圖為“蛟龍”號載人深潛器。

習近平總書記強調，要進一步關心海洋、認識海洋、經(jīng)略海洋，推動我國海洋強國建設不斷取得新成就。

伴隨深海探測技術的發(fā)展，人類深入認識深海的時代正在來臨。500年前達·芬奇設計潛水服、150年前凡爾納寫《海底兩萬里》，當時的科學幻想如今正在成為現(xiàn)實。

從科學角度看，探索深海能夠幫助人類深入了解海洋的奧秘、地球的奧秘。水深超過2000米的深海，占據(jù)地球表面的3/5，無論溫室氣體排放的歸宿，還是氣候長期變化的源頭，都要追溯到海水深層。不僅如此，海底是距離地球內(nèi)部最近的地方：大陸地殼平均35公里厚，大洋地殼則為7公里。揭示板塊運動的規(guī)律、窺探地球內(nèi)部的真相，也要到深海底部進行探索。

從經(jīng)濟角度看，深海蘊藏著豐富的礦產(chǎn)、油氣和生物資源。目前，海洋石油產(chǎn)量占世界石油產(chǎn)量的30%，高居世界海洋經(jīng)濟首位，其中發(fā)展最快的是深水油田。近年來全球重大油氣發(fā)現(xiàn)，70%來自水深超過1000米的水域。海底有待開發(fā)的資源非常豐富，現(xiàn)在還只是起步階段。比如海底的微生物新陳代謝極其緩慢，生殖周期在千年以上，但人類尚不知如何利用其“長壽基因”；太平洋一片深海黏土所含的稀土元素可供人類使用幾十年，但開采利用技術尚待研發(fā)。

深潛、深鉆、深網(wǎng)是當今探索深海奧秘的三大手段，即深潛科學考察、國際大洋鉆探和國家海底科學觀測網(wǎng)建設。深潛是直觀的深海探索，但在空間和時間上都存在局限性。深潛最深只能到海底，從海底往下得靠鉆探，這就是深鉆；深潛的運行時間只能以小時計，想要長期連續(xù)觀測就得將傳感器放到海底，聯(lián)網(wǎng)觀測，這就是深網(wǎng)。深潛、深鉆和深網(wǎng)，共同擔起深海探索的技術重任。目前，我國已建立起“三深”格局，深?？瓶歼M入快速發(fā)展期。

深潛：深海探索的尖兵

明代《天工開物》中就有關于潛水的記載：屏住一口氣潛入海底“沒水采珠”。但是海水每加深10米就增加一個大氣壓，深海下潛只能在某種容器里進行。

20世紀晚期，人類在克服地心引力進入太空的同時，也頂住水柱壓力進入深水海底。經(jīng)過潛水鐘、潛水球的試探，1960年，“的里亞斯特”號深潛器下潛到太平洋馬里亞納海溝水深10916米的海底，將兩個人首次送入地球表面的最深處。經(jīng)過幾十年的探索，現(xiàn)在的深潛器已經(jīng)發(fā)展為作業(yè)型，配有動力系統(tǒng)和各種取樣設施，成為深海探索的尖兵，其突出貢獻是1979年在東太平洋發(fā)現(xiàn)黑煙囪熱液系統(tǒng)。上世紀80年代，美國、法國、蘇聯(lián)、日本分別建造了載人深潛器，最深可以潛入6500米。

我國深?？萍计鸩捷^晚但發(fā)展迅速。2012年，“蛟龍”號載人深潛器下潛至7062米，創(chuàng)世界同類作業(yè)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(chǎn)自主率超過95%。目前，萬米級全水深的載人深潛器已經(jīng)處于試驗階段，我國正邁向國際深潛設施制造前列。正是通過載人深潛，我國在南海發(fā)現(xiàn)了海山上成片的多金屬結核、古熱液區(qū)和冷水珊瑚林，在西南印度洋勘查了金屬硫化物礦點。

隨著自動化和人工智能的發(fā)展，探索深海也可以不用人類親身下潛。上世紀70年代以來迅速發(fā)展的非載人深潛器，同樣可以進行許多項目的科學探索，而且具有成本低、效率高的優(yōu)勢。世界上載人深潛器為數(shù)稀少，無人遙控潛水器則已廣泛使用。由于有臍帶纜和母船連接，遙控潛水器有充足的能源保障，不僅可用于長時間的科研考察，更是當前水下工程作業(yè)的主力。我國70年代末開始研制非載人深潛器，進展迅速，“海馬”號4500米級遙控潛水器、“潛龍”號無人無纜自主潛水器、“海龍”號無人有纜潛水器等，正在壯大著我國深潛器的陣營。

深鉆：窺探地球內(nèi)部奧秘

“三深”中規(guī)模最大、需要國際合作進行的，是國際大洋鉆探計劃的深鉆。國際大洋鉆探計劃從1968年開始，是由20多個國家共同參加的科學探索計劃，其任務是探索深海底下的地球內(nèi)部，是國際科學界為時最久、影響最大的合作計劃。

