瞄準海洋最深處,走向深淵

2019-06-24     中國大百科出版社


從太空中遙望,人類賴以生存的地球,更像是一個被蔚藍色海水所覆蓋的水球。這個浩瀚的、帶有鹹味的水體,平均深度達3729米,總面積約為3.62億平方千米,約占地球表面積的71%。海洋最深的地方是位於西太平洋的馬里亞納海溝,其最深處達11034米。海洋不僅是地球生命之源,而且通過大氣循環、水循環等方式深刻地影響著地球的生態與環境,更以其豐富的資源決定著人類的未來。

海洋大不同

人們習慣將海與洋並列,合稱為海洋,其實海與洋並不一樣。

海是海洋臨近大陸的部分,在洋的邊緣,約占海洋面積的11%,水深一般較淺。海受大陸、河流、氣候和季節的影響比較大,水文、鹽度、顏色和透明度變化明顯。海有邊緣海、內陸海和地中海之分。我國的東海、南海等就是太平洋的邊緣海;我國的渤海、歐洲的波羅的海等就屬於內陸海,是被大陸所包圍的海;地中海比內陸海深,也被稱為陸間海,是位於亞、非、歐三洲之間的海。世界上主要的海有近50個。

洋是海洋的主體,約占海洋面積的89%,水深一般在3000米以上,遠離陸地,它的水文和鹽度變化不大,顏色蔚藍,雜質少,透明度大。世界上共有4大洋,即太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋。

從古至今,海洋令人類無限神往。它海納百川、有容乃大,繁衍生息著各種各樣瑰麗多彩的生命;它豐饒迷人、資源豐富,蘊藏著大量石油、天然氣、可燃冰、潮汐能等資源;它波濤萬丈、浩瀚無邊,演繹著宏偉壯麗的萬千景象;它變化莫測、吉凶難卜,時而風平浪靜,時而驚濤駭浪,時而婉麗迷人,時而恐怖陰霾;它讓詩人才情四溢,讓畫家丹青絢爛,讓勇士激情豪邁,讓航海家痴迷癲狂,讓科學家孜孜探索,讓政治家望洋興嘆……

海洋是人類的生命之源、財富之源、冒險樂園和心靈家園。

儘管如此,人類對海洋的認識卻十分有限,甚至遠不及對太空的認識。2018年2月7日,埃隆·馬斯克的SpaceX公司,成功發射現役運力最強的重型火箭「獵鷹」,並完成一級火箭回收。2019年1月3日上午10時26分,中國的「嫦娥」四號探測器成功著陸在月球背面東經177.6°、南緯45.5°附近的預選著陸區,並通過「鵲橋」中繼星傳回了世界上首張近距離拍攝的月背影像圖。這些壯舉標誌著人類探索太空又前進了一步。與此同時,人類對海洋的認識卻非常有限,對深海的認識更加不足,對深海之深淵,所知更加微不足道。

為此,我們不妨先從深淵開始了解海洋,由這個大洋底下最神秘的區域,走進浩瀚無垠的海洋,領略蔚藍世界的風光。

走向深淵

什麼是深淵?深淵是水深在6500米以下的海域,在海洋總面積中所占比例不到1.2%。在海洋,每下降10米就會增加一個大氣壓,在10000米水深的地方,每平方厘米的靜水壓可達1000千克。面對這一神秘區域,目前僅有少數國家有能力涉足。

追溯人類走向深淵的歷史,最早起源於遠古時期對食物的採集。遠在漁獵時代,人們為採集貝類、藻類等海洋生物為食,對海洋建立了朦朧的認識。隨著採集海域的範圍和深度逐漸增加,人們慢慢由岸邊潛入近岸的海底世界,見識到海洋的璀璨與絢爛。

在古代神話傳說中,海洋一直是一個充滿奇珍的神秘所在。尤其當人們發現了珍珠、紅珊瑚、硨磲貝等珍寶之後,對海底世界愈發好奇。明代宋應星在《天工開物》中曾記載,為尋找光彩奪目的珍珠,「採珠人」乘船到海上,以粗繩系腰,木夾夾鼻,手持尖刀潛水搜尋珍珠蚌。古時由於潛水技術不發達,「採珠人」常常九死一生。

《天工開物》里記載的潛水採珠

然而,千難萬險始終未能阻擋人們探尋海洋深處的腳步,探索目的也由為尋找食物和探寶,轉變為更深入地了解海洋和對海洋豐富資源的渴求。這一目的促使人們不斷改進技術和裝備,刷新深潛大洋的紀錄。

