今天（2月16日）發布。2024年第四期《求實》雜誌刊登了著名海洋地質學家、中科院院士、同濟大學海洋與地球科學學院教授王品賢的署名文章，標題為：深海探索：更好地了解海洋
深海探索：更好地了解海洋
王品賢
海洋是生命的搖籃，擁有廣闊的空間和豐富多樣的資源。 發展海洋經濟和建設海洋強國，對我國經濟社會的可持續發展，維護國家主權、安全和發展利益具有重要的戰略意義。
**總書記高度重視海上強國建設，多次就海上強國建設作出重要指示，強調要關心海洋、了解海洋、管理海洋，加快海洋科技創新步伐。 總書記在黨的二十大報告中強調“發展海洋經濟，保護海洋生態環境，加快建設海洋強國”; 到當地考察研究時，多次到深海科學與工程研究所、海洋研究所等科研單位;對接“沈海一號”運營平台，強調“要推動海洋科技實現高水平的自力更生、自力更生，強化原創性和科技攻關，牢牢掌握裝備製造”; 會見了載人深潛先進單位和先進工作者代表，勉勵大家在建設海上強國方面取得更大成績; 他發信祝賀“奮者”號全海深海載人潛水器順利完成萬公尺試航並成功返回......總書記的重要闡述和親切關懷，為我國深海探索注入了強勁動力，指明了前進方向。
從“蛟龍”到“深海勇士”再到“奮鬥者”，從“深潛”到“深鑽”再到“深網”，我國深海勘探發展蓬勃發展，取得了令人矚目的成績。 隨著科學技術的發展，深海進一步探索的時代即將到來。
1. 深海探索的過程
深海充滿奧秘，探索深海一直是人類的夢想。 從歷史上看，人類對深海的了解非常有限。 20世紀，隨著深海探測技術的不斷突破，人類慢慢揭開了深海未知世界的神秘面紗。
從外面探索海洋。 全球海洋的平均深度約為 3,680 公尺。 水深在海平面以下200公尺的黑暗海域通常被稱為深海，因此95%的海洋是永恆的黑暗。 深度每下降10公尺，就會增加乙個大氣層，全球海底平均有300多個大氣層。 黑暗和缺乏光線，巨大的海洋壓力，以及海底複雜的地形，使得開發相應的深海勘探技術成為必要。 20世紀30年代，人們開始利用物理波，通過遠距離非接觸方式從海洋外探索海洋。 20世紀中葉，遙感技術的發明帶來了海洋探索手段的革命。 利用遙感技術，科學家能夠從空中觀察大面積的海洋。 然而，遙感的電磁波僅限於海洋的頂層，無法進入深海。 後來，可以在海水中自由傳播的聲波成為海洋水文測量和水下通訊的主要手段。 海底波浪的跟蹤也成為探索海底地質結構、揭示地球內部物質組成的重要手段。
深潛到海洋內部的技術。 第乙個為人類進入深海提供“門票”的是深潛技術。 第一艘潛水器是兩名美國科學家搭載的空心潛水球，他們於 1930 年在百慕達首次成功潛入 183 公尺的深度。 1960年，瑞士設計的“的里雅斯特”深海潛水器載著兩人在馬里亞納海溝深潛至10,916公尺，停留了20分鐘，打破了深潛記錄。 從那時起，可以在水下移動和取樣並具有探測功能的深潛器逐漸出現。 目前，世界上只有中國、美國、法國、俄羅斯和日本有人駕駛過深潛器。 近年來，我國自主研發的“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮鬥者”號深潛器已下潛10000餘次，覆蓋了10000多公尺深海的“全海深度”。 我國還陸續研製了應用範圍更廣的無人深海潛水器和深海機械人，包括遙控水下機械人、自主水下機械人、混合自主遙控水下機械人、水下滑翔機等，初步建立了全海深海潛水器譜系，具備了全海深度探索作業能力。
2023 年 5 月 26 日，潛艇艇員為載人潛水器“深海勇士”解開了與探索 1 號研究船相連的電纜，為潛水做準備。 新華社記者 蒲曉旭攝。
