海底一万米我们为何要研究深海

2020年11月10日，中国研发的万米载人潜水器“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米。为什么这些年我国不断研发深海深潜器呢？中科院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授汪品先这样回答：“因为深海是人类在地球上了解最少的区域，深海地下更是一片未知世界。”

为什么要研究深海

海面3000米之下暗流涌动，海底居然是漏的，有些生物是可以不需要依靠太阳生存的，大洋之下的岩石是会移动的，海底深处隐藏着可能会影响人类未来的神秘宝藏……这些你会好奇吗？

深海底下两亿年的沉积层，记录了地球历史上无数精彩的故事。从深海提取“档案”，追溯大洋水圈和岩石圈的变化历史。这种历史记录只有深海海底才能保存，经过分析解读，犹如是找到了地球的《资治通鉴》。深海还隐藏着更多的人类发展宝藏，由内而外影响着我们的环境、我们的生活。

还有惹人注目的深海生命，世界大洋估计22万种动物，有10亿个类型的微生物，尤其是深海的生物有着各种各样的“特殊功能”。有的能适应高温高压，有的能在还原缺氧环境下繁盛，更有的有着非人类尺度的长寿能力，而提供这些特殊功能的基因就是无价之宝，有着给人类带来特种福利的潜力。

总之，深海，是新世纪必须要谈论的新题目。深海是地球系统中关键而又缺乏了解的部分。深海拥有丰富的海洋资源及世界上最大的生物圈资源。从20世纪晚期起，人类开始进入海洋内部，对于深海取得了前所未有的新认识，这些认识正在成为科技发展和国家决策的重要依据。深海亦是科普的绝佳材料。不但地球上最大的山脉、最深的沟谷都在深海，连最大的滑坡、最强的火山爆发，也都发生在海底。

海沟是怎样形成的

马里亚纳海沟号称是最接近地心的地方，深度达11千米，把喜马拉雅山扔进去都无法填平。

全球范围内的海沟绵延累计近6万公里，但要论世界上最著名的海沟，当数位于西太平洋的马里亚纳海沟，它在6000万年前形成。

我们知道，地球的内核温度达到5000℃，地幔层呈现出类似火山刚喷发时的熔融状态。巨大的热量带动地幔的物质上升到位于地壳位置的岩石层，而岩石层的温度较低，冷却后的物质在重力作用下又会重新向地幔层下降，从而形成热对流，为地球表面的板块运动提供动力。

当海洋板块与大陆板块发生碰撞后，因海洋板块岩石密度大，位置低，就会俯冲插入大陆板块之下，进入地幔后逐渐熔化而消失。在发生碰撞的地方就会形成海沟。

马里亚纳海沟就是板块运动时碰撞形成的。太平洋板块撞上并沉到相对较轻的菲律宾板块之下，碰撞处衍生出了包括马里亚纳海沟、马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽和西马里亚纳海岭等在内的一系列深海沟壑。

马里亚纳海沟呈南北走向的弧状，像一把大汤匙，类似海底表面狭窄的折痕或沟槽，嵌在北太平洋西部海床中。它全长约2500公里，宽度几十公里，深度也是“远近高低各不同”。马里亚纳海沟里并非处处是“深坑”，在底部行走还可能会遇到高度难测的海山，其余大部分水深在8000米以上，其中马里亚纳海沟南部区域水深超过10900米，马里亚纳海沟最深点被称为“挑战者深渊”，也被认为是“地球第四极”。

海沟里有生物吗

以前人们认为，由于超高的静水压力、缺乏阳光和食物供给特殊的海底地形、剧烈的构造活动等多种极端环境因素，海面6000米以下的地方是一片死气沉沉、与世隔绝的世界。

然而，早在20世纪四五十年代，苏联和丹麦的科考调查船就曾经对全球13条深度超过6000米的海沟开展了一系列调查。科学家在其中8条海沟发现了300多个新物种，其中三分之一以上的新物种只存在于深渊环境。这些发现使科学家认识到，黑暗的深渊世界生活着极其独特的“深渊生物群落”。

迄今为止，科学家们发现的生活在最深海底环境的鱼类——狮子鱼生长在马里亚纳海沟8145米深处。我国的科考团队也曾在马里亚纳海沟约7400米处诱捕到若干尾深海狮子鱼。此外，在马里亚纳海沟深约10897米处，科学家们还采集到一种叫作短脚双眼钩虾的生物，这些小虾从头到尾只有几厘米。

