走！乘坐“深海勇士”號，探秘深海冷泉

包括青島海地所在內(nèi)的4家涉海單位聯(lián)合發(fā)起“中國海域冷泉深潛調(diào)查研究計(jì)劃”，首批次冷泉載人深潛任務(wù)由此開始——

乘坐“深海勇士”號，探秘深海冷泉

深海是地球上未被探索的最后疆域，相對于宇宙外太空，深海素有“內(nèi)太空”之譽(yù)。深海之中，是神秘且瑰麗的世界，特別是存在著冷泉、熱液、深淵等極端環(huán)境，孕育著豐富的油氣、礦產(chǎn)和基因資源，不斷喚起人類探索的興趣和勇氣。

2023年6月，基于對深海冷泉研究的共同熱愛，上海海洋大學(xué)、自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所（簡稱“海地所”）、中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所（簡稱“深海所”）和自然資源部第三海洋研究所（簡稱“海洋三所”）的冷泉科技工作者相聚青島，在海地所舉行了一場學(xué)術(shù)研討會。會上，這4家單位的“冷泉科學(xué)家”一致決定聯(lián)合開展“中國海域冷泉深潛調(diào)查研究計(jì)劃”。

該計(jì)劃的第一階段目標(biāo)是：利用5年時(shí)間，使用水下潛器等裝備，對我國海域的代表性冷泉及其伴生的礦產(chǎn)資源、基因資源等進(jìn)行深入調(diào)查并開展系統(tǒng)研究，促進(jìn)我國深海冷泉科學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，支撐國家深海礦產(chǎn)資源開發(fā)。

于是，在去年12月，他們實(shí)施并完成了首批次冷泉載人深潛任務(wù)。

下潛1400米

在海底沉積界面（海底沉積物與海水交界面）之下，富含甲烷等主要成分的流體以噴涌或滲漏的方式從海底溢出，形成了深海冷泉。海底冷泉是典型的深海極端環(huán)境，既孕育著獨(dú)特的生物群落，又產(chǎn)生了豐富的天然氣水合物（可燃冰）資源，目前已成為世界深海探測的前沿領(lǐng)域。

如果有人問，目前我國海域共有多少個(gè)冷泉？坦白說，這個(gè)問題還無法確切回答。這是因?yàn)槲覈槍淙壬詈O端環(huán)境的調(diào)查研究還處于起步發(fā)展階段，尚未摸清管轄海域冷泉“家底”。但近年來，隨著深海探測技術(shù)的突飛猛進(jìn)，我國發(fā)展步伐明顯加快，極具代表性的是2015年在南海海底發(fā)現(xiàn)了“海馬冷泉”，這是目前我國發(fā)現(xiàn)的最大的冷泉系統(tǒng)，為深入開展冷泉調(diào)查研究提供了一個(gè)前沿陣地。

“中國海域冷泉調(diào)查研究計(jì)劃”的載人深潛第一站就選在“海馬冷泉”。去年12月的一天，作為深潛科學(xué)家之一的海地所副研究員曹紅登上深海所“探索二號”科考船，來到“海馬冷泉”海域，準(zhǔn)備乘坐“深海勇士”號載人潛水器（HOV）下潛。近十年來，曹紅所在團(tuán)隊(duì)在我國海域累計(jì)發(fā)現(xiàn)聲學(xué)氣泡羽流（這是存在深海冷泉的重要標(biāo)志）數(shù)量兩百余個(gè)，并通過可視化有纜潛水器（ROV）證實(shí)冷泉10余個(gè)，是我國發(fā)現(xiàn)冷泉數(shù)量最多的團(tuán)隊(duì)。當(dāng)然，該團(tuán)隊(duì)此前主要利用ROV、無人無纜潛水器（AUV）等手段對冷泉開展調(diào)查，乘坐HOV親臨海底，進(jìn)行最為逼真的現(xiàn)場調(diào)查、取樣以及實(shí)驗(yàn)，這還是第一次。

