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    深??茖W與工程研究所
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    媒體報道

    【20160920海南日報】深讀丨探索一號萬米深海的奇幻探險

    文章來源:  |  發布時間:2016-10-08  |  【打印】 【關閉

      

      據海南日報報道丨記者蘇慶明

      

      核心提示:從三亞出發,航行6555海里,潛入深海1萬余米,科考作業37天,作業84項,取得一系列重大突破性成果。

      近日,由位于三亞的中國科學院深??茖W與工程研究所負責實施的“探索一號”科考船首航太平洋馬里亞納海溝科考成果公布。這次科考,我國自主研制的無人潛水器、深淵著陸器、深淵升降器等成功突破萬米深度,獲取了大批珍貴樣品和數據,取得了系列國內和國際突破性成果,標志著我國深??瓶歼M入萬米時代。

      這是一次突破之旅,也是一次探索之旅。萬米深淵,如何進去?科學家們從那里收獲了什么?海底是什么樣子?那里還有魚生存嗎?深??瓶紝D虾Q笱芯坑泻我饬x?

      帶著一系列的疑問,本報記者采訪了參與本次“探索一號”科考的一批科學家及工程師等,揭開本次科考的更多“秘密”。

      入深海比上天更難

      

      “天涯”號深淵著陸器

      深海,是不是指海底,或是海里比較深的部分?

      這是通常人的理解,但在深??茖W研究上并不確切。中科院深海所研究的深海,指的是海里深度超過6000米的地方。這是什么概念?“整個南海,都達不到這樣的深度?!敝锌圃荷詈K紫茖W家彭曉彤說,這樣的地方通常是板塊俯沖形成的海溝區域,其最深處形似漏斗,國際上叫Hadal Trench,國內將其形象地譯為“海斗深淵”。

      海南出發征服地球最深處

      盡管科學研究不斷進步,但海斗深淵對人類而言,還堪稱認識的禁區。研究進展緩慢,主要在于技術瓶頸??茖W家介紹,海里每深10米,物體承受的壓強就增加一個以上標準大氣壓,如是1萬米深度,就是1000個以上大氣壓,相當于一個手指甲蓋大小的面積上就得承受約1噸的重量,這足以摧毀大部分的科考設備。深海所首席顧問、本航次領隊劉心成說,世界載人航天和載人深潛技術都于上世紀50年代起步,但前者的發展遠遠快于后者,因此人類對太空的認識遠遠超過對深海的認識?!翱梢哉f,與上天相比,下海更難?!?/p>

      直到2012年蛟龍號潛水器突破7000米深度,我國才真正開始具備進入深海和初步具備海斗深淵探測能力。但即便如此,與國際先進水平相比,整體上我國深海技術還處于跟蹤研發階段。

      今年6月22日,“探索一號”從深海所所在地三亞出發,執行中科院“海斗深淵”先導專項科研任務,直接把目標指向3600多公里外的馬里亞納海溝——地球上最深的地方,目的就是爭取突破更深的禁區。

      “我們就是要試,看看研發出來的設備能不能真下得去?!眲⑿某烧f。

      為南海研究提供技術支撐

      盡管深海所設在海南,但海南周邊包括南海都沒有“深淵”,是不是意味著它與海南“沒有關系”?答案是否定的。彭曉彤介紹,深海所的研究范圍與國家任務相關,必須為國家需求服務。因此,深海(深淵)不是該所的唯一研究范圍,“我們以深淵為基點開展工作,但也會關注南海。從技術上說,超過6000米深度海區的研究掌握了,南海、國內淺海就不是問題?!眲⑿某蓜t表示,深海所會給海南本地相關科研和經濟社會發展帶來幫助,海南是“近水樓臺先得月”。

      實際上,深海所的定位就包括支撐和促進海南涉??蒲?教學-高科技產業體系的建設,填補我國深海戰略上的地域空白。而自2011年決定籌建、2012年中科院與海南省及三亞市政府啟動三方共建以來,深海所已經以海南近海海域生態環境為對象開展多個項目考察研究,取得一些新突破新發現,并為海南開展生態保護提供科學依據。

      靠“神器”練就深潛硬功夫

      

      獅子魚

      “上九天攬月,下五洋捉鱉”,靠的就是設備,這也是突破技術瓶頸的所在。如同“天宮二號”上天有“神器”長征火箭相助,“探索一號”首航也有自己的系列“神器”來下海。

      這些深潛裝備主要有:“海斗”號全海深自主遙控水下機器人(無人潛水器),以海南風景名勝命名的“海角”號、“天涯”號深淵著陸器,“原位實驗”號深淵升降器,“海翼”號水下滑翔機。

      耐壓“金鐘罩”

      深海水壓巨大,沒有“硬功夫”,肯定是下不去的。為此,科研人員先給這幾樣裝備都穿上了“金鐘罩鐵布衫”。

      “海斗”號和“天涯”號、“海角”號的艙體主要用的是高強度鋁合金材料,這屬于海洋探測通用材料。但為了滿足科研需要,艙體需要控制厚度,而這樣一來它們就難以頂住深海水壓。為此,科學家們想出了一個巧妙的辦法,以壓力補償的方式,在艙體內部填充特殊材料,由內而外頂住水壓。

