大洋一号“神器考”

撰文｜摄影｜向思源

大洋一号“神器考”

撰文｜摄影｜向思源

拖体、抓斗、CTD、浮游生物分层取样器……这些人们在日常生活中基本听都没听到的名词是大洋科学考察工作中经常采用的设备。一上船，在克服晕船引起的头痛之外，还要“克服”这些陌生设备引发的各种问题：它们是什么？干嘛用？为啥这样用等等，航渡期间，海上作业还未开始时，我始终不太明白调查队员说起的“设备止荡”是啥意思。

“你想啊！当1吨多重、2米多长的拖曳体被高高吊起，准备从船舶尾部A型架中间，沿着3米多深、4米多宽的狭窄船尾槽道放入海里进行拖曳实验时，随着船的摇摆起伏，吊起的拖曳体开始前后左右无规律地摇摆起来。这个时候，调查队员是不是就要为设备止荡呢？”来自国家海洋局北海海洋技术保障中心的航段首席装备助理谷志珉是第一个给我“科普”设备名词的人。他一上船就“没闲着”，成天与船上的各种设备“较劲”。启航不久，在调试设备时谷助理的胳臂受了伤并缝了针。

“深海勘探包括观察、测量、记录和采集样品。照相机和电视利用增光电子设备照射漆黑的海洋，使人类能够看到大洋深处。”谷助理不厌其烦地给我讲船上的设备，绞尽脑汁地用最通俗的语言为我解释。

集成化光学拖体

“通过重建声呐和地震测深设备获得的声学图像，可利用计算机绘制海底地图。拖曳侧扫声呐可按照预定航迹连续作业数日，来测绘大片海底，或用于勘查个别潜在矿址周围的详细地形。”（矿址指可以持续商业作业20 ~ 25年、每年产出150万～400万吨的“优质结核”的海底区域）

多波束

“地震剖面测量可提供有关海底上下岩石种类和岩层深度的数据；在水面上的海洋科考船能够通过地球任何地方都可利用的全球卫星定位系统以误差小于1米的准确度记录其确切位置。”

“拖网、抓斗和箱式取样器等工具用于投入海底，采集海底表面、近底水层和浅表层的生物和地质样品；必须专门设计和处理这些工具，使提升到水面的动物样品不致解体。”

“电视抓斗是用于深海海底采样的机电设备，它经过铠装缆吊装可下放至深4000米水深的海底，通过携带的摄像机观察海底，由甲板监视系统操作斗体开合，根据需要对海底表面松散岩石、沉积物等进行抓取采样。”

“集成化光学拖体是一套基于铠装光电复合缆拖曳作业的高清摄像照相和水体环境探测的集成化拖体，系统主体是由一套高清照相机、一台高清摄像机组成的光学探测系统，同时搭载高度计、浊度计、化学传感器、超短基线等设备。随着科考船慢速前行，科考队员通过拖体可以实时看到上万年未曾有人涉及的几千米深度深海的地质地貌和生物等信息并进行摄影摄像，同时还可以获取深海海域的水体温度、盐度、浊度等各种数据。”

此外，这个航段还进行了温盐测量（CTD）和浮游生物拖网取样。

CTD通过垂直剖面观测获取海水的温度、盐度、压力、声速等基本物理特征，上面有可安装24个采水瓶的玫瑰形海水采集装置，通过控制系统可以采集不同水层的海水样品。这些样品既可以用来分析海水中的营养盐、pH、溶解氧、碱度等各种化学参数，也可以分析浮游植物种类、数量分布特征等生物要素，用于叶绿素a、初级生产力、微生物、微微型浮游生物和微型浮游生物研究。

浮游生物拖网取样是海洋生物调查专用手段，9只网袋通过拉链连接器连接在不锈钢框架的帆布上，水下控制单元中集成压力、温度、盐度、浊度和叶绿素荧光传感器等多个传感器，同时还配有两个带有角度补偿功能的电子流量计。通过控制单元可以实现在连续的水层中进行水平和垂直采样，也能同步采集相应的物理、化学和生物剖面数据。