“下海”和“下地”的海洋鑽探。 在深海海底鑽探地殼是深海勘探中最困難和最昂貴的技術之一。 國際海洋鑽探計畫是全球20多個國家參與的國際研究計畫，於1968年正式運作，半個多世紀以來在世界海洋鑽探了4000多口井，取芯（即地層的岩石取樣）超過49萬公尺。 1998年，中國加入國際海洋鑽探計畫。 1999年，由中國科學家自主設計主持的首次南海遠洋鑽探航行，實現了南海深海鑽探的突破。 2014年至2018年，中國完成了三次探井航行，探查了南海的成因，使南海成為海洋鑽探研究程度最高的邊緣海。 從深海鑽探探索地球內部是科學研究的趨勢，未來海洋鑽探在深海和地球科學中的地位將繼續上公升。
駐留在深海的海底觀測站網路。 深海觀測不僅需要從海面進行探索，還需要從海底向上觀測。 海洋科學不滿足於短期調查，而是追求對海洋內部的長期連續就地觀測。 於是，海底觀測網路應運而生。 海底觀測網路將各種感測器放置在海床上，用光纜將它們連線到岸上，並將測量資訊傳回。 感測器與自主水下機械人、登陸器等穿梭於節點之間的裝置協同工作，形成強大的深海觀測系統，直接分析水下資訊，實現從海底到海面的全天候、長期、連續、實時、全面的原位觀測。 海底觀測網路是21世紀的新生事物，第乙個大規模觀測網路是2009年在加拿大建造的“海王星”網路。 2015年，日本建立了乙個5,700公里長的海溝海嘯觀測網路（S-Net），以預警海嘯。 2016年，美國海底觀測網（OOI）投入使用，該網路由區域網、近岸網和全球網三部分組成，是目前最大的海底觀測網。 中國還啟動了大型科學專案，匯集了各學科、各領域、各層次的科技資源，正在東海和南海建設海底科學觀測網路。
深潛、深鑽、深網，統稱為“三深”，是深海科學探索的主力軍。 經過近乙個世紀的探索，人類極大地擴充套件了我們對深海的認識。
2. 深海底部的科學發現
人們曾經認為深海永恆的黑暗是乙個沒有運動和生命的死世界。 在探索的過程中，我們發現深海不僅充滿了起伏的地形、水流和生命活動，還充滿了難以想象的奧秘。
深海底部的雙向運動。 深海熱液流體是20世紀海洋科學的重大發現之一，包括高溫熱液流體和低溫熱液流體。 1979年，美國載人潛水器“阿爾文”號在東太平洋進行深潛探險時，發現海底有乙個2公尺高的“黑煙囪”，向上冒煙。 原來，這是一種富含金屬的熱液流體，即深海熱液流體，是海水滲入地殼與上公升的岩漿接觸後形成的。 350的高溫熱液流體向上噴射，遇到海水的冷卻沉澱後，其中所含的硫化物形成“黑煙囪”般的景觀。 據推測，深海熱液流體是岩漿活動的副產品。 此後，又經過30年的探索，全球已發現500多個活躍的熱液噴口，其中一半分布在板塊膨脹的洋中脊，一半分布在板塊俯衝的火山弧區。 除岩漿活動外，上地幔中的橄欖岩暴露在大洋中脊或俯衝帶，與海水的化學反應也會產生熱量並引起熱液活動。 然而，這種熱液流體的溫度只有 40 到 90 度，被稱為低溫熱液。 2000年，阿爾文號航空母艦在大西洋中脊附近發現了乙個由方解石和其他材料組成的“白色煙囪”。 “白色煙囪”是低溫熱液流體的產物，可以形成10至60公尺的尖塔。 比深海熱液流體分布更廣的是冷滲流，天然氣水合物的甲烷出口。 在深海海底高壓低溫條件下，甲烷很容易被水冰分子包裹，形成天然氣水合物（可燃冰）。 然而，水合物在海床上並不穩定，溫度和壓力的輕微變化都會釋放氣體並形成冷滲。 熱液流體和冷滲將物質從海底輸送到海水中，海水自上而下滲透到地殼中，海底板塊向下俯衝，在深海海底形成物質和能量交換的雙向運動。
