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马里亚纳海沟
8月12日,执行我国海洋科考史上第一次万米级深渊科考作业的工作母船“探索”一号首航归来,其搭载的“海斗”号无人潜水器成功进行了一次8000米级、两次9000米级和两次万米级下潜作业,最大潜深达10767米,从而成为中国首台下潜深度超过万米并进行科考应用的无人自主潜水器.
与此同时,我国新建成的万米级深渊科考母船“张謇”号也正在前往位于西太平洋的马里亚纳海沟,测试它搭载的“宝贝”——“彩虹鱼”号万米级（无人）潜水器和着陆器.未来的“彩虹鱼”号将是一个系列,包括3台万米级着陆器、1台万米级无人潜水器、1台万米级载人潜水器.
海洋中的深渊
根据海水深度,国际海洋科学界将海深0~1000米称为“浅海”；将1000~3000米称为“半深海”；将3000~6000米称为“深海”；将6000~11000米称为“深渊”.据统计,地球上共有46个深渊带,最深处是马里亚纳海沟的“挑战者海渊”,深达1.1万米.
马里亚纳海沟是地球表面的一道狭窄的“痕迹”,呈弧形,长约2500千米,平均宽为70千米,大部分深度超过8000米,它大约形成于5000万至6000万年前,那时太平洋板块扎进了马里亚纳板块的下面,太平洋西部由此形成了一系列海沟,马里亚纳海沟是其中的一部分,而“挑战者海渊”就位于马里亚纳海沟的南端.
迄今为止,已有12个人实现了在月面上的行走,但抵达过海洋最深处的只有3人,可见着陆海洋最深处所要承担的挑战和风险并不亚于着陆月面.不过,人类对深渊的探索从未减退,探索步伐也从未停止.深渊区内的海洋生物、海洋生态、海底地质等对地球生态、气候、生命起源、地震预报等研究具有重要作用.
历史上的“深潜先锋”
1960年1月23日,瑞士探险家雅克·皮卡德
和美国海军中尉唐·沃尔什乘坐一艘模样奇特的潜水艇下潜到了马里亚纳海沟的最深处“挑战者海渊”.他们的下潜花了5个小时,在海底呆了20分钟,深度显示为10916米.
皮卡德和沃尔什乘坐的潜水艇名为“的里雅斯特”号,它由两大部分组成,上面部分是个装满汽油的容器,起提供浮力的作用,下面部分就是两位探险家用以栖身的圆形密封舱.“的里雅斯特”号靠重力下潜,上浮时需要抛掉好几吨重的铁块.
抵达“挑战者海渊”后,两位探险家观察窗外,在这样漆黑的深海世界,他们看到了游荡着的小虾似的生物.这是人类第一次证明生命,乃至于复杂的生命能够在这种高压、深寒和黑暗的地方存活.要知道,这里早已被判定为生命的禁区,其压力是海面压力的1000倍.
30多年后,当日本无人驾驶深海潜艇“海沟”号重新抵达那个地方时,摄像机又拍下了一些类似蠕虫的生物.
2009年5月,美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的无线遥控机器人潜水艇“涅柔斯”号又一次到达“挑战者海渊”.这一次,人们通过“涅柔斯”号成功采集了海渊的岩石和水样标本.
海洋“生命孤岛”
马里亚纳海沟最深处的高压、极寒和黑暗使人们相信那里是“生命的孤岛”,这种“孤岛理论”早在150年前就由达尔文进行过描述.达尔文当年随“小猎犬”号来到加拉帕戈斯群岛时,发现那里的动植物为了适应各个岛上不同的自然环境而发生着各不相同的演化.例如,同一种鸟类和海龟由于生活在不同的岛上,它们的形态和习性就变得大不相同.达尔文认为,这种现象表明孤立的环境能使动物们变得与众不同.这一发现也为他的进化论思想提供了有力的依据.
马里亚纳海沟环境险恶,与世隔绝,科学家们因此认为,在马里亚纳海沟深处,外来生物无法存活,所以如果能够在那里找到生物,那一定是海沟形成之初就已经存在的生物,随着海沟的形成,它们一代代适应着环境的变化,最后顽强地幸存了下来.也就是说,这样的地方是更加严格意义上的“生命孤岛”,其生命形态一定非常与众不同.
深海生命之谜
1995年,“海沟”号收集了“挑战者海渊”的沉积物,研究人员在这些沉积物中发现了几百种有孔虫.有孔虫是一种古老的原生动物,5亿多年前就出现在了海洋中,至今种群兴盛,类型繁多.大多数有孔虫都拥有复杂的碳酸钙壳,然而在“挑战者海渊”,人们找到的有孔虫却多缺少外壳.科学家们分析,这是由于海洋最深处缺少碳酸钙的缘故,在那样的环境下,有孔
虫无法制造外壳,它们只好成为“软体有孔虫”.还有一些则利用来自附近洋底的包含碳酸钙残余成分的物质营造自己的壳.科学家们在《科学》杂志上发表文章说,那里的有孔虫很可能从“挑战者海渊”形成之时就在适应着深度的不断变化,随着深度不断增加,它们最终变成了最耐压的物种.