曹紅準(zhǔn)備進(jìn)入“深海勇士”號

因?yàn)槭鞘状蜗聺?，而且要在潛水器里?個(gè)小時(shí)，曹紅還是有一些緊張。但她對海洋地質(zhì)事業(yè)懷揣熱愛，并且在下潛前的培訓(xùn)中已經(jīng)了解到，一同下潛的主駕駛王碩已經(jīng)駕駛“深海勇士”號下潛過80多次，副駕駛徐立達(dá)也已下潛過約30次，這給了她探索深海的勇氣。

上午8時(shí)許，王碩、徐立達(dá)、曹紅鉆進(jìn)“深海勇士”號載人艙，開始下潛。工作人員先用“探索二號”船上的A架將“深海勇士”號吊放進(jìn)海里，然后由蛙人乘坐橡皮艇登上“深海勇士”號解開A架的掛鉤。“深潛器脫鉤跌落水中的那幾分鐘著實(shí)讓人不舒服，但下潛到幾十米后就穩(wěn)定了。”透過舷窗看著湛藍(lán)無比的大海，觀察著海里的一些藻類、蝦類，曹紅很快忘記了緊張，取而代之的是興奮，她渴望快點(diǎn)到達(dá)海底一探究竟。

通過“深海勇士”號監(jiān)視屏幕，曹紅看到潛水器的下潛速度是36米/分，所以只花了約5分鐘，潛水器就下潛到200米。200米到1000米這個(gè)水層被稱為“暮色帶”，因?yàn)榇┩傅竭@一層的光線已相當(dāng)昏暗，已沒有地球生物能進(jìn)行光合作用。這時(shí)，駕駛員打開了潛水器的照明燈，于是周圍漆黑的海洋又亮了起來，曹紅得以繼續(xù)觀察海洋生物。

大約40分鐘后，“深海勇士”號接近海底，停止下潛。曹紅看了下深度，接近1400米。在近海底，“深海勇士”號以每秒0.5米到1米的速度從冷泉邊緣區(qū)向核心區(qū)前行，曹紅的注意力也開始轉(zhuǎn)移到調(diào)查研究“海馬冷泉”之中。

徐翠玲（左）乘坐“深海勇士”號深潛

同樣的經(jīng)歷，在另一個(gè)深潛航次里，也被深潛科學(xué)家、海地所副研究員徐翠玲體會到了。不過，在遇到“暮色帶”的時(shí)候，由于當(dāng)時(shí)的深潛任務(wù)相對較多，為了省電，潛水器的照明燈并沒有打開。因?yàn)楹Ｑ笠黄岷?，為了緩解緊張情緒，徐翠玲在下潛時(shí)一直寫樣品標(biāo)簽紙，一直寫了幾百枚，這倒為后續(xù)的樣品處理和保存工作節(jié)省了一點(diǎn)時(shí)間，可以盡快把取回來的樣品保存起來。

當(dāng)“深海勇士”號接近1400米的海底，停止下潛、打開燈光時(shí)，徐翠玲立刻湊到舷窗邊，她看到了比手掌大但已死亡的白瓜貝密密麻麻地覆蓋在海底，這時(shí)駕駛員像導(dǎo)游似的開始介紹，“這一片是白瓜貝的墳場，我們再往前開，可以看到活著的貽貝群……”如此歡快的氣氛讓她不自覺地放松了下來。

探索海馬冷泉

其實(shí)，中國海洋大學(xué)博士李萌在去年11月底就登上了“探索二號”科考船。近年來，海地所聯(lián)合中國海洋大學(xué)等單位研發(fā)了系列深海探測裝備，達(dá)到國際先進(jìn)水平，獲得了2022年度海洋工程科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)。李萌提前登上科考船的目的，就是將前期研發(fā)的甲烷和二氧化碳傳感器（用于冷泉流體成分的原位測試）和雙目相機(jī)（用于海底三維形貌精細(xì)刻畫）進(jìn)行調(diào)試，并安裝在“深海勇士”號上，通過深潛來驗(yàn)證這些裝備的性能，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

