[科普中國]-深海探索——乘坐“深海勇士”號載人潛水器探秘西南印度洋

人類始終不會停止探索的腳步，自從非洲大陸出走時這種執(zhí)著就已經(jīng)根深蒂固。時間的漫長，空間的廣闊，內(nèi)心的豐富，最終成就了哲學、科學與藝術(shù)。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，理論物理和心理學展現(xiàn)了對物質(zhì)與精神世界探究的極致。宇宙的發(fā)展與消亡離我們太遠，雖然這關(guān)乎過去與未來；心理的狀態(tài)和變化太飄忽不定，即使它促成歡樂與傷悲。當我們腳踏實地，遙望遠方時，星空和大海于目力可及處交織：璀璨的星空靜謐如常，大氣層外部的真空可能包含無盡的暗物質(zhì)，一望無際卻無從探知；而神秘的大海澎湃洶涌，雖有重于空氣近一百萬倍的海水將一切阻隔，但載人潛水器仍能帶我們進入這個變幻莫測的水下世界。

世界上最著名的載人潛水器當屬美國伍茲霍爾海洋研究所的“阿爾文”號（圖1左上）。建造于19世紀60年代初，經(jīng)歷過近5000次下潛的洗禮，“阿爾文”號在深海探索史上濃墨重彩。1966年在西班牙南部海岸參與當時世界上幾乎最大的海下搜索行動，尋獲美軍B-52轟炸機丟失在910米海底的氫彈；1977年在太平洋加拉帕戈斯群島附近發(fā)現(xiàn)海底熱液生物群落，證實不依靠太陽提供能量的“深海綠洲”的存在；1986年在加拿大紐芬蘭省以南搭載詹姆斯·卡梅隆12次下潛到約3700米“泰坦尼克號”殘骸處，并利用遙控潛水器進入殘骸內(nèi)部拍攝……至今每年仍下潛150-200次的“阿爾文”號創(chuàng)造了一段又一段的傳奇。

圖1 國外著名大深度作業(yè)型載人潛水器

左上：美國“阿爾文”號；右上：法國“鸚鵡螺”號

左下：日本“深海6500”號；右下：俄羅斯“和平2” 號

（圖片來自圖書Discovering the Deep, 作者Jeffrey A.K.等，2015）

作為深海尖端科技的代表和海洋科學考察的重器，包括我國在內(nèi)的少數(shù)國家擁有潛深達到或超過6000米的作業(yè)型載人潛水器。1984年服役的法國“鸚鵡螺”號（圖1右上）潛深6000米，與儒勒·凡爾納小說《海底兩萬里》中的神奇潛水艇同名；1987年服役的俄羅斯“和平1”號與“和平2”號（圖1右下）潛深均為6000米，2007年完成了人類首次抵達北冰洋海底的壯舉；1989年服役的日本“深海6500”號（圖1左下）潛深6500米，災難電影《日本沉沒》的男主角便是該潛水器的駕駛員；我國的“蛟龍”號（圖2）于2009年研制成功，2012年6月在馬里亞納海溝創(chuàng)造了下潛7062米的中國載人深潛紀錄，也是世界同類作業(yè)型潛水器最大下潛深度紀錄。

圖2 我國首臺載人潛水器——“蛟龍”號（圖片由國家深?；毓芾碇行奶峁?/p>

“蛟龍?zhí)胶！鄙行琛吧詈Ｓ率俊?。繼“蛟龍?zhí)枴敝?，我國第二臺載人潛水器“深海勇士”號（圖3）于2017年研制成功。“深海勇士”號是我國高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）海洋領(lǐng)域“十二五”重大項目“深海潛水器技術(shù)與裝備”支持研制的深海裝備，以實現(xiàn)國產(chǎn)化、降低運行成本、提高可靠性和可維護性為目標研制的一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的4500米級載人潛水器，國產(chǎn)化率達95%?！吧詈Ｓ率俊碧枬撋?500米，長9.3米、寬3米、高4米，空氣中重量約20噸，有效負載220公斤，可載員3名，最大航速2.5節(jié)，巡航航速1.0節(jié)。載人艙為內(nèi)徑2.1米的鈦合金耐壓球殼，設(shè)有一個出入艙口，位于球殼正上方，直徑為480毫米。球殼共有5個觀察窗，正前偏下位置為主觀察窗，透光直徑為200毫米，左右舷各有2個120毫米直徑的副觀察窗。

圖3 我國第二臺載人潛水器——“深海勇士”號（圖片由中國科學院深?？茖W與工程研究所提供）

“深海勇士”號4500米的潛深雖然達不到“蛟龍?zhí)枴钡?000米，但基本覆蓋了我國的大部分海域，以及國際海底區(qū)域礦產(chǎn)資源埋藏的深度。1970年聯(lián)合國大會通過《關(guān)于各國管轄范圍以外海床洋底及其底土的原則宣言》，將國際海底區(qū)域的資源作為全人類共同繼承的財產(chǎn)。1982年《聯(lián)合國海洋法公約》進一步規(guī)定，關(guān)于國際海底區(qū)域內(nèi)的一切權(quán)利屬于全人類，區(qū)域內(nèi)資源的勘探開發(fā)由國際海底管理局代表全人類共同行使，世界各國均可向國際海底管理局提交礦區(qū)申請，批準通過后即可進行海底礦產(chǎn)的勘探和開發(fā)。國際海底區(qū)域的礦產(chǎn)資源主要包括多金屬硫化物、多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和深海稀土等，2011年我國在西南印度洋獲得了1萬平方公里的多金屬硫化物勘探合同區(qū)（圖4），我所在課題組的主要任務正是進行合同區(qū)的勘探和資源評價。

