【20140529光明日報(bào)】彭曉彤在《光明日報(bào)》發(fā)表文章——海斗深淵 觸摸地球上最深的海洋
文章來源： | 發(fā)布時(shí)間：2014-08-20 | 【打印】 【關(guān)閉】
海斗深淵 觸摸地球上最深的海洋
——彭曉彤
今天，地球上仍然有人類未曾觸及和認(rèn)識的藍(lán)色土地——海斗深淵。這類深海分布在大洋板塊向大陸板塊俯沖的地帶上，水深范圍從6000米到11000米左右，被科學(xué)家稱為“海斗深淵”（Hadal trench）、“超深淵”（Hadal zone）或“海溝”（Trench），代表著地球上最深的海洋區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球共有37條超過6000米的海斗深淵，所涉海域接近于我國的陸地面積。在科技發(fā)展的新階段，各國科學(xué)家都將目光聚焦在海斗深淵上。
極端條件下的科學(xué)視野
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球共有37條超過6000米的海斗深淵，所涉海域接近于我國的陸地面積。這些海斗深淵5個(gè)分布在大西洋，4個(gè)分布在印度洋，28個(gè)分布在太平洋。對海斗深淵感興趣的不僅僅是地學(xué)家，還有生物學(xué)家、環(huán)境學(xué)家、化學(xué)家、物理學(xué)家、氣候?qū)W家……超高的靜水壓力、缺乏陽光、匱乏的食物供給、特殊的海底地形和活躍劇烈的構(gòu)造活動(dòng)——這里極為獨(dú)特的生命、環(huán)境和地質(zhì)現(xiàn)象，或許將會把相關(guān)學(xué)科的研究帶入全新的境界。
對于研究地震學(xué)的科學(xué)家而言，海斗深淵毫無疑問是一處夢寐以求的絕佳研究對象——全球80%的地震都集中在海斗深淵以及附近島嶼。使用安放于海斗深淵底部的海底地震儀，地震學(xué)家們就能輕易捕捉和記錄大量的天然地震波信息，而這些珍貴的數(shù)據(jù)對研究海底地震誘發(fā)機(jī)制及解析海底深部地質(zhì)構(gòu)造具有十分重要的意義。
對于生物學(xué)家而言，與最初認(rèn)為海斗深淵中缺乏生命的觀念完全相反，這一環(huán)境中其實(shí)棲息著大量的奇異底棲生物，它們依靠上層海洋沉降的有機(jī)質(zhì)或與深部地球化學(xué)過程相關(guān)的化能合成作用維持生命。海斗深淵底棲生物還展現(xiàn)出了對深度具有十分強(qiáng)的依賴性。據(jù)報(bào)道，海斗深淵有超過一半的底棲生物為海斗深淵環(huán)境所特有——也就是說，這些生物僅能在水深大于6000米的海洋環(huán)境中生存，而在生存條件較好的水深小于6000米的海洋中，反而無法生存。目前對于這些海斗深淵底棲生命的起源和演化機(jī)制并不清楚。有學(xué)者猜測，這些特殊生物可能是隨南極底層水來到海溝的，或從較淺的上層深海水體演化而來；也有學(xué)者提出可能是從其他臨近的海溝遷徙而來。
不僅如此，海斗深淵中對微生物的研究也正在提醒著人們：在地球生命演化的初期，很可能存在著有別于嗜熱起源方式的其他生命起源途徑。這些微生物同樣表現(xiàn)出極強(qiáng)的喜好壓力的習(xí)性，對海斗深淵嗜壓微生物的研究，已經(jīng)促成了微生學(xué)的獨(dú)特分支學(xué)科——高壓微生物學(xué)的形成。1952年，美國Scripps海洋研究所的Claude ZoBell教授利用高壓微生物培養(yǎng)裝置，首次在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)現(xiàn)了在1000個(gè)大氣壓下、溫度接近于結(jié)冰的環(huán)境中還有微生物活動(dòng)的證據(jù)。但直到20多年后的1979年，人類才真正第一次從海斗深淵中分離得到了首個(gè)嗜壓微生物菌株。
“非不為也，實(shí)不能也”——深度帶來的挑戰(zhàn)
或許大家還記得這樣一件事：2012年3月26號，著名導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆單人駕駛自主研發(fā)的“深海挑戰(zhàn)者”號萬米潛水器，下潛到了10898米深的馬里亞納海溝底部，創(chuàng)造了人類單人下潛深度的新紀(jì)錄。地球科學(xué)領(lǐng)域影響巨大的美國地球物理年會（AGU）還專門為此次萬米海底深潛安排了專題討論會，介紹“深海挑戰(zhàn)者”號的全海深先進(jìn)技術(shù)和最新萬米深潛科考成果。
并不是科學(xué)家要追星，而是因?yàn)榧词箤裉斓募夹g(shù)條件而言，探索海底世界也并非易事——海水深度每增加10米，水中物體所要承受的海水壓力就會增加一個(gè)大氣壓。如果是在10000米的海底，所要承受的壓力將達(dá)到1000個(gè)大氣壓，相當(dāng)于每一個(gè)手指甲蓋大小的面積上就得承受約1噸的重量，這樣的壓力足以摧毀大部分的科學(xué)考察設(shè)備。