大洋资源勘查的初期，取样手段较为单一，主要有三种深海取样装置。一种是常规的地质拖网，一种是常规地质箱式取样器；还有一种是无缆取样器。所谓无缆取样器，就是一种依靠改变自身重量可以自返回的取样装置。作业时，先灌满铁砂，装置触底后靠弹簧闭合，同时释放掉铁砂，由浮力球带回海面，再由船靠近漂浮在海面上的取样器打捞上来完成取样。

深海电视抓斗

全船的格林尼治时间

航渡达到作业区时，我被分配到地球物理组，每天定时进行多波束测量作业班报等相关数据的记录工作，船上的叫法是：打点。

具体来说，全体调查队员被分为四个组，每组指定一个人每天值6个小时的班，在此期间，每隔半小时或者一小时记录多波束测量数据、浅层剖面作业记录、ADCP测量班报、海洋重力仪作业过程记录等数据。

“打点”工作进行了半个多月时，对每天重复进行的工作有了刨根问底的想法，来自国家海洋局第二海洋研究所的何拥华老师是我们地球物理组的组长，是他亲自给我指点如何进行每天的班报记录的。于是，我心里关于“到底多波束在“大洋一号”上是干啥的？为啥每个组都要专门派一个人坚持24小时的打点？”这样的疑惑油然而生。

“深水多波束是一种通过向海底发射超窄宽带的声波信号，然后检测反射回的回波信号计算出水深数据，形成海底地形图的大型设备，是海洋调查船的主要技术装备之一。”何老师专业地解释，当我露出“求科普”的眼神时，何老师思考了一下继续解释到：“多波束是一种声学设备，首先通过发射装置形成一条很窄的声波信号，瞬间向海底发射出去。在多波束附近能明显听到‘兵’的声音，就是一条波束发射出去了。接收装置接收到返回的回波信号后，通过一系列运算转换成一个水深条带。然后再发出下一条声波信号。连续不断的测量下就能获得连续的海底地形数据。通过后处理软件再对这些数据集中处理，剔除错误的信号和噪声后，就得到了精确的海底地形图。多波束技术现在很成熟，我们船的多波束系统是全海深的应用最广泛的EM120系列的多波束系统，可以探测水深范围是20米到1万米，理论上讲，连世界上最深的马里亚纳海沟也能探测。”

温盐深测量

“浅层剖面系统也是一种声学设备，也是通过向海底发射能量集中的窄波声波信号，然后检测回波信号进行工作的。它与多波束不同之处是多波束检测海底面以上的回波信号，而浅剖系统则是屏蔽海底面以上的回波信号，专心接收海底以下的回波信号，从而得到海底以下的地层反射数据，然后通过后处理得到海底地层分层信息。我们船的浅剖系统是多波束同一家公司的产品，性能优异，最大穿透深度能达到海底以下150米记录。

ADCP是探测海流的，它可以探测最大水深600~800米的各层海流的速度数据。海流在哪里快？哪里慢？速度多少？在哪里分层等等。

海洋重力仪测量是测量海洋重力的变化。通过连续测量和测线，进行后处理后得到海区的重力变化图，对海面以下没有GPS导航的潜艇来说有重要意义。”

“多波束相当于全船的格林尼治时间。它提供位置、时间、水深等这些最基本的数据。我们把多波束记录的所有数据串起来就是大洋科考作业全过程的一个记录。多波束是全船科考行为的一个主线。专门派一个人记录多波束数据，就可以记录一个航段或者航次中的所有作业过程，掌握整个航段航次的工作进展情况，检查关键设备有没有正常工作，还能进行科考过程的回溯。”

多波束是我们探测海底的眼睛。在没有多波束之前，我们只能摸索着作业。看不见海底究竟有什么东西，设备下潜下去就盲目地抓取；有了多波束，海底情况就一下子清晰起来。我们随时可以知道船的位置下面的海区是什么情况，是海山还是海沟？地形有什么特征？所在作业区的海底地形是起伏还是下降或者是平坦等等。我们进行作业计划时就有依据，设备下放也能估计到达海底时间，设备在海底拖曳时也能提前知晓水深编号情况等。

浮游生物拖网

温盐深测量