周军
2020年6月,由中国研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器载誉归来,它在马里亚纳海沟实现4次万米下潜,最大下潜深度达到10907米,刷新了中国潜水器最大下潜深度纪录。
深海,顾名思义,与浅海相对应,它包括海床、底土及上覆水体,是一个连接世界各大陆、具有复杂法律属性的巨大空间。深海科考,就是通过一定的技术手段和技术装备,对深海的物理海洋、海洋生物、海洋化学、海洋地质等自然属性进行科学调查,以获得深海科学数据。
那么,要下潜到多深才算深海科考?通常,我们把水深200~4000米作为半深海带,4000~6000米作为深海带,6000米以下作为超深渊带。因此,对于海洋生物科考来说,200米以下的科考就算作半深海考察,4000米以下就算作深海考察。
深海蕴藏着人类社会未来发展所需的战略金属、能源和生物资源,被誉为21世纪人类可持续发展的“战略新疆域”。目前,确定有开发价值或潜力的领域主要有深海矿产资源的勘探与开发、深层海水的产业化应用、深海生物及基因产业、深海油气资源的勘探与开发等。
资料显示,深海蕴藏着多金属结核、富钴结壳,海底热液硫化物中镍、钴、锰、铜的含量是陆地的数十到数百倍。由于海底金屬矿产的开采与陆上相比成本更高,商业开发利用价值和潜力还没有显现出来,加上海底采矿需具有相当高的技术水平,因此,海底矿产开发尚属于探测和试验阶段。
深层海水与表面海水的温度差也蕴藏着巨大的能源资源。温差能具有可再生、清洁、能量输出波动小等优点,目前海洋温差能利用技术已趋于成熟,正从小型试验研究向大型商用化方向发展,全球已建成海水温差能发电站8座。
另外,在深海活跃着一些奇特的微生物,它们在独特的物理、化学和生态环境,以及高压、剧变的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围中,形成了极为独特的生物结构、代谢机制,它们体内的各种活性物质在医药、环保等领域都将有广泛的应用前景。这些生物基因资源将在提高人类生活质量、改善基因缺陷、根除癌症等重大疾病方面发挥重要作用。
正因如此,深海科考有着非常重要的科学意义。人类通过深海科考,可以更深入地了解海洋的运作方式,探索深海的奥秘,从而更好地利用和保护海洋资源。
例如,了解深海洋流运动方式,可以更好地理解海气相互作用,从而更加准确地预报天气和海况;了解深海生命现象,可以更好地追溯地球生命的发展历史,更好地回答生命起源、演化等重大科学问题;从深海生物中可以提取浅海生物所没有的生物活性物质,推动生物制药的进步,为人类造福;了解海底地质变化和洋壳运动规律,可以更准确地预测海底地震,让海底矿藏开采更有安全保障。
随着科学技术的进步,人类下潜深海还会遇到哪些挑战呢?主要是克服黑暗、动力障碍、无法自然呼吸等带来的心理压力,以及随时可能出现的洋流、海洋动物、地质变动等带来的危险。
当前,人类深海科考发展体现在深海高技术研发与应用,包括深海环境监测技术,深水油气、矿产、生物及其基因资源勘查和开发技术,深海运载平台和作业技术等。深海科考是海洋开发和海洋技术发展的最前沿和制高点,是国家综合实力的集中表现,也是目前世界高科技发展的方向之一。
像航天技术一样,深海科考也需要新的仪器和技术。外太空是寒冷、无压力的真空,但海洋深处更加富有挑战——超高压、低温且黑暗。
目前,世界上拥有载人深潜器的国家只有美国、日本、法国、俄罗斯、中国5个国家。但载人潜水器的使用费用令大多数科研团队望而却步,加之载人深潜器在满足深潜技术要求之外,还要考虑海洋学家的生命安全, 因此,现代深海探索大多数时候依赖于无人潜水器。
无人潜水器包括遥控潜水器和自主水下航行器。遥控潜水器是由科考船上的研究人员控制的系留式水下设备,遥控潜水器通常安装摄像机、机械臂、声呐设备和样品容器。自主水下航行器无需人工控制即可运行,可以通过声呐绘制海床三维地图,测量深海温度与化学物质并拍照。这两种无人潜水器共同成为目前深海科考的主力。