从科学家以往的探测活动中我们可以得知，马里亚纳海沟深处的沉积物构成与其他海底相差无几，都是生物残骸的分解物、尘埃、火山灰等混合而成。特殊之处在于，马里亚纳海沟沉积物的矿物粒子直径非常小，含水量也非常高。

我们都知道，越到海洋深处环境压力就会越大。据科学家估测，马里亚纳海沟约1万米深处的大气压，比标准大气压要大1000多倍，相当于每平方厘米的面积，要承受近1.1吨的重量，压力可想而知。然而，这里的沉积物并没有因此变得十分坚硬，甚至被称为“软泥巴”。

为什么在这样的环境压力下，沉积物依旧可以保持松软状态？科学家对此解释为，海底泥土所承受的压力有来自内部的也有来自外部的，但内外两种压力平衡之后，再加上水压比物质的抗压程度低，那么该物质就会保持原来的形态。神秘的马里亚纳海沟，吸引着一代又一代探险者，对其一探究竟。

人类潜入深海的历史

其实人类从古代就对深海一直很好奇，但是人类进入深海很難，不但有呼吸的问题，还需要承受巨大的水压力，每加深10米即增加一个大气压。最早也是最简单的办法就是屏住一口气下潜，这种“没水采珠”的古法下海，明朝《天工开物》里就有记载。这种不靠任何设施的下潜，深度有限，能到30米深就很了不起，从生理学来说100米就是极限。如果想要进入深海，尤其是要进行较长时间的考察，应当在某种容器里潜入海底。最先出现的这种容器，是17—18世纪发展的潜水装备——潜水钟。潜水钟的形状和材料可以不同，关键是钟的上部有空气，可以供潜水者在水下呼吸而不需要回到水面。

“奋斗者”号。图片|央视新闻客户端

真正建造科学探索的深潜装置，需要等到20世纪。先是用钢制的圆球“潜水球”。1930年，美国海洋生物学家毕比和工程师巴顿钻进潜水球，下到了百慕大海域的183米深;1934年，他们的潜水球又下到了923米的深水，并且在那里停留了3分钟，这是当时人类到达的最深处。他们的壮举轰动了全球。

1953年，奥古斯特提出把气球的原理移植到深潜技术上，在钢球之上另加一个装有汽油的浮体，不靠吊索而是靠浮力上下，实现了技术上的突破，这就是“迪里亚斯特”号深潜舟。1960年，奥古斯特·皮卡尔教授的儿子、工程师雅克·皮卡尔和美国海军军官沃尔什，乘坐“迪里亚斯特”号下潜到太平洋马里亚纳海沟水深10916米的海底，这是人类第一次下潜到了地球表面的最深处。但令人遗憾的是，由于潜水器卷起了海床上的大量泥沙，两人几乎什么都没看到，甚至连一张照片也没有留下，更没有取到任何海底样品。人们只能凭借仪表的记录，承认他们曾经到达过这一深度。

据科学家估测，马里亚纳海沟约1万米深处的大气压，比标准大气压要大1000多倍，相当于每平方厘米的面积，要承受近1.1吨的重量，压力可想而知。

经过五六十年的发展，深潜技术早已今非昔比，万米深潜已经不再那样艰难，马里亚纳海沟的万米深度也已经不再那样神秘。深潜技术已经成熟，以至于深潜器可以由单人驾驶，供业余探险使用。然而科学探索对深潜器的要求不同于探险，需要有高超的观测与采样能力。

2012年，知名導演卡梅隆独自一人乘坐“深海挑战者”号下潜到了马里亚纳海沟的“挑战者深渊”，水深为10908米，在海底进行了拍照和采样等活动，成为第三个到达地球最深处的人。

“蛟龙”号深潜。图片|石狮日报

制造深海载人潜水器的最大难点是载人球舱的设计和加工制造。载人球舱直径越大，对材料的要求就越高，加工制造难度就越大。目前用于深海科学考察的几种型号载人潜水器的载人球舱直径都在2米左右，以保证除了搭载科学仪器之外，还能留出3个下潜人员的生存活动空间。

为了保证安全，在深潜活动中，下潜人员必须通过水下通信设备和定位系统与母船时刻保持联络。此外，因为下潜人员需要在黑暗封闭的环境中待数小时，所以，具有良好的身体和心理素质也是必要条件之一。

我国深海科技起步较晚但发展迅速。2012年，“蛟龙”号载人深潜器下潜至7062米，创世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。2017年，4500米型的“深海勇士”号载人深潜器正式投入使用，国产自主率超过95%。此次“奋斗者”号坐底深度10909米，显然代表着我国正迈向国际深潜设施制造前列。

◎ 来源| 综合北京日报客户端、下一代英才杂志