      這種特殊材料就是絕緣的液壓油。據介紹,這種油理論上壓縮率極低,通過補償方式能使這些裝備內部保持略大于外部的壓力,這樣無論其下潛到多深,都能保證密封及抗壓性能。

      “海斗”號及水下滑翔機研制單位沈陽自動化研究所副研究員唐元貴說,水下滑翔機與上述裝備不同,滑翔機的內部是空氣,空氣是可壓縮的,因此其抗壓只能依靠殼體的強度。一般而言這時候需要用金屬材料,但對其7000米深海作業設計目標而言,金屬過于厚重。因此,科研人員選擇了強度更高、重量卻較經的碳纖維復合材料。這種材料的應用,當前還屬于探索階段。

      據介紹,“原位實驗”號有兩個艙體,其中一個用的是鈦合金材料,同樣具有出色的強度;另一個用的是玻璃材料,也采取了內部壓力補償的方式,但所用材料與“海斗”號們有所不同。

      下潛上浮“土辦法”

      這些裝備,是如何下去,如何上來的?

      據介紹,“海斗”號和水下滑翔機屬于海洋移動平臺,可以依靠自身的運動實現上浮和下潛。而“天涯”號、“海角”號以及“原位實驗”號都不能僅靠自身就下到深淵。為此,科學家想出了個“土辦法”,給它們系上俗稱重塊的壓載塊,靠重塊把它們“拉下去”,上來的時候就把重塊給卸掉,在浮力球或浮力材料的帶動下浮上來。

      但是,包括處于自主工作模式下的“海斗”號,這些裝備在下潛后,是無法人為干預的,它們怎么決定什么時候上來?本航次首席科學家包更生介紹,“海斗”號具備一定的自主能力,可以通過預先的指令設置,實現定時、定深或應急等條件下的自動上浮;而“天涯”號、“海角”號以及“原位實驗”號,在決定它們需要上來的時候,科研人員就會吊放聲學通訊設備到海水中發送指令,它們接收到聲學指令后就會自主上浮。

      包更生說,形如導彈的水下滑翔機,有短小的機翼和尾翼,可以用“翅膀”來調節姿態;其所帶的油囊,可以通過充油或放油來改變浮力大小,共同決定是下潛還是上浮。其滑翔姿勢是斜上斜下,因此呈V字形。何時下,何時上,也根據預先設定的指令進行。

      在速度上,除水下滑翔機外,其余設備下潛和上浮速度一般都在每分鐘40米左右,下到萬米深淵要4個多小時。

      突破“禁區”“冒險”得來

      

      鉤蝦

      即便有了這些“神器”,萬米深淵也不是輕易就能下的。向禁區挑戰,考驗設備,更考驗科學家們的勇氣。

      其實,本次科考出發前,科考隊為上述裝備設定的下潛目標均不超過7000米。7月1日,航次第9天,“探索一號”到達馬里亞納海溝作業區的第三天,“海斗”號執行了第一次下潛,深度3959米。

      劉心成透露,當天晚上工作例會,技術團隊結合原海試計劃,認為“海斗”號在當時的技術狀態下,下到這個深度已經完成了海試大綱的計劃任務。當時,“先導專項”首席科學家、深海所所長丁抗還不在船上,“我說這可不是丁所長的意思,我們不能點到為止。過兩天丁所長上船,在他爭取下,研制單位同意把目標定深點,但也交待不要太深。結果第二次它下到了8000多米,他們感到很興奮,就想到此為止吧。丁所長說這不行,你的設計是全海深的。就這樣,‘海斗號’一次比一次潛得深,終于突破萬米?!眲⑿某烧f。

      更大的深度,其實意味著更大的風險,而丁抗為本次科考定下的精神是:寧冒風險,不當逃兵?!八膽B度是,寧冒風險,也要做試驗,寧愿設備沉在海底,也不要取得保守的成功后拿回去當展品。不敢闖不敢試,設備永遠走不出實驗室?!眲⑿某山榻B。

      唐元貴說,“海斗”號的經歷,確實是一次次自我挑戰和考驗之旅。其第二次下潛時,科考隊把目標鎖定在8000多米,而當時包括“海斗”號在內的船上的各類自主研制的深海裝備還從來沒跨過7000米;同時,還要將其工作模式由遙控模式切換到自主模式,脫離人為遙控,這在陸地上也沒有測試過。8000多米挑戰成功后,“海斗”號本可多重復幾次同等深度,但科學家們經數據分析和技術狀態確認,認為不如大膽些,瞄準萬米目標,接受更大挑戰。結果其終于在第5次下潛突破萬米。

