今天（2月16日）发布。2024年第四期《求实》杂志刊登了著名海洋地质学家、中科院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授王品贤的署名文章，标题为：深海探索：更好地了解海洋
深海探索：更好地了解海洋
王品贤
海洋是生命的摇篮，拥有广阔的空间和丰富多样的资源。 发展海洋经济和建设海洋强国，对我国经济社会的可持续发展，维护国家主权、安全和发展利益具有重要的战略意义。
**总书记高度重视海上强国建设，多次就海上强国建设作出重要指示，强调要关心海洋、了解海洋、管理海洋，加快海洋科技创新步伐。 总书记在党的二十大报告中强调“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”; 到当地考察研究时，多次到深海科学与工程研究所、海洋研究所等科研单位;对接“沈海一号”运营平台，强调“要推动海洋科技实现高水平的自力更生、自力更生，强化原创性和科技攻关，牢牢掌握装备制造”; 会见了载人深潜先进单位和先进工作者代表，勉励大家在建设海上强国方面取得更大成绩; 他发信祝贺“奋者”号全海深海载人潜水器顺利完成万米试航并成功返回......总书记的重要阐述和亲切关怀，为我国深海探索注入了强劲动力，指明了前进方向。
从“蛟龙”到“深海勇士”再到“奋斗者”，从“深潜”到“深钻”再到“深网”，我国深海勘探发展蓬勃发展，取得了令人瞩目的成绩。 随着科学技术的发展，深海进一步探索的时代即将到来。
1. 深海探索的过程
深海充满奥秘，探索深海一直是人类的梦想。 从历史上看，人类对深海的了解非常有限。 20世纪，随着深海探测技术的不断突破，人类慢慢揭开了深海未知世界的神秘面纱。
从外面探索海洋。 全球海洋的平均深度约为 3,680 米。 水深在海平面以下200米的黑暗海域通常被称为深海，因此95%的海洋是永恒的黑暗。 深度每下降10米，就会增加一个大气层，全球海底平均有300多个大气层。 黑暗和缺乏光线，巨大的海洋压力，以及海底复杂的地形，使得开发相应的深海勘探技术成为必要。 20世纪30年代，人们开始利用物理波，通过远距离非接触方式从海洋外探索海洋。 20世纪中叶，遥感技术的发明带来了海洋探索手段的革命。 利用遥感技术，科学家能够从空中观察大面积的海洋。 然而，遥感的电磁波仅限于海洋的顶层，无法进入深海。 后来，可以在海水中自由传播的声波成为海洋水文测量和水下通信的主要手段。 海底波浪的跟踪也成为探索海底地质结构、揭示地球内部物质组成的重要手段。
深潜到海洋内部的技术。 第一个为人类进入深海提供“门票”的是深潜技术。 第一艘潜水器是两名美国科学家搭载的空心潜水球，他们于 1930 年在百慕大首次成功潜入 183 米的深度。 1960年，瑞士设计的“的里雅斯特”深海潜水器载着两人在马里亚纳海沟深潜至10,916米，停留了20分钟，打破了深潜记录。 从那时起，可以在水下移动和采样并具有探测功能的深潜器逐渐出现。 目前，世界上只有中国、美国、法国、俄罗斯和日本有人驾驶过深潜器。 近年来，我国自主研发的“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号深潜器已下潜10000余次，覆盖了10000多米深海的“全海深度”。 我国还陆续研制了应用范围更广的无人深海潜水器和深海机器人，包括遥控水下机器人、自主水下机器人、混合自主遥控水下机器人、水下滑翔机等，初步建立了全海深海潜水器谱系，具备了全海深度探索作业能力。
2023 年 5 月 26 日，潜艇艇员为载人潜水器“深海勇士”解开了与探索 1 号研究船相连的电缆，为潜水做准备。 新华社记者 蒲晓旭摄。