科学家希望未来的下潜能让他们更进一步地研究马里亚纳海沟底部的生物群落.使用自动下潜深潜器,人们能接触到一些微小生物.这种下潜装置带有自动分析设备,包括显微镜和DNA 测序仪等,还有能吸引和捕捉生物的机关,能在水下自动收集生物.由于生活在如此深度的生物会在上浮时因压力的变化而难以存活,所以这些装置必须就地分析样本,自动采集数据.
奇妙的“泥火山”
对马里亚纳海沟大感兴趣的并不仅仅是海洋生物学家,地质学家们也希望研究马里亚纳海沟以揭开世界各大陆的形成和演化之谜.根据一种理论,当俯冲板块过度地挤压,抬升了地球表面的岩石时,这些岩石便渐渐上升到了海平面以上形成一些弧形列岛,这就是“岛弧”.在漫长的地质时代里,岛弧发生迁移,碰撞和融合,最终组成了大陆.
有时候,沿俯冲带上集聚的压力会由于板块的活动而突然释放,这种释放造成的结果就是海底地震,它经常引发破坏力巨大的海啸.2011年袭击日本东北海岸的海啸就是这样发生的.马里亚纳海沟能为科学家们研究海底地震和海啸提供理想的环境.在那样的深处,一些“泥火山”分布于陡峭的斜坡上.“泥火山”喷出的并不是火焰,而是来自俯冲板块的泥浆与气体,这为人们窥探地球内部的奥秘提供了机会.科学家认为,当大洋板块扎进地球内部时,其发生的摩擦和挤压会使局部岩石承受的力量非常不同,这种不同会显示什么时候和什么地方更有可能发生地震.科学家可以在距海沟底部的不同地点采集“泥火山”喷出物,从而通过了解地下的化学变化来监测海底的地质活动.
封存二氧化碳的构想
在马里亚纳海沟的陡坡上,泥火山的作用并不仅限于帮助人们窥探地震的机理,科学家还有更多的想法.他们希望有一天能把这些泥
火山变成一种天然的入口,通过这些入口,可以把大量二氧化碳泵进海底的岩层里,这也许是解决碳过量排放、防止全球变暖的一个简便而又有效的办法.
科学家发现,在俯冲带,例如马里亚纳海沟,俯冲的岩石里包含着大量流动物质,其中就有溶解了的二氧化碳.假若人类了解了泥火山和附近地层的构造,又具备了相应的技术,便可以模拟大自然储存二氧化碳的方式,长时间地将二氧化碳封存在泥火山下面.这种想法看起来很疯狂,且可行性目前也是未知的,但将几十亿吨二氧化碳填埋在海底的设想极具诱惑力,科学家非常愿意为此进行探索并付出最大的努力.
探索马里亚纳海沟是一个艰难的过程,几艘杰出的深潜器发挥了关键作用.“的里雅斯特”号已进了博物馆,算是“功成身退”了；“海沟”号在2003年的一次下潜后不知所终；“涅柔斯”号也于2014年探测新西兰东北的克马德克海沟时失踪.那个意味着深度极限和生命禁区的“挑战者海渊”暂时恢复了平静.2012年,著名导演卡梅隆乘坐“深海挑战者”号潜水器抵达“挑战者海渊”,这是人类最后一次造访那里.如今,随着中国深潜器的到来,无疑会为这场激动人心的探索之旅写下新的篇章.
【责任编辑】庞 云
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“张謇”号
“张謇”号是以中国教育家、实业家张謇的名字命名的,长97米、宽17.8米,设计排水量约4800吨.它搭载了多种先进设备.比如,GPS和北斗卫星定位系统,多波束回声仪、浅地层剖面仪、多普勒流速剖面仪等水声探测系统,能让它全面探测海底地形、海洋流速,以帮助深潜器安全下潜和工作.重力取样仪、振动采样管、电视抓斗、深海钻机等地质取样系统,都是深海采样时的必需品.
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“蛟龙”号与“彩虹鱼”号
从外形上看,“蛟龙”号像一条大鲨鱼,“彩虹鱼”号则像一个瘦长的鱼雷.因此,和“蛟龙”号在海里垂直下潜不同,“彩虹鱼”号采取45度角倾斜下潜.“蛟龙”号属于第二代深潜器,下潜深度为7200米,“彩虹鱼”号属于第三代深潜器,下潜深度可达11000米.此外,由于需要深潜,制成“彩虹鱼”号的材质提升了抗压能力.在电力系统上,“彩虹鱼”号用的是寿命更长、动力更大的锂电池.
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