叩問地球深層的探索
——大洋科學(xué)考察船

撰文/孫潔

叩問地球深層的探索
——大洋科學(xué)考察船

撰文/孫潔

「“挑戰(zhàn)者”號(hào)科學(xué)考察船開創(chuàng)了一種有系統(tǒng)有目標(biāo)的近代海洋科學(xué)考察方式，為地球科學(xué)帶來了一場(chǎng)革命。」

“挑戰(zhàn)者”號(hào)是一艘典型的三桅蒸汽動(dòng)力帆船，船長(zhǎng)68.9米，船載量2300噸級(jí)，由皇家海軍軍艦改裝而成。在愛丁堡大學(xué)的查爾斯·湯姆森的提請(qǐng)下，倫敦皇家學(xué)會(huì)從英國(guó)皇家海軍那里獲得了“挑戰(zhàn)者”號(hào)的使用權(quán)。并于1872年進(jìn)行了對(duì)船只的改造，目的是使“挑戰(zhàn)者”號(hào)更適用于科學(xué)考察工作。完成改造后的“挑戰(zhàn)者”號(hào)，擁有獨(dú)立的自然和化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。這為接下去的科考活動(dòng)以及后來所取得的成果，打下了良好的基礎(chǔ)。

有系統(tǒng)、有目標(biāo)的近代海洋科學(xué)考察，是由“挑戰(zhàn)者”號(hào)科學(xué)考察船創(chuàng)始的。1872—1876年間，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)組織了第一次環(huán)球海洋考察活動(dòng)。這次科考活動(dòng)總共歷時(shí)3年5個(gè)月，考察范圍包括大西洋、太平洋和印度洋。1872年12月21日，由喬治·奈爾斯指揮的“挑戰(zhàn)者”號(hào)載著243名船員、6位科學(xué)家，從英國(guó)的樸茨茅斯啟程，開始了長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)球海洋考察活動(dòng)。查爾斯·湯姆森親自負(fù)責(zé)科學(xué)監(jiān)督，“挑戰(zhàn)者”號(hào)為進(jìn)行測(cè)量和探索總共航行了127584千米。

在這次考察活動(dòng)中，科學(xué)家首次使用顛倒溫度計(jì)測(cè)量了海洋深層水溫及其季節(jié)變化；測(cè)得了調(diào)查區(qū)域的地磁和水深情況；采集了大量海洋動(dòng)植物標(biāo)本和海水、海底底質(zhì)樣品，驗(yàn)證了海水主要成分比值的恒定性原則，編制了第一幅世界大洋沉積物分布圖等等。

經(jīng)過1606天不間斷的考察，713天的海上航行，“挑戰(zhàn)者”號(hào)于1876年5月24日回到了漢普郡的斯彼特海德海峽。在它長(zhǎng)達(dá)127584千米的旅程中,一共進(jìn)行了492次深海探通、133次海底挖掘、151次開闊水面拖網(wǎng)以及263次連續(xù)的水溫測(cè)定，并發(fā)現(xiàn)了約4717種海洋新物種。

這次科學(xué)考察的成果被收入50卷計(jì)2.95萬頁的《1873—1876年間英國(guó)艦隊(duì)挑戰(zhàn)者號(hào)進(jìn)行探索性航海科學(xué)結(jié)論的報(bào)告》。負(fù)責(zé)管理這次出版發(fā)行的海洋學(xué)家約翰·默里，把這份報(bào)告描述為“自十五、十六世紀(jì)的著名發(fā)現(xiàn)后，對(duì)我們星球的了解上最偉大的進(jìn)步”。即使到了現(xiàn)在，“挑戰(zhàn)者”號(hào)那次科學(xué)考察的成果仍被英國(guó)各地的多個(gè)海洋協(xié)會(huì)所保存。

“挑戰(zhàn)者”號(hào)的科學(xué)考察成果極大地豐富了人們對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)，為海洋物理學(xué)、海洋化學(xué)、海洋生物學(xué)和海洋地質(zhì)學(xué)的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。此后，德國(guó)、俄國(guó)、挪威、美國(guó)等許多國(guó)家，都相繼派遣了各自的調(diào)查船進(jìn)行環(huán)球或區(qū)域性海洋探索性航行調(diào)查。