李萌安裝甲烷、二氧化碳傳感器等裝備并與“深海勇士”號合影

所以，在曹紅、徐翠玲深潛時(shí)，“深海勇士”號上已經(jīng)搭載了常規(guī)的取水、取沉積物以及自主研發(fā)的甲烷傳感器等裝備。在近海底前行了約一個(gè)小時(shí)，一個(gè)冷泉噴口開始出現(xiàn)?！爸灰姼缓淄榈戎饕煞值牧黧w不斷從海底往上噴發(fā)，產(chǎn)生了大量氣泡，形成了幾十米的氣泡羽流，我一下子就想到了電視劇《西游記》中的龍宮。”靠近冷泉噴口，曹紅被這種壯觀的景象深深吸引。

不過，僅僅隔了兩天時(shí)間，當(dāng)徐翠玲來到這個(gè)冷泉噴口時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)已沒有多少氣泡。“這鮮明地體現(xiàn)出冷泉具有易變性，一些冷泉可能僅僅過了幾個(gè)小時(shí)就不再‘噴發(fā)’，但過了幾天或幾個(gè)月時(shí)間又‘復(fù)噴’?！睘榱搜芯坷淙黧w到底能在海水中飄多遠(yuǎn)，徐翠玲對冷泉噴口處的海水進(jìn)行了分層取樣，并利用甲烷傳感器等裝備對冷泉流體成分進(jìn)行了測試，以待后續(xù)進(jìn)一步研究。

與徐翠玲不同，曹紅并沒有把精力過多放在冷泉流體上，因?yàn)檠芯坷淙壬詈O端環(huán)境的礦物巖石才是她的興趣。在冷泉噴口到處觀察時(shí)，她很快注意到海底裸露的白色天然氣水合物。以往的研究證明，與冷泉活動(dòng)有關(guān)的淺表層天然氣水合物分布廣泛，在有限區(qū)域內(nèi)可以高度富集，例如墨西哥灣地區(qū)的淺表層天然氣水合物可達(dá)5-6米，具有可觀的資源價(jià)值。實(shí)際上，深海冷泉之所以備受社會關(guān)注，一個(gè)重要的原因就是存在這種特殊的優(yōu)質(zhì)清潔能源。

“深海勇士”號搭載自主研發(fā)的甲烷、二氧化碳傳感器和雙目相機(jī)開展冷泉區(qū)流體成分原位測試以及三維形貌精細(xì)刻畫。圖中除了儀器設(shè)備，還可以看到冷泉?dú)馀萦鹆骱秃５椎馁O貝群。

“在冷泉噴口區(qū)對沉積物和生物等進(jìn)行取樣后，我當(dāng)時(shí)有一個(gè)遺憾，就是沒有發(fā)現(xiàn)和獲取冷泉活動(dòng)的主要產(chǎn)物——冷泉碳酸鹽巖。冷泉碳酸鹽巖的形成，一般需要?dú)v經(jīng)上百年、上千年的沉淀，在古冷泉（活躍時(shí)間比較長的冷泉，但目前處于休眠或停止噴發(fā)狀態(tài)）發(fā)現(xiàn)的幾率更大一些?！庇谑?，曹紅提出了自己的需求，王碩、徐立達(dá)就駕駛潛水器去尋找?！爱?dāng)時(shí)已12點(diǎn)多，大家午飯也顧不上了，駕駛員不斷跟船上的工作人員確定古冷泉的坐標(biāo)，最終在1個(gè)多小時(shí)后找到了一處古冷泉，獲得了碳酸鹽巖樣品?！?/p>

