： | 發布時間：2016-06-14 | 【打印】 【關閉】
我國唯一以深海研究為主要方向的國立科研機構中科院深海所近日在海南正式投運
-海南日報記者 蘇慶明
在直面南海的三亞市半山半島，從鹿回頭景區出發，沿鹿回頭路走過半山半島帆船港，再往左拐進一條鳳凰花燦爛綻放著的小路，就能看到一所聳立著紅褐色大樓的科技園區。三兩棟大樓，空闊地帶主要是綠色的草坪，這個園區看起來與其他同類園區沒有區別。即便走進門口左側一樓名為工程實驗室而看似大型車間的地方，里面的設備一般人也看不出神奇之處，除了一個面積不大但卻有20米深的水池或許會讓人驚訝一下。
看似簡單，絕不簡單。這是我國唯一以深海研究為主要方向的國立科研機構，名為中國科學院深海與工程研究所。經過4年多“邊建設、邊科研”的籌建，已于今年5月正式投入運行。它匯聚了一批國內外海洋科學與工程技術領域科研人員，其要探索的對象——深海，是這個星球上最深或許也是最難到達的地方。
科考船“探索一號”。海南日報記者 武威 攝
深海研究，有多“深”？
超過6000米深度，通常是大洋板塊向大陸板塊俯沖形成的海溝區域，這塊區域稱為超深淵，代表地球最深的海洋區域
或許有不少人還記得，2012年3月26日，電影《阿凡達》的導演詹姆斯·卡梅隆單人駕駛自主研發的“深海挑戰者”號萬米潛水器，下潛到了10898米深的馬里亞納海溝底部，創造了人類單人下潛深度的新紀錄。許多人可能就此以為，人類已經征服地球最深的地方。
就人類對深海的研究而言，事實恰恰相反。
深海研究，顧名思義，研究對象是深海。中科院深海所的背后，就是一片蔚藍的海域。指著這片大海的遠方，記者問深海所一名科研人員：“你們研究的是不是它的海底？”他笑道：“它還淺得很！”
那么，多深的海才算深海？中科院深海所首席科學家、深海科學研究部主任彭曉彤告訴記者，結合自身主要研究目標，深海所對它的定義為超過6000米深度。
超過6000米深度是什么概念？除了常人都知道的那里一團漆黑以外，彭曉彤說，整個南海最深只有5559米，要做水深超過6000米的深海研究，必須走出南海。“超過6000米深度的地方通常是大洋板塊向大陸板塊俯沖形成的海溝區域。”他介紹，科學家將這塊區域稱為海斗深淵(Hadal Trench)、超深淵(Hadal Zone)或海溝(Trench)，代表地球最深的海洋區域。
深海科學研究涉及深海地質、深海環境、深海洋流、深海生命、深海資源等方面的研究，但由于存在技術瓶頸，到目前為止，這還是人類知之甚少的領域。深海所首席顧問劉心成透露，曾有國家海洋局的領導感嘆，人類對海洋的認識充其量達到5%，對海洋微生物的認識不超過0.02%。長期以來科學界甚至以為超過6000米深度是沒有生命的，直到2012年我國蛟龍號潛水器作業才進一步證實，這里同樣存在生命多樣性。
深海的“深”，堪稱是比天空的高更難的障礙。海下每深10米，物體承受的海水壓力就多一個標準大氣壓，如是1萬米深度，就是1000個大氣壓，相當于一個手指甲蓋大小的面積上就得承受約1噸的重量，這足以摧毀大部分的科考設備。“科學家研究深海，要有樣品、有數據。儀器裝備下不去，就沒有樣品沒有數據。這涉及很多領域。在材料領域，造不出能夠承受6000米-11000米深度壓力的浮力材料、鈦合金耐壓艙體，潛水器就下不去。實際上，由于裝備技術原因，卡梅隆的下潛只是作為杰出深海愛好者的一次性探險，不具備科考作業能力。”彭曉彤說。
彭曉彤說，從2012年蛟龍號潛水器突破7000米深度，我國才真正開始具備進入深海能力、初步具備深海探測能力。但整體上，我國深海技術還處于跟蹤研發階段，水平落后國際先進水平至少20年，不足以支撐我國海洋國家戰略需求，需要方方面面的突破。
深海所，為何而建？
打破深海科學、深海工程技術研發與海上作業試驗之間長期以來相互割裂局面