顯而易見，海斗深淵中無處不在的巨大深水壓力，是阻止人們探索這些地球上最深海域的首要障礙。1960年，Triest號載人潛水器，首次到達(dá)了世界上最深的馬里亞納海溝海底。但Triest號并不具備必要的深水海底調(diào)查和作業(yè)能力。
長期以來，科學(xué)界對海斗深淵生命、環(huán)境和地質(zhì)過程的了解十分有限。迄今為止，國際學(xué)術(shù)界有關(guān)這一領(lǐng)域的知識主要來源于20世紀(jì)50年代由丹麥和蘇聯(lián)科學(xué)家組織的兩個(gè)航次。自20世紀(jì)中期以來，幾個(gè)先驅(qū)國家（美國、日本、英國、新西蘭等），使用深拖、抓斗、沉積柱采樣器、生物誘捕器、著陸器、潛標(biāo)、載人或無人潛水器等技術(shù)手段，對馬里亞納海溝、阿留申海溝、克馬德克海溝、湯加海溝、菲律賓海溝、日本海溝、千島-堪察加海溝、爪哇海溝、波多黎各海溝等海斗深淵進(jìn)行了零星的科考工作。
一觸即發(fā)的深海競爭
隨著深海工程技術(shù)的進(jìn)步，海斗深淵科學(xué)正成為國際地球科學(xué)尤其是海洋科學(xué)最新的研究前沿。已有多個(gè)國家先后啟動(dòng)了針對海斗深淵的科學(xué)研究計(jì)劃，如日本和英國資助的HADEEP計(jì)劃、美國基金會支持的HADES計(jì)劃等，并正在緊鑼密鼓地實(shí)施之中。HADES計(jì)劃（2012—2015）由美國伍茲霍爾海洋研究所Tim Shank博士領(lǐng)導(dǎo)，使用全海深無人潛水器“海神號”和全海深著陸器對克馬德克海溝進(jìn)行科考研究，致力于解決海斗深淵生態(tài)學(xué)中最前沿的科學(xué)問題。HADEEP則是英國和日本之間的一個(gè)國際合作項(xiàng)目，已經(jīng)在全球5個(gè)海斗深淵中投放了全海深著陸器，對深淵生命科學(xué)開展系統(tǒng)研究。
與此同時(shí)，支撐海斗深淵科學(xué)研究的探測裝備技術(shù)也正成為國際海洋科技競爭的焦點(diǎn)，體現(xiàn)了一個(gè)國家深海工程技術(shù)水平。這些海斗深淵探測裝備技術(shù)包括著陸器技術(shù)、傳感器技術(shù)、特種材料技術(shù)、水下自治機(jī)器人技術(shù)、水下遙控機(jī)器人技術(shù)、水下滑翔機(jī)技術(shù)、載人潛水器技術(shù)等，涉及材料、能源、導(dǎo)航、控制、自動(dòng)化、運(yùn)載、作業(yè)等多個(gè)深海高技術(shù)領(lǐng)域。
除了詹姆斯·卡梅隆曾坐過的那艘單人萬米潛水器，目前國際上還有三艘全海深載人潛水器（Doer號，Virgin號和Triton號）正在其最后的研制階段。按計(jì)劃，它們將分別在未來的3~5年內(nèi)在馬里亞納海溝進(jìn)行萬米深度的下潛試驗(yàn)。其中最為引人注目的是由Google公司支持的Doer號，根據(jù)設(shè)計(jì)，它將是一艘能夠搭乘3人進(jìn)行科學(xué)考察作業(yè)的全海深潛水器，并代表著很多深潛技術(shù)的重大挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。
在目前的中國科技界，幾乎所有的海洋科研項(xiàng)目都局限在小于5000米水深的海域，海斗深淵科學(xué)及技術(shù)仍然屬于尚待開辟的領(lǐng)域和戰(zhàn)線。2014年4月10日，中國科學(xué)院正式啟動(dòng)了“海斗深淵前沿科技問題研究與攻關(guān)”先導(dǎo)專項(xiàng)（B類）項(xiàng)目，首席專家由國際深海科技領(lǐng)域知名學(xué)者丁抗教授擔(dān)任。該項(xiàng)目將利用“蛟龍?zhí)枴鄙詈撍骱蜕詈Ｌ綔y設(shè)備在馬里亞納海溝進(jìn)行科學(xué)考察與試驗(yàn)，建立和發(fā)展我國海斗深淵生物學(xué)、海斗深淵生態(tài)學(xué)、海斗深淵地學(xué)等多個(gè)學(xué)科體系，并以此為引導(dǎo)，進(jìn)一步攻克全海深潛水器關(guān)鍵技術(shù)及全海深探測裝備關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)我國深海科學(xué)和深海裝備技術(shù)向最深的海洋區(qū)域進(jìn)軍。可以期盼，在不久的將來，我國自主研制的萬米載人潛水器，將搭載著中國人自己的科學(xué)夢想，自由自在遨游在世界海洋的最深處！
文章來源：http://epaper.gmw.cn/gmrb/html/2014-05/29/nw.D110000gmrb_20140529_2-12.htm?div=-1
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