在完全黑暗、低溫高壓的深海海底，先后下潛的曹紅、徐翠玲除了分別關(guān)注冷泉礦物巖石、冷泉流體之外，還在冷泉區(qū)看到和獲取了貽貝、海螺等冷泉生物，這些具有獨(dú)特生理結(jié)構(gòu)和代謝機(jī)制的生物，隨著冷泉活動(dòng)的變化而興盛、衰亡，在荒蕪的海底形成了一片“深海綠洲”，顛覆了人類對“萬物生長靠太陽”的傳統(tǒng)認(rèn)知。當(dāng)前，國際主流觀點(diǎn)認(rèn)為，熱液、冷泉等深海極端環(huán)境很可能就是生命起源的初始地。所以對深海冷泉開展系統(tǒng)研究，不僅是因?yàn)榇嬖谔烊粴馑衔镞@種深海礦產(chǎn)資源，而且關(guān)乎生命起源、生命極限等系列重要科學(xué)問題的解決，對深海生物資源開發(fā)利用，例如海洋藥物與生物制品研發(fā)，都具有重大價(jià)值。

打造自家“后花園”

按照慣例，“深海勇士”號每天上午8點(diǎn)50分下水，下午約5點(diǎn)浮出水面。這是“深海勇士”號團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)好的時(shí)間，在確保電池續(xù)航安全的前提下，讓深潛人員盡可能做滿8小時(shí)水下作業(yè)時(shí)長，并且也可以趕上船上的早餐和晚餐。不過，曹紅下潛的那個(gè)航次，因?yàn)閾?dān)心海況不好，提前了約1小時(shí)，所以下午4點(diǎn)就浮出了水面?；氐娇瓶即虾?，曹紅、徐翠玲等工作人員旋即開始對樣品進(jìn)行處理和保存。另外一邊，等待深海探測裝備上岸的李萌，則著手導(dǎo)出測試數(shù)據(jù)，查看自主研發(fā)裝備的性能。

“我們研發(fā)的甲烷、二氧化碳傳感器等裝備，通過搭載‘深海勇士’號載人潛水器，以及搭載科考船上的溫鹽深儀器進(jìn)行了試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了裝備的先進(jìn)性。”李萌舉例說，在保證測量精度的前提下，國外同類商業(yè)化二氧化碳傳感器的響應(yīng)時(shí)間需要3-5分鐘，而國產(chǎn)自主研發(fā)的二氧化碳傳感器只需要幾秒鐘，“這在深海極端環(huán)境探測中，意義巨大。比如要得到不同深度海水中的溶解二氧化碳濃度，如果讓潛水器或其他平臺靜止不動(dòng)地測五分鐘，是有難度且容易產(chǎn)生誤差的，而如果只需幾秒鐘就可以準(zhǔn)確測出，那就太方便了?！?/p>

在冷泉附近拍攝的深海魚

曹紅、徐翠玲之外，“深海勇士”號還開展了5個(gè)航次。也就是說，首批次冷泉載人深潛任務(wù)共執(zhí)行了7個(gè)航次。在上海海洋大學(xué)、深海所科研人員深潛時(shí)，他們自主研發(fā)的多個(gè)裝備也進(jìn)行了驗(yàn)證。例如，深潛期間，上海海洋大學(xué)自主研發(fā)的全海深原位培養(yǎng)與取樣裝置開展了測試工作，完成了國內(nèi)首個(gè)冷泉環(huán)境耗氧通量的觀測實(shí)驗(yàn)，以此評估冷泉中甲烷被周圍生物的消耗量及環(huán)境效應(yīng)，填補(bǔ)了國內(nèi)海底冷泉環(huán)境耗氧通量評估研究的空白。