大洋鉆探由于技術要求高、經(jīng)費投入大，必須依靠國際合作。大洋鉆探每兩個月執(zhí)行一個鉆探航次，每個航次采用的都是最先進的鉆探船，科技含量極高。半個世紀來，大洋鉆探在世界大洋鉆井4000多口，取回巖芯40多萬米，從多方面加深了人類對地球的認識。比如70年代的大洋鉆探，證實了地球構造運動的板塊學說，找到了氣候長期變化的軌道驅動；后來的鉆探又發(fā)現(xiàn)了海底的天然氣水合物，以及地殼里微生物構成的“深部生物圈”。大洋鉆探始終引領著國際地球科學的發(fā)展。

我國是大洋鉆探的新兵，1998年方才參加，但在1999年就成功實施了南海第一次大洋鉆探，探索季風氣候演變的歷史。2014至2018年間，我國又接連完成三個半鉆探航次，揭示了南海海盆張裂、海底擴張的歷史，使南海成為深部過程研究程度最高的邊緣海。重要的是，所有這些航次都是在中國科學家提議、設計和共同主持下實施的。

深網(wǎng)：把“氣象站”和“實驗室”建在海底

世界海洋科學正在轉型：從海面船只的短暫測量，轉為海洋內(nèi)部的長期觀測。長久以來，人類主要從海洋外部觀察海洋，而許多深?，F(xiàn)象只有通過對海洋內(nèi)部的長期觀測才能發(fā)現(xiàn)。比如海洋災害的預警，在最需要觀測的時候，船只卻無法抵近。90年代起，國際海洋界開始將傳感器放到海底，再用光電纜接到岸上傳送能量和信息。這樣建成的海底觀測網(wǎng)可以不間斷地進行長期現(xiàn)場觀測，無論有臺風還是地震都可以連續(xù)運作，將深海的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時送到實驗室。

進入新世紀，發(fā)達國家掀起了建設海底觀測網(wǎng)的熱潮。2009年，加拿大“海王星”觀測網(wǎng)率先建成，水深3000米、纜線長800公里；2015年，日本建成S—Net網(wǎng)，從本州島連到太平洋8000米水深的日本海溝，布設150個監(jiān)測站、纜線總長5700公里，號稱世界最大的地震監(jiān)測網(wǎng)；2016年，美國OOI海底觀測系統(tǒng)正式建成，包含區(qū)域網(wǎng)、近岸網(wǎng)、全球網(wǎng)三大系統(tǒng)，設置900多個探頭對美國岸外進行多學科的海底觀測；此外，歐盟14個國家參加的EMSO計劃，從地中海直到北冰洋都將布設海底觀測網(wǎng)。

海底觀測網(wǎng)相當于在海底建立“氣象站”和“實驗室”，極大提升海洋觀測能力，標志著新一代海洋科學的建立。從應用上講，海底觀測網(wǎng)是預警地震海嘯最為有效的手段。世界上85%的火山在海底，布設海底裝置能夠實時監(jiān)測火山爆發(fā)，將來或能對海底火山爆發(fā)作“現(xiàn)場直播”。

我國從2005年起開始推進海底觀測網(wǎng)的建設，2009年建設近岸的實驗觀測站。此后，又在南海北部進行了大量深水海流和沉積過程的長期觀測。2017年，我國國家海底科學觀測網(wǎng)正式被批復建立，將在我國東海和南海分別建立海底科學觀測系統(tǒng)，從海底向海面進行全天候、實時和高分辨率的多界面立體綜合觀測。

近10年來，建設中的海底科學觀測網(wǎng)除了光纜聯(lián)網(wǎng)的設備外，還有著大量無線聯(lián)網(wǎng)的活動觀測平臺，包括自主水下航行器、水下滑翔機、海底爬行車等。

由于深海開發(fā)尚處起步階段，在取得成功的同時，也時有災難發(fā)生。2010年，墨西哥灣一口創(chuàng)紀錄的深水油井打開了大油田，但是鉆井平臺爆炸導致在接下來的5個月里，50萬立方米的原油漏入墨西哥灣，造成史上最嚴重的海上事故。進入深海不僅要防止災害，還要關注環(huán)境保護。深海的特點在于連通性強，而且有大量的“慢過程”，深水珊瑚上千年才長一株，多金屬結核百萬年才長幾厘米。污染物質的排放或者生態(tài)環(huán)境的破壞，后果要比在陸地嚴重得多。人類在深海面前還是個小學生，當前的首要任務是發(fā)展深海科技，決不能帶著“淘金”的狂熱去開發(fā)深海。開發(fā)深海，大量技術上的新挑戰(zhàn)還在前面。

深海開發(fā)是面向未來的事業(yè)。如果說16世紀的“地理大發(fā)現(xiàn)”是人類在橫向上進入海洋，21世紀將是人類在垂向上進入海洋。深潛、深鉆、深網(wǎng)，深耕藍色國土，建設海洋強國，我國海洋事業(yè)正在向海洋深處挺進，期待中國科學家為人類海洋事業(yè)做出更大貢獻。

(作者為同濟大學教授、中國科學院院士)

推薦讀物：

1.《深海淺說》：汪品先著；上海科技教育出版社出版。

2.《搏擊滄海：地學革命風云錄》：許靖華著；地質出版社出版。

3.《深海探險簡史》：R.D.巴拉德著；上?？茖W技術出版社出版。

《 人民日報 》( 2020年08月25日 20 版)



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