“下海”和“下地”的海洋钻探。 在深海海底钻探地壳是深海勘探中最困难和最昂贵的技术之一。 国际海洋钻探计划是全球20多个国家参与的国际研究计划，于1968年正式运作，半个多世纪以来在世界海洋钻探了4000多口井，取芯（即地层的岩石取样）超过49万米。 1998年，中国加入国际海洋钻探计划。 1999年，由中国科学家自主设计主持的首次南海远洋钻探航行，实现了南海深海钻探的突破。 2014年至2018年，中国完成了三次探井航行，探查了南海的成因，使南海成为海洋钻探研究程度最高的边缘海。 从深海钻探探索地球内部是科学研究的趋势，未来海洋钻探在深海和地球科学中的地位将继续上升。
驻留在深海的海底观测站网络。 深海观测不仅需要从海面进行探索，还需要从海底向上观测。 海洋科学不满足于短期调查，而是追求对海洋内部的长期连续就地观测。 于是，海底观测网络应运而生。 海底观测网络将各种传感器放置在海床上，用光缆将它们连接到岸上，并将测量信息传回。 传感器与自主水下机器人、登陆器等穿梭于节点之间的设备协同工作，形成强大的深海观测系统，直接分析水下信息，实现从海底到海面的全天候、长期、连续、实时、全面的原位观测。 海底观测网络是21世纪的新生事物，第一个大规模观测网络是2009年在加拿大建造的“海王星”网络。 2015年，日本建立了一个5,700公里长的海沟海啸观测网络（S-Net），以预警海啸。 2016年，美国海底观测网（OOI）投入使用，该网络由区域网、近岸网和全球网三部分组成，是目前最大的海底观测网。 中国还启动了大型科学项目，汇集了各学科、各领域、各层次的科技资源，正在东海和南海建设海底科学观测网络。
深潜、深钻、深网，统称为“三深”，是深海科学探索的主力军。 经过近一个世纪的探索，人类极大地扩展了我们对深海的认识。
2. 深海底部的科学发现
人们曾经认为深海永恒的黑暗是一个没有运动和生命的死世界。 在探索的过程中，我们发现深海不仅充满了起伏的地形、水流和生命活动，还充满了难以想象的奥秘。
深海底部的双向运动。 深海热液流体是20世纪海洋科学的重大发现之一，包括高温热液流体和低温热液流体。 1979年，美国载人潜水器“阿尔文”号在东太平洋进行深潜探险时，发现海底有一个2米高的“黑烟囱”，向上冒烟。 原来，这是一种富含金属的热液流体，即深海热液流体，是海水渗入地壳与上升的岩浆接触后形成的。 350的高温热液流体向上喷射，遇到海水的冷却沉淀后，其中所含的硫化物形成“黑烟囱”般的景观。 据推测，深海热液流体是岩浆活动的副产品。 此后，又经过30年的探索，全球已发现500多个活跃的热液喷口，其中一半分布在板块膨胀的洋中脊，一半分布在板块俯冲的火山弧区。 除岩浆活动外，上地幔中的橄榄岩暴露在大洋中脊或俯冲带，与海水的化学反应也会产生热量并引起热液活动。 然而，这种热液流体的温度只有 40 到 90 度，被称为低温热液。 2000年，阿尔文号航空母舰在大西洋中脊附近发现了一个由方解石和其他材料组成的“白色烟囱”。 “白色烟囱”是低温热液流体的产物，可以形成10至60米的尖塔。 比深海热液流体分布更广的是冷渗流，天然气水合物的甲烷出口。 在深海海底高压低温条件下，甲烷很容易被水冰分子包裹，形成天然气水合物（可燃冰）。 然而，水合物在海床上并不稳定，温度和压力的轻微变化都会释放气体并形成冷渗。 热液流体和冷渗将物质从海底输送到海水中，海水自上而下渗透到地壳中，海底板块向下俯冲，在深海海底形成物质和能量交换的双向运动。