回頭來看，國際上第一次發(fā)現(xiàn)冷泉，是在1983年的墨西哥灣的佛羅里達(dá)陡崖深海海底，至今已有40余年。我國冷泉研究始于2002年，至今也有20余年。但由于隔著巨厚的水層，深海探測的過程困難重重，人類對冷泉甚至深海的探索仍然非常有限。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類已探索的深海區(qū)域僅占整個(gè)深海面積的5%，可以說，人類對深海的了解程度還比不上對月球表面的認(rèn)知，所以科學(xué)家都深知深海探測裝備的重要性。我國先后研發(fā)出“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮斗者”號載人潛水器，各海洋單位紛紛研發(fā)甲烷傳感器等國產(chǎn)深海探測裝備，不斷向深海進(jìn)軍。

正是有了這些基礎(chǔ)，“中國海域冷泉深潛調(diào)查研究計(jì)劃”才得以進(jìn)行。2023年，當(dāng)上海海洋大學(xué)教授馮東跟海地所研究員孫治雷商議在深?！白鳇c(diǎn)事情”時(shí)，孫治雷的腦海中立刻想起了“深潛”、“冷泉”這倆關(guān)鍵詞。多年來，孫治雷帶領(lǐng)曹紅、徐翠玲等團(tuán)隊(duì)成員深耕冷泉、熱液等深海極端環(huán)境，與馮東團(tuán)隊(duì)一樣，熱衷深海冷泉研究。不過，他們都沒有載人潛水器，于是邀請深海所研究員李季偉加入，從而可以使用深海所的“深海勇士”號。之后，海洋三所研究員尹希杰因?yàn)楹Ｑ笕谏詈５刭|(zhì)樣品檢測方面的優(yōu)勢，加入這個(gè)團(tuán)隊(duì)。

事實(shí)上，馮東、孫治雷、李季偉、尹希杰曾在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所一起讀過書，都是同學(xué)。馮東的導(dǎo)師是陳多福教授，作為將“冷泉”概念引入中國的第一人，陳多福教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展的相關(guān)工作，奠定了我國深海冷泉研究基礎(chǔ)；孫治雷、李季偉、尹希杰的導(dǎo)師是周懷陽教授，在我國還沒有研發(fā)出載人潛水器之前，周懷陽就曾作為中方首席科學(xué)家，策劃、組織和領(lǐng)導(dǎo)了首次中美聯(lián)合深潛科學(xué)航次，幫助完善了我國載人潛水器的工程體系設(shè)計(jì)，推動(dòng)了我國深海熱液的研究。

冷泉區(qū)貽貝群

“其實(shí)，陳多福教授也是我們的老師。我們四個(gè)人畢業(yè)之后，仍然聚焦深海極端環(huán)境，相當(dāng)于把冷泉、熱液研究傳承了下來，所以能夠在‘中國海域冷泉調(diào)查研究計(jì)劃’上一拍即合。”將近20年了，孫治雷仍然清晰記得老師們曾跟他描述過美國人怎么搞深海極端環(huán)境研究，“他們的駕駛員和科學(xué)家進(jìn)入深海熱液區(qū)，就像走到自己家的街道一樣熟悉，他們在熱液噴口布置了很多裝備開展探測試驗(yàn)，就像管理自己家的后花園?！焙髞恚覈辛俗约旱妮d人潛水器，從那時(shí)起，孫治雷也有一個(gè)夢想，就是圍繞熱液或者冷泉，打造自家的“后花園”。

而要做到這一點(diǎn)，首先要摸清這些深海極端環(huán)境在哪里，繼而利用深海探測裝備，較長周期探測且分門別類地進(jìn)行研究?！爸袊Ｓ蚶淙顫撜{(diào)查研究計(jì)劃”就是要圍繞深海冷泉做這些事。這群“冷泉科學(xué)家”相信，我國深海冷泉調(diào)查研究盡管起步比國際稍晚，但近年來在深?？茖W(xué)基礎(chǔ)理論研究、深海技術(shù)裝備研發(fā)等方面都趕了上來。對人類而言，深海進(jìn)入、深海探測、深海開發(fā)的大幕剛剛拉開，探秘深海冷泉，我們的機(jī)會無限。（青島日報(bào)/觀海新聞?dòng)浾?李勛祥）