「“決心”號(hào)這名字是為了紀(jì)念，這是一艘兼具著海洋考察的探索精神，以及冒險(xiǎn)精神的科學(xué)考察船?！?/p>

“決心”號(hào)是大洋鉆探計(jì)劃以及綜合大洋鉆探計(jì)劃中所使用的一艘鉆探船。是美國(guó)Sedco公司和英國(guó)石油公司所屬的一艘商用石油勘探船，經(jīng)過改裝后供大洋鉆探計(jì)劃使用。“決心”號(hào)的全稱是“喬迪斯·決心”號(hào)，名稱中的“喬迪斯”指的是“地球深部取樣海洋研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合體”，簡(jiǎn)稱為“JOIDES”；“決心”是為了紀(jì)念18世紀(jì)英國(guó)著名探險(xiǎn)家詹姆斯·庫克。

“決心”號(hào)鉆探船的總排水量為9050噸，船身長(zhǎng)為143米，寬為21米，鉆塔高達(dá)61.5米，能操作9150米鉆桿柱，其鉆探能力為9150米，鉆探最大水深8235米，海底下最大鉆探深度為4000米左右。與之前的“挑戰(zhàn)者”號(hào)相比，“決心號(hào)”的功率更大，穩(wěn)定性更好，鉆進(jìn)深度更深。船上裝備有12個(gè)用于動(dòng)力定位的強(qiáng)勁推進(jìn)器和提升能力達(dá)400噸的世界上最大的升降補(bǔ)償裝置。除此之外，“決心”號(hào)還擁有1400平方米的7層實(shí)驗(yàn)室，可供沉積學(xué)、巖石學(xué)、古生物學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)等方面的分析研究。

“決心”號(hào)從1985年開始成為大洋鉆探計(jì)劃專屬鉆探船，到2003年9月共實(shí)施了111個(gè)航次的調(diào)查，行程355781海里，可以說足跡遍布全球各大洋。它在669個(gè)站位鉆了1797個(gè)鉆孔，取心總數(shù)為35772個(gè)。2004年，大洋鉆探計(jì)劃為綜合大洋鉆探計(jì)劃所取代，而“決心”號(hào)則繼續(xù)為綜合大洋鉆探計(jì)劃服役。

「“地球”號(hào)是世界上最大的探測(cè)船，目前它正在向地殼最薄處發(fā)出沖擊?！?/p>

“地球”號(hào)是由日本三菱重工業(yè)公司建造的，從船體制造到設(shè)備搭載完畢總共耗時(shí)5年之久，全長(zhǎng)210米，寬38米，重達(dá)5.7萬噸。它是目前世界上最大噸位的海洋探測(cè)船，船上配有最先進(jìn)的航行控制系統(tǒng)和航海圖，以及6個(gè)旋轉(zhuǎn)式深海鉆探推進(jìn)器，這些鉆探器均由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)控制。

此外，“地球”號(hào)還架起了世界上最高的船上鉆井架，高出海平面121米。如果將那些用特殊材料制作的鋼管銜接后送入地下，最深可到達(dá)9500米處，而鉆探產(chǎn)生的巖石、泥土等物質(zhì)也將通過這個(gè)管子輸送到船上。這也就是說，假如“地球”號(hào)停泊在水深2500米的海上進(jìn)行深海鉆探作業(yè)的話，它還能從海底再下7000米，直達(dá)地幔層！

由于機(jī)器設(shè)備現(xiàn)代化，“地球”號(hào)被稱為“海上宇宙中心”。當(dāng)然越先進(jìn)的設(shè)備就意味著越費(fèi)錢，“地球”號(hào)鉆透地殼到達(dá)地幔需耗時(shí)一年，而鉆探費(fèi)用將高達(dá)6、7億人民幣。

裝備豪華的“地球”號(hào)目前主要任務(wù)有兩個(gè)：一個(gè)是在海洋地殼和上地幔之間尋找細(xì)菌，地幔的巖石與海水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生了生命存在的必需化合物，也許那里能發(fā)現(xiàn)存在著的未知生命，從而找到生命起源的證據(jù)；另一個(gè)任務(wù)是取回地幔的樣本，這些從“地震巢”取回的沉積物和巖心，將有助于地質(zhì)學(xué)者更有效地去研究引發(fā)地震的機(jī)制，從而做出更加準(zhǔn)確的地震預(yù)報(bào)。

從最開始的“挑戰(zhàn)者”號(hào)的革命性考察，到“決心”號(hào)的足跡遍布全球，以及“地球”號(hào)叩問地球深層的探索，人類對(duì)于大洋的認(rèn)識(shí)正走向一個(gè)新的歷程。