地球的第二个生物圈。 热液生物区系也是20世纪海洋科学的重要发现之一。 1977年，在发现“黑烟囱”的两年前，在东太平洋发现了热液生物群。 热液动物包括螃蟹、30厘米长的大白壳、长着红色鳃羽的管状蠕虫，成簇生长，等等。 管状蠕虫没有消化器官，没有嘴和**，靠体内共生硫细菌的化学合成为生。 在海洋深处，没有阳光，没有营养物质，热液生物群的生存是建立在细菌的基础上的。 细菌依靠热液流体的热量和硫化氢的深层来源，通过化学合成产生有机物，以支持管状蠕虫等热液生物的生存。 管状蠕虫吸引以它们为食的软体动物和鱼类，并为微生物提供生存条件。 就这样，形成了深海的“黑暗食物链”。 热液生物群的发现颠覆了生命必须依靠太阳才能生存的基本认识。 1983年，墨西哥湾的深海海底，水温只有4在5号冷喷口发现管状蠕虫簇，伴有成堆的贻贝、虾和海参，形成了类似于热液喷口的“暗食物链”。 深海探索发现，不仅太阳可以通过叶绿素光合作用在氧化环境中产生有机物，还有众所周知的“万物生长在太阳上”的生物圈; 在黑暗的深海海底，还有第二个生物圈，它依靠地球内部的地热能，通过微生物的化学合成，在还原性环境中产生有机物（即缺氧和大量还原性物质的存在，如甲烷、硫化物等）。 这一发现对人们认识和探索生命起源和外星生命产生了重大影响。
深入海底，探索地球内部。 地幔占地球体积的 4 5 和地球质量的 2 3。然而，在地壳之外，没有人见过原位地幔的真面目。 大陆地壳平均厚度约为30 km，洋壳平均厚度仅为7 km左右，深海地壳平均厚度仅为大陆地壳的1 5。 特别是俯冲带的洋中脊和深海沟是地球内部和表面物质和能量交换的通道，也是人类探索地球内部的最佳切入点。 早在60年前，学术界就发起了钻穿地壳、探索地幔的“莫霍工程”，但由于技术和资金要求高，这个计划至今仍是地球科学界未实现的梦想。 近年来，探索海底地球内部的需求和呼声逐年增加。 地球系统科学理论将地球视为一个“影响全身”的完整系统，强调研究地球表面与深部的相互作用，认为地球内部的水、碳循环和地球表面相互联系，储量远远超过地球表面。 相信随着科学研究的深入，从深海探索地球内部将成为科学界的热点，人类对深海和地球的认识将进一步扩大。
3. 深海资源开发
随着全球海洋经济的快速发展，深海资源逐渐成为人类探索的新热点。 深海资源包括海底矿产资源、生物资源和能源。 开发这些资源，对于满足人类需要，促进经济发展具有重要意义。
开发海底油气资源。 石油是最早受到关注的海底资源之一，其经济价值在海洋经济中名列前茅。 世界上70%的主要油气田都位于水深超过1000米的水域。 科学家估计，北冰洋下储存着大量的**和天然气，分别占未开发储量的13%和25%。 目前，我国深海油田勘探开发成绩突出，在应琼盆地建设“深海1号”超深水气田，在珠江口投产“深蓝勘探”智能深水钻井平台，实现深水油气技术的重大突破。
深海金属矿产的开发。 深海金属矿物包括多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物。 多金属结核分布在水下4 000至5 000米的深海平原表面; 富钴结壳层状附着在海山岩石表面，钴含量高达17%；多金属硫化物是分布在深海热液区的块状金属硫化物，包括硫化铅、锌、铜、金、银等。 在深海金属矿床中，锰结核是最早被发现的。 在二十世纪六七十年代，欧美国家向太平洋派出数百次航行，试图开采锰结核。 但是，由于技术条件和环保需要，锰结核尚未得到商业开发。 富钴地壳矿床较浅，经济价值高，储量丰富。 据估计，仅太平洋就含有5000万吨钴，相当于陆地储量的七倍。 然而，附着在岩石上的结壳只有几厘米厚，不容易开采。 相比之下，多金属硫化物最有可能首先进行商业开采。 近年来，随着清洁能源技术的飞速发展，深海金属矿产的开采再次被提上日程，但开采可能带来的环境问题尚未得到解决。 如何实现深海矿藏的绿色开发，已成为海底资源开发利用的重要课题。
图为遥控无人潜水器拍摄的“水下花园”。 新华社.