1894年,義大利工程師波左提出用圓球形結構克服深海高壓最為理想。為此,他設計製作了一個空心金屬球,蜷縮其中下潛到165米水深。1934年,威廉·畢比、奧蒂斯·巴頓製作了一個配有3個觀察窗和氧氣瓶以及二氧化碳吸收劑的空心金屬球,即載人艙,艙門外用10個大螺栓封住,僅容一個人進出。他們用這艘潛水器創造了人類下潛到水下934米的紀錄。不過,由於懸系載人艙的鐵索的長度達到一定程度後會因自重而斷裂,懸系載人艙的下潛深度因此受到了很大的限制。

威廉·畢比、奧蒂斯·巴頓設計的潛水器

為此,奧古斯特·皮卡德在設計深潛器時放棄使用鐵索裝置。1952年,他製造出了第一台真正意義上的載人潛水器「的里亞斯特」號,並成功下潛到3167米,創造了前無古人的壯舉。

1960年,奧古斯特·皮卡德的兒子雅克·皮卡德和美國海軍軍官唐·沃爾什,對「的里亞斯特」號進行了改進,並一同成功下潛到水下10913米,成為第一批抵達萬米海底的人類訪客。然而,由於他們的深潛器在坐底時激起了沉積物,使得海水一片渾濁,加上觀察窗玻璃出現裂痕,二人沒來得及進行有效觀察,僅僅短暫逗留了20分鐘就不得不匆匆返回水面。

「的里亞斯特」號

1959年,法國人雅克·庫斯托設計的「潛碟」號下水,其最大工作深度儘管只有305米,但是可以在水下自由航行,因此被視作第二代載人潛水器的標誌性成果。

世紀之交,載人潛水器的研發日益為各海洋大國重視。2012年,世界上出現了著名的「四大金剛」深潛器:一是美國的「阿爾文」號;二是法國的「鸚鵡螺」號;三是俄羅斯的「和平」一號與「和平」二號;四是日本的「深海6500」。

中國也緊隨其後。2012年7月,中國的「蛟龍」號潛水器在馬里亞納海溝成功下潛至7062米,同時創造了世界同類作業型潛水器最大下潛深度紀錄,即在3人下潛作業型潛水器中位居世界第一。

瞄準海洋最深處

載人深潛器的關鍵技術是製造載人艙。簡而言之,載人艙就是一個無比結實的空心鋼球,能經受下潛和上浮中的巨大壓力變化,且能多次循環使用。載人艙的直徑越大,對材料和工藝的要求越高。著名導演卡梅隆乘坐的「深海挑戰者」號,載人艙直徑只有1.09米,因此他在深潛10000米時不得不龜縮在其中往返。

極端狹小的空間,往返數小時的考驗,對人的心理和生理都是一種難以想像的挑戰。顯然,「蝸居式」潛水器雖然可以滿足人們一時的好奇心,卻不能在從事海底作業時使用,進而影響了人類探險的廣度和深度。要製造作業型潛水器,載人艙的直徑大都在2米左右,以保證下潛人員有一定的工作空間,同時還要經久耐用。

卡梅隆乘坐的深潛器

在國家海洋局、上海市教委、上海市科委以及民間資本的支持下,上海海洋大學深淵科學技術研究中心正致力研發這樣一台3人作業型全海深(11000米)載人潛水器。

2016年12月27日,該中心設計製作的「彩虹魚」號無人潛水器,在馬里亞納海溝成功下潛至10890米,獲得了非常寶貴的萬米深淵的生物、微生物、底質及海水樣本和影像資料。這標誌著中國科學家在探索「人類未知的深海世界」工程中又邁出了關鍵一步,使中國成為國際上第三個擁有無人全海深調查作業能力的國家。如今,上海海洋大學的專家正瞄準海洋最深處,準備在2020年左右將全海深作業型載人深潛器送到水深達1萬米的馬里亞納海溝。

2015年10月,上海海洋大學深淵科學技術研究中心研製的無人潛水器「彩虹魚」號,在布放進行南海4000米試驗。

2016年12月,上海海洋大學深淵科學技術研究中心研製的著陸器,在馬里亞納海溝採集到的勾蝦。

人類之所以致力於走向深淵,是因為深淵存在著極為特殊的生物活動,具有重要的科研價值。對深淵的探索,可以觸發深淵生態學、深淵生物學、深淵地質學等新興學科的產生和發展,對地球生態、全球氣候、海洋環境保護、地球生命起源研究、地震預報等也具有不可估量的價值。

同時,廣闊的海底還存在大量可燃冰、錳結核、石油等資源,為解決人類未來發展所需資源提供了巨大的可能。

人類對海洋的探索將永不停歇,人類對深淵的認識將永無止境。

文章來源: https://twgreatdaily.com/v_x9K2wBmyVoG_1Z6WAu.html