“建立專門的深海研發機構太有必要了。”曾連續4年擔任蛟龍號臨時黨委書記、參與指揮蛟龍號海試并見證其創造7062米作業深潛紀錄的劉心成說，當今陸上資源已大部分探明，相當部分利用，部分枯竭，人類必須尋求新的資源寶庫，而最切實際的就是海洋。據彭曉彤在一篇科普文章中所言，海斗深淵所涉海域接近我國陸地面積。
“盡管我們近年深海研究進步很快，但離擁有深海研究話語權還有很大差距，”劉心成說，“擁有話語權，相當于可以參與國際游戲規則的制定。做好深海研究，有了話語權，才能保障我們的國家利益。”
要“出得來”(成果)，就要“下得去”。要下得去，就要突破技術瓶頸。
彭曉彤說，我國并不缺乏海洋研究機構，也不缺乏相關工程技術研發機構；但它們是相互隔離的兩個體系。前者在工程技術研發上基本缺失，而后者基本沒有深海科學層面的研究。“科學家有了想法，但沒有工程技術研發出來的裝備儀器去支撐，進一步的深入研究就沒法展開。”
“這就是為什么我們所的名字叫深海科學與工程研究所，而不是深海科學研究所。”他說，深海所的研發體系包括了深海科學研究部、深海工程技術部、海洋裝備與運行管理中心(下稱裝備中心)3個平行的單元，聯合多家工程研發機構進行深海工程技術研發，將大幅促進深海科學、深海工程和深海作業體系三者之間的深度融合。
其中，深海所深海工程技術部肩負的職能包括深海探測技術等的研發，設有工程實驗室。這將帶來許多技術突破，提升我國深海工程裝備自主研發實力。例如，“深海視頻技術研究室是我們新成立的，正在研制的深海視頻設備可以實現三維成像，能夠高清晰還原深海圖景。”工程技術部主任陽寧介紹，“目前這樣的視頻設備全世界只有一套，當初蛟龍號拍攝就是用它，是跟美國一家海洋研究所租的，租用3個月的租金是三四十萬美元，而它的制造成本只有70萬美元。”
深海實驗設備研發之后，將交由裝備中心來調試驗證和作業，保障其可以支撐科學研究。
“我們的大型裝備會對全國海洋部門開放使用，同時我們也將建立信息共享和資源共享平臺。”彭曉彤說，在打破深海科學、深海工程技術研發與海上作業試驗之間長期以來相互割裂局面的基礎上，深海所不僅將成為我國的深海研發基地，也將成為國家深海研發試驗的共享平臺，提升我國深海研究的整體實力。
走向深淵：先導專項
重點開展深淵生物、環境、地質等科學研究，同時針對未來我國開展萬米深潛與探測的需求，開展關鍵技術攻關
一個看似不銹鋼制成的、直徑約相當于兩個籃球的球體，竟然可以承受2000個大氣壓的壓力，這已經超過海底最深處(約1.1萬米)1100個大氣壓的壓力，相當于1平方厘米承受兩噸的重量。這是記者在深海所工程技術部工程實驗室看到的。“它是我們制造的全海深載人潛水器載人艙模擬艙體，也叫縮比球。只有造出這樣的艙體，萬米深潛才有可能。”實驗室負責人張海龍介紹。
這是我國在全海深球殼關鍵技術取得的重要突破。在這個實驗室，這樣的突破性成果還有不少——盡管這些裝備看起來“其貌不揚”。這得益于深海所一項重要的研究項目——“海斗深淵前沿科技問題研究與攻關”先導專項。于2014年4月啟動，它開啟了我國海洋研究向深淵至全海域范圍進軍的序幕，重點開展深淵生物、環境、地質等科學研究，同時針對未來我國開展萬米深潛與探測的需求，開展關鍵技術攻關。
“我們現有的技術探測實力只能到達淺海或不深的深海，遠遠達不到萬米深度。但有了先導專項，通過與科學院內外20多家單位合作，我們已經在萬米浮力材料、萬米鈦合金材料等‘卡脖子’技術上初步取得重要突破。”彭曉彤說。
有了技術，就有可能深入開展科學上的研究。“超過6000米深度是完全不一樣的世界。許多生物，例如獅子魚，只能生活在這些區域，為什么，他們是如何適應環境的。同一種蝦，是怎么從一個深淵越到另一深淵的。”彭曉彤說。“深淵是大洋板塊向大陸板塊俯沖形成的。同是俯沖，為什么1.1萬米深海溝在馬里亞納海溝不在別處？”他透露，深淵奇特的地質現象及與此相關的化學環境、沉積環境也是先導專項科學探索的重要板塊。