      “最大的考驗是在7月27日、28日,‘海斗’號連續執行兩次下潛任務,第二次下潛前技術團隊已經連續22小時沒有休息,最后一次布放是在凌晨3點,海況不好,人員也比較疲憊,所需的下潛配重物要臨時征用母船的固有裝備,”唐元貴說,“在布放前,‘海斗’號的技術狀態還進行了更新改變,這是更大的挑戰?!钡沁@一次,“海斗”號成功下潛到其本航次10767米的最大深度。

      正是憑著敢闖敢試的精神,“天涯”號和“原位實驗”號也3次突破萬米深度,最大深度達10935米;水下滑翔機最深下潛達5751米,接近6000米的國際紀錄。其它設備和觀測實驗也多次刷新作業水深紀錄。

      除了上述成果外,本次科考還有更多突破。如,對科考進行的深淵底部氮循環的原位培養實驗,科學家解釋,“原位”指的是原始位置,所謂原位培養實驗,簡單來說就是設計條件使實驗在海底開展,這樣就能得到更真實的信息;氮是所有生物必須的營養元素,對氮循環的研究,有助于揭示深淵化學環境演變規律。

      萬米深淵真貌如何?

      深海是什么樣子?借助此次科考的發現,我們可以揭開它的一點點面紗。

      由于陽光照不進來,這里是漆黑一片。人們從電視上看到清晰明亮的畫面,只是由于燈照的緣故。不過,研究海底生物的賀麗生研究員介紹,說深海漆黑一片,并不絕對,因為此前已經有人發現這里有的生物可以發出微弱的熒光。另外,從獲取的萬米水樣看,深淵的水非常清澈,人眼看上去與純凈的水沒有差別。

      由于沒有光照,深海自然很“冷”。但水溫是否隨深度增加而降低,深海是否比淺海更冷?研究水體環境的朱家興博士介紹,獲取的溫鹽深(CTD,鹽度溫度深度)數據顯示,海里最低溫其實出現在4000米至5000米的深度,為1.4℃到1.5℃之間,而萬米深淵的水溫反而上升到2℃到3℃之間?!斑^了這個界點,受越來越大的壓力影響,水溫也逐漸升高?!?/p>

      深淵有其專屬物種,即它們只能在深淵生存。此次科考成功誘捕一批生物,最重要的收獲是鉤蝦和獅子魚。其中,鉤蝦捕獲的最大深度達到萬米,獅子魚的捕獲深度在6000米至8000米之間。

      據介紹,這次科考誘捕生物,用的餌料包括魚、雞肉和蝕腐材料。但自然狀態下,它們怎么生存,吃什么?賀麗生說,深海物種是本來就活在這里,還是從別的地方過來的,有待進一步研究?!坝腥苏J為,深海環境雖然惡劣,但是它穩定,不會像淺海,容易因大的地質變動導致物種滅絕。所以他們認為深海一些物種可能是淺海一些物種的祖先?!?/p>

      生活在“安逸”的環境中,深海生物怕不“怕生”?賀麗生笑著說,獅子魚“不像我們想的那么傻,發現餌料它會過來,我們儀器放在那里,打很強的光它也不怕。但你要拿網去撈的話,它很快就跑了。一開始我們以為它們很傻,誘捕器設計比較簡單,結果我們看到它們進去后還會跑出來,還沒進來的,它一碰到誘捕器的網就跑。這些設計,后來我們都改進了,才抓得比較順利?!?/p>

      本次科考對深海的視頻錄制,受制于相關設備,拍攝深度沒能突破8000米。包更生不無遺憾地說:“我們還看不到萬米海底的樣子?!边@有待于下一次突破。

      未來,更大的突破還在等著科學家們。包更生透露,國家已經對萬米載人潛水器進行重大科研立項,有望在5年后實施萬米載人深潛?!暗綍r候,科學家自己就能下海底了?!?已經染上了白發的他滿懷期待地說。

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      從活動范圍看,有的能“動”,有的不能“動”。水下滑翔機,“機”如其名,在水中“滑翔”,時而下潛時而浮出水面,活動線路斜上斜下,不斷做V字形運動。而其他裝備沒有這樣的運動能力,下到海底后基本不動。

      從作業特性看看,“海斗”號、“天涯”號及“海角”號、水下滑翔機自身就有探測能力,且具備一定的自主能力;而“原位實驗”號像是電梯,主要作為儀器設備搭載平臺使用,將它們送上送下。

      從功能看,“海斗”號和水下滑翔機側重水體環境參數測量,后者能幫科學家們測得區域范圍更廣的數據,而“海斗”號則能測得萬米深度的數據。兩個著陸器側重幫科考隊誘捕深淵大型生物、原位采集海底微生物、獲取水樣及沉積物(海泥)樣品等,同時,它們還具備水體環境參數測量、錄像和拍照等功能。而“原位實驗”號,除幫助誘捕生物外,主要用于大深度水體的采集、地球化學實驗的原位培養。 

      原文鏈接:http://cgi.hndaily.cn/hnfb/mobile/article/201609/201609191912274393.html?from=singlemessage&isappinstalled=1

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