圖4 我國西南印度洋多金屬硫化物勘探合同區(qū)，分為12個勘探區(qū)塊組，共計100個10*10km2的黃色勘探區(qū)塊，總面積10000km2

多金屬硫化物礦床的形成依賴于持續(xù)不斷的海底熱液活動。熱液羽狀流從海底熱液噴口涌出，攜帶大量的物質(zhì)，既有多金屬硫化物，也有熱液硅酸鹽及氫氧化物等，其中多金屬硫化物含有大量金屬元素，例如鐵、銅、鋅、鉛、金和銀等，在一定的地質(zhì)環(huán)境下易形成高品位多金屬硫化物礦床。海底熱液噴發(fā)是整個地球熱循環(huán)重要組成部分，也是了解地球內(nèi)部地質(zhì)活動的重要窗口，噴口附近的生態(tài)圈更是海洋生物學研究的前沿，極有可能是生命起源之地，具有很高的科學研究價值，因此中國科學院深?？茖W與工程研究所組織了歷時121天（2018年11月10日至2019年3月10日）、航行17000余海里的西南印度洋熱液科學考察航次。我有幸成為了“深海勇士”號載人潛水器的第63位乘客，深入海洋內(nèi)部，身臨其境，體驗了一段奇幻的旅程：

滄海輕舟，在海面一陣暈眩，主駕王治強安慰開始下潛就平穩(wěn)了，比在“探索一號”母船上穩(wěn)多了，此時我將信將疑。1月2日上船，1月18日下潛，在船上與主駕有了十多天的深入接觸，其專注、勤奮、熱情、睿智，令人印象深刻。檢查完潛器狀態(tài)，開始注水下潛，果然有種穩(wěn)穩(wěn)的幸福。不會游泳的我，對海洋的了解是道聽途說，什么真光層、溫躍層，諸如此類的專業(yè)詞匯沒有任何具象。下潛時艙內(nèi)關(guān)燈，但仍有各種控制面板的光亮，左舷副駕張康樂在我看來平常比較嚴肅，經(jīng)常若有所思，他讓我在艙外黑暗的情況下遮蔽艙內(nèi)的光線，透過舷窗，有熒光閃亮，翩翩起舞。這些生物在漆黑一片的水下發(fā)光發(fā)亮，也許這就是它們獨特的生存與溝通方式。

從海面下潛到水下2700多米，載人艙承受了巨大的壓力變化，艙內(nèi)的供氧和循環(huán)系統(tǒng)有效維持了氣壓和氧氣濃度，19度的恒溫溫暖如春，只有舷窗底部不斷聚集的水珠告知艙外的溫度已經(jīng)持續(xù)下降，2度低溫的深海海底越來越近。離底200米左右開啟照明系統(tǒng)，只有混雜著微小顆粒物的模糊藍色，離底20米左右，主駕馬上憑借經(jīng)驗判斷出快要著底，右舷的我瞪大眼睛無論如何也看不到將要出現(xiàn)海底的跡象。果不其然，還是需要老司機帶路，前方隱約出現(xiàn)了巨大的煙囪體，類似昆明的石林，但其結(jié)構(gòu)更為復雜，且有富含礦物質(zhì)的流體源源不斷地從煙囪體各個部位的噴口噴涌而出。我們此行的目的就是搭靠在煙囪體上，進行巖石和流體樣品的采集，隨后帶回實驗室進行分析。

圖5 從“深海勇士” 號載人艙內(nèi)拍攝的噴涌350度高溫黑色流體的海底熱液噴口

如果人能承受深海的壓力，站在煙囪體底部，抬頭仰望，肯定更能感受自然的神奇，而我們只能待在載人艙內(nèi)，在煙囪體頂部透過舷窗靜靜地觀察。零浮力的“深海勇士”依靠安裝在前方底部約1米見方的鋼制采樣籃的一角搭靠，這種方式有點不可思議，類似宇航員在零重力下依靠一個支點就可以隨意行動。主駕操作著靈活的機械手龍飛鳳舞，而我正與一個噴涌350度高溫黑色流體的噴口（圖5）對視，我呼吸空氣，他呼吸海水，我消耗氧氣，他淋濾礦物，我的一生只有百年，他可能有千年萬年，只可惜我們沒有賴以溝通的語言。

圖6 并肩而立的三個硫化物煙囪體

單個熱液區(qū)的范圍一般只有方圓百米，從一個煙囪體到另一個煙囪體可能僅僅幾米，但這并不妨礙景色的絕美。潛器在海底“起飛”，航行在高處，像太陽一樣將光明投向海底，目光所及，三個煙囪體并肩而立（圖6）：一個滿身輝黃，正襟而立，一個藍白通體，底部似裙擺蔓延開來，他們的右側(cè)還有一個高度及腰的小煙囪體，整幅畫面如同一家三口牽手同行。通體藍白色的煙囪體又似皚皚雪山，剛好有一條游魚慢悠悠地經(jīng)過，靜謐的海底總是如此優(yōu)雅和從容，令人不忍打擾。

圖7 首次下潛后的澆水儀式

在海底漫游了近5個小時，蜷曲的雙腿酸脹不已，是時候回到船上了。拋掉壓載鐵，獲得正浮力，以40米每分鐘的速度上浮，依然平穩(wěn)。船艉的A架從海面吊起潛器，安放在后甲板的滑軌上，走出載人艙，陽光正好，迎來的是三桶溫水醍醐灌頂（圖7），國際上的慣例據(jù)說是澆冰水，意為已經(jīng)零距離接觸接近零度的海底，我還是被優(yōu)待了。

海洋和天空，都有著令人神往的藍色，我們對世界還知之甚少，雖然窮一生只能窺之寥寥，能做到的唯有生命不息，探索不止。