地球的第二個生物圈。 熱液生物區係也是20世紀海洋科學的重要發現之一。 1977年，在發現“黑煙囪”的兩年前，在東太平洋發現了熱液生物群。 熱液動物包括螃蟹、30厘公尺長的大白殼、長著紅色鰓羽的管狀蠕蟲，成簇生長，等等。 管狀蠕蟲沒有消化器官，沒有嘴和**，靠體內共生硫細菌的化學合成為生。 在海洋深處，沒有陽光，沒有營養物質，熱液生物群的生存是建立在細菌的基礎上的。 細菌依靠熱液流體的熱量和硫化氫的深層來源，通過化學合成產生有機物，以支援管狀蠕蟲等熱液生物的生存。 管狀蠕蟲吸引以它們為食的軟體動物和魚類，並為微生物提供生存條件。 就這樣，形成了深海的“黑暗食物鏈”。 熱液生物群的發現顛覆了生命必須依靠太陽才能生存的基本認識。 1983年，墨西哥灣的深海海底，水溫只有4在5號冷噴口發現管狀蠕蟲簇，伴有成堆的貽貝、蝦和海參，形成了類似於熱液噴口的“暗食物鏈”。 深海探索發現，不僅太陽可以通過葉綠素光合作用在氧化環境中產生有機物，還有眾所周知的“萬物生長在太陽上”的生物圈; 在黑暗的深海海底，還有第二個生物圈，它依靠地球內部的地熱能，通過微生物的化學合成，在還原性環境中產生有機物（即缺氧和大量還原性物質的存在，如甲烷、硫化物等）。 這一發現對人們認識和探索生命起源和外星生命產生了重大影響。
深入海底，探索地球內部。 地幔佔地球體積的 4 5 和地球質量的 2 3。然而，在地殼之外，沒有人見過原位地幔的真面目。 大陸地殼平均厚度約為30 km，洋殼平均厚度僅為7 km左右，深海地殼平均厚度僅為大陸地殼的1 5。 特別是俯衝帶的洋中脊和深海溝是地球內部和表面物質和能量交換的通道，也是人類探索地球內部的最佳切入點。 早在60年前，學術界就發起了鑽穿地殼、探索地幔的“莫霍工程”，但由於技術和資金要求高，這個計畫至今仍是地球科學界未實現的夢想。 近年來，探索海底地球內部的需求和呼聲逐年增加。 地球系統科學理論將地球視為乙個“影響全身”的完整系統，強調研究地球表面與深部的相互作用，認為地球內部的水、碳迴圈和地球表面相互聯絡，儲量遠遠超過地球表面。 相信隨著科學研究的深入，從深海探索地球內部將成為科學界的熱點，人類對深海和地球的認識將進一步擴大。
3. 深海資源開發
隨著全球海洋經濟的快速發展，深海資源逐漸成為人類探索的新熱點。 深海資源包括海底礦產資源、生物資源和能源。 開發這些資源，對於滿足人類需要，促進經濟發展具有重要意義。
開發海底油氣資源。 石油是最早受到關注的海底資源之一，其經濟價值在海洋經濟中名列前茅。 世界上70%的主要油氣田都位於水深超過1000公尺的水域。 科學家估計，北冰洋下儲存著大量的**和天然氣，分別佔未開發儲量的13%和25%。 目前，我國深海油田勘探開發成績突出，在應瓊盆地建設“深海1號”超深水氣田，在珠江口投產“深藍勘探”智慧型深水鑽井平台，實現深水油氣技術的重大突破。
深海金屬礦產的開發。 深海金屬礦物包括多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物。 多金屬結核分布在水下4 000至5 000公尺的深海平原表面; 富鈷結殼層狀附著在海山岩石表面，鈷含量高達17%；多金屬硫化物是分布在深海熱液區的塊狀金屬硫化物，包括硫化鉛、鋅、銅、金、銀等。 在深海金屬礦床中，錳結核是最早被發現的。 在二十世紀六七十年代，歐美國家向太平洋派出數百次航行，試圖開採錳結核。 但是，由於技術條件和環保需要，錳結核尚未得到商業開發。 富鈷地殼礦床較淺，經濟價值高，儲量豐富。 據估計，僅太平洋就含有5000萬噸鈷，相當於陸地儲量的七倍。 然而，附著在岩石上的結殼只有幾厘公尺厚，不容易開採。 相比之下，多金屬硫化物最有可能首先進行商業開採。 近年來，隨著清潔能源技術的飛速發展，深海金屬礦產的開採再次被提上日程，但開採可能帶來的環境問題尚未得到解決。 如何實現深海礦藏的綠色開發，已成為海底資源開發利用的重要課題。
圖為遙控無人潛水器拍攝的“水下花園”。 新華社.