當前，隨著深海工程技術的進步，海斗深淵科學正成為全球海洋科學最新的研究前沿。但無論是深淵生物學、深淵地質學還是深淵環境科學，在我國基本還是空白。彭曉彤說，深海所科學研究部設有的深海生物學研究室等6室1中心已全部參與到先導專項中來。“我們的目標，就是通過這個專項，建立我國的海斗深淵學科體系。”
海南：近水樓臺先得月
深海所給海南本地相關科研和經濟社會發展帶來幫助
盡管深海所設在海南，但海南周邊包括南海都沒有“深淵”，是不是意味著它與海南“沒有關系”？答案是否定的。彭曉彤介紹，深海所的研究范圍與國家任務相關，必須為國家需求服務。因此，深海(深淵)不是該所的唯一研究范圍，“我們以深淵為基點開展工作，但也會關注南海。從技術上說，超過6000米深度海區的研究掌握了，南海、國內淺海就不是問題。”劉心成則表示，深海所會給海南本地相關科研和經濟社會發展帶來幫助，海南是“近水樓臺先得月”。
實際上，深海所的定位就包括支撐和促進海南涉海科研-教學-高科技產業體系的建設，填補我國深海戰略上的地域空白。而自2011年決定籌建、2012年中科院與海南省及三亞市政府啟動三方共建以來，深海所已經以海南近海海域生態環境為對象開展多個項目考察研究，取得一些新突破新發現，并為海南開展生態保護提供科學依據。
例如，在2014年10月至12月的一次海上考察過程中，深海所李松海課題組首次于海南島西南海域發現中華白海豚，將此前已知該物種在我國的地理分布范圍向南推進了近300公里。與此相關的調研還建立了“海南島鯨類擱淺記錄專業數據庫”。
2015年，研究人員兩次對鶯歌海海域進行海底地下水排泄進行調查，研究其對海洋生態環境的影響。此前國內同類研究主要在東海及香港海域進行，在鶯歌海海域開展尚屬首次。
另外，據深海所文獻信息中心主任姜曉虹介紹，為了配合海南國際旅游島的建設，深海所將在鹿回頭科研園區規劃一條海洋科普參觀線路，并計劃在未來建設一座可觀看深海立體視頻的科普場館，利用深海所可開放的科研設施，為海南打造一所高端旅游科普基地。
(海南日報三亞6月13日電)
深海所的“秘密武器”
“探索一號”科考船
開展海下深潛，一個強大的海上作業平臺——科考船，必不可少。“探索一號”船長94.45米，寬17.9米，由工程船改造而來。這是我國第一艘4500米載人潛水器及萬米深潛作業的工作母船。馬力大，承載、定位能力強。
“探索一號”建有地質實驗室、地球物理實驗室等10多個實驗室。此外，“探索一號”絞車系統的鋼纜有13000米長，是國內僅有的真正能下到萬米深淵的絞車。這是其“深海”特點的重要體現之一。
“探索一號”計劃近期駛往太平洋馬里亞納海溝，執行先導專項科考任務。
工程實驗室
根據科學家想法研制出來的設備能不能用，需要加以系列驗證。深海所工程技術部工程實驗室就具備這一功能。它設有綜合實驗水池、深海超高壓(200MPa)模擬實驗裝置等。
綜合實驗水池有20米的深度，是國內同類實驗水池中最深的。據介紹，它可為無人潛水器、無纜水下機器人等提供水池試驗。
深海超高壓模擬實驗裝置形如大圓筒，它是目前國際上同等尺寸水平中，工作壓力(相當于2000個大氣壓)最高的壓力實驗裝置，它將為萬米載人球艙模擬球和大深度浮力材料進行壓力試驗提供保障。
4500米載人潛水器
它將使我國在載人潛水器領域上突破“卡脖子”技術，避免受制于人。目前這一裝備仍處于試制階段。
與蛟龍號國產化率較低相比，4500米載人潛水器計劃實現國產化率90%以上。
文章來源：http://www.hinews.cn/news/system/2016/06/14/030464610.shtml
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