开发深海生物资源。 近年来，底拖网等过度捕捞作业对深海海底生态系统造成严重破坏。 深海生物资源的开发利用必须改变思维方式，寻找避免过度捕捞的新途径，而应着眼于海洋生物多样性的发展。 世界海洋中大约有 220 万种动物和 10 亿种微生物。 勘探发现，不仅深海沉积物中含有细菌，而且玄武岩甚至地壳中也含有微生物。 这些微生物生活在地下深处的岩石孔隙中，分布极其广泛，构成了地球上最低的“深层生物群”，是地球上最大的生态系统。 这些微生物生活在“可怕的水”条件下，它们的新陈代谢极其缓慢，它们的“寿命”可以用10,000年来计算。 深海生物具有多种“特殊功能”，有的可以适应高温高压，有的可以在低氧环境中茁壮成长，而提供这些特殊功能的基因是无价的，可能会给人类带来新的益处。 可以看出，遗传资源是深海生物资源发展的新方向，相关应用已初具规模，在医药领域潜力突出，在美容保健领域前景广阔。
四、现实挑战与未来展望
近年来，深海技术的不断创新和深海科学的飞速发展，为人类进一步认识和发展海洋创造了条件。 同时，随着深海勘探的扩大，海洋资源的开发和保护也面临着越来越多的挑战。
深海勘探是一项高技术挑战，必须注意防范技术风险。 日本万米级无人深海潜水器“海沟”号曾是世界深海潜水器的领头羊，但2003年因缆绳断裂，在太平洋永远消失了。 2010年，墨西哥湾“深水地平线”钻井平台防喷系统失效，导致油井下沉，造成11人死亡，17人受伤，漏油持续数月，造成海上9900平方公里的巨大油污区，成为极其严重的海上事故。 这些事故提醒人们，深海勘探存在着高技术风险，技术故障造成的事故可能会造成经济、环境甚至生命的损失。 深海神秘而危险，美丽而脆弱，人类对技术安全的关注无足轻重。
当人类探索深海时，他们也需要保护它。 如何在保护海洋生态环境的同时，推动科学研究，实现深海资源的可持续利用，是深海勘探面临的又一挑战。 与陆地相比，深海的时间往往比陆地慢几个数量级，例如，锰结核在数百万年内只生长一厘米，而深海生物群的繁殖周期则以数千年为单位来衡量。 人类排放的污染物一旦进入深海，对生态环境造成破坏，后果比陆地上严重得多，可能带来不可逆转、无法弥补的损失。 当前，深海勘探的首要任务是发展深海科技，不能以“淘金热”的狂热去捕鱼和“掏空”深海，而要通过科技的发展来促进海洋的开发和保护。
事实上，我们仍然是深海面前的小学生。 人类花了几千年的时间才学会利用陆地资源，从采集、捕鱼、狩猎到农业和畜牧业，并发展农业和畜牧业。 同样，人类进入深海也不是一蹴而就的。 目前，深海勘探仅相当于中石器时代人类对陆地资源的开发利用，相当于“采集”和“捕猎”的水平，未来还有很长的路要走。
我国海洋工业取得了一系列突破，形成了一系列里程碑式的成就。 进入新时代以来，我国海洋资源开发保护重大工程扎实推进，海洋重型武器陆续问世，中国第一艘远洋钻井船成功海上航行，海上油气勘探开发达到水深3000米，“蓝鲸一号”在南海成功试冰， 海洋经济向质效益转变取得显著成效，海洋生态安全屏障进一步筑起。中国全面倡导海洋命运共同体理念，深度参与和支持全球海洋治理。 深耕蓝地，打造海洋强国，中国海洋产业正在向海洋深处推进。
*：《求真》2024 04
作者：王品贤，同济大学教授，中国科学院院士。
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