開發深海生物資源。 近年來，底拖網等過度捕撈作業對深海海底生態系統造成嚴重破壞。 深海生物資源的開發利用必須改變思維方式，尋找避免過度捕撈的新途徑，而應著眼於海洋生物多樣性的發展。 世界海洋中大約有 220 萬種動物和 10 億種微生物。 勘探發現，不僅深海沉積物中含有細菌，而且玄武岩甚至地殼中也含有微生物。 這些微生物生活在地下深處的岩石孔隙中，分布極其廣泛，構成了地球上最低的“深層生物群”，是地球上最大的生態系統。 這些微生物生活在“可怕的水”條件下，它們的新陳代謝極其緩慢，它們的“壽命”可以用10,000年來計算。 深海生物具有多種“特殊功能”，有的可以適應高溫高壓，有的可以在低氧環境中茁壯成長，而提供這些特殊功能的基因是無價的，可能會給人類帶來新的益處。 可以看出，遺傳資源是深海生物資源發展的新方向，相關應用已初具規模，在醫藥領域潛力突出，在美容保健領域前景廣闊。
四、現實挑戰與未來展望
近年來，深海技術的不斷創新和深海科學的飛速發展，為人類進一步認識和發展海洋創造了條件。 同時，隨著深海勘探的擴大，海洋資源的開發和保護也面臨著越來越多的挑戰。
深海勘探是一項高技術挑戰，必須注意防範技術風險。 日本萬公尺級無人深海潛水器“海溝”號曾是世界深海潛水器的領頭羊，但2003年因纜繩斷裂，在太平洋永遠消失了。 2010年，墨西哥灣“深水地平線”鑽井平台防噴系統失效，導致油井下沉，造成11人死亡，17人受傷，漏油持續數月，造成海上9900平方公里的巨大油汙區，成為極其嚴重的海上事故。 這些事故提醒人們，深海勘探存在著高技術風險，技術故障造成的事故可能會造成經濟、環境甚至生命的損失。 深海神秘而危險，美麗而脆弱，人類對技術安全的關注無足輕重。
當人類探索深海時，他們也需要保護它。 如何在保護海洋生態環境的同時，推動科學研究，實現深海資源的可持續利用，是深海勘探面臨的又一挑戰。 與陸地相比，深海的時間往往比陸地慢幾個數量級，例如，錳結核在數百萬年內只生長一厘公尺，而深海生物群的繁殖週期則以數千年為單位來衡量。 人類排放的汙染物一旦進入深海，對生態環境造成破壞，後果比陸地上嚴重得多，可能帶來不可逆轉、無法彌補的損失。 當前，深海勘探的首要任務是發展深海科技，不能以“淘金熱”的狂熱去捕魚和“掏空”深海，而要通過科技的發展來促進海洋的開發和保護。
事實上，我們仍然是深海面前的小學生。 人類花了幾千年的時間才學會利用陸地資源，從採集、捕魚、狩獵到農業和畜牧業，並發展農業和畜牧業。 同樣，人類進入深海也不是一蹴而就的。 目前，深海勘探僅相當於中石器時代人類對陸地資源的開發利用，相當於“採集”和“捕獵”的水平，未來還有很長的路要走。
我國海洋工業取得了一系列突破，形成了一系列里程碑式的成就。 進入新時代以來，我國海洋資源開發保護重大工程紮實推進，海洋重型武器陸續問世，中國第一艘遠洋鑽井船成功海上航行，海上油氣勘探開發達到水深3000公尺，“藍鯨一號”在南海成功試冰， 海洋經濟向質效益轉變取得顯著成效，海洋生態安全屏障進一步築起。中國全面倡導海洋命運共同體理念，深度參與和支援全球海洋治理。 深耕藍地，打造海洋強國，中國海洋產業正在向海洋深處推進。
*：《求真》2024 04
作者：王品賢，同濟大學教授，中國科學院院士。
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