人類未來(lái)能源的“供應(yīng)基地”

□ 文/中國(guó)海洋研究委員會(huì)主席、著名海洋地質(zhì)學(xué)家、中科院院士 汪品先

在數(shù)千米深海海底以及其下地層數(shù)百米的深處，有一個(gè)神秘的“黑暗生物圈”，“圈里”的生物新陳代謝極端緩慢，有的甚至已經(jīng)活了幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)年。它們?cè)谏锛夹g(shù)上的價(jià)值不可估量。同時(shí)，深海大洋還蘊(yùn)藏著十分豐富的能源資源，將成為人類未來(lái)能源的“供應(yīng)基地”。

時(shí)代召喚：中國(guó)應(yīng)走向深海大洋

近半個(gè)世紀(jì)前，學(xué)術(shù)界前輩提出“上天、入地、下海”，指出了我國(guó)地球科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的方向。到如今，不僅衛(wèi)星游弋、飛船載人，而且正在積極作探月準(zhǔn)備；大洋鉆探、大陸鉆探先后在我國(guó)實(shí)現(xiàn)；海底深潛也已經(jīng)指日可待。與半個(gè)世紀(jì)前相比，我國(guó)科學(xué)界對(duì)地球的觀測(cè)能力已經(jīng)不可同日而語(yǔ)。

然而，假如將我國(guó)海洋、固體地球和大氣的研究比作地球科學(xué)中海陸空三軍的話，那“海軍”就是三者中的弱勢(shì)；其中面向深海大洋的研究，又屬“弱”中之“弱”。而這與當(dāng)今世界的走向大相徑庭。一方面，近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，世界地球科學(xué)的突破點(diǎn)，主要在于深海研究；另一方面，1994年國(guó)際海洋法公約生效以后，對(duì)專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)以外深海大洋的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。美國(guó)正在討論要將海洋投入增加一倍，日本建造了比美國(guó)大三四倍的大洋鉆探船，相互攀比在海上爭(zhēng)雄；亞洲國(guó)家如韓國(guó)也提出“海洋開(kāi)發(fā)的全球化與信息化”的目標(biāo)，走向國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

中國(guó)擁有世界上最大的地球科學(xué)研究隊(duì)伍之一，但長(zhǎng)期以來(lái)缺乏深海大洋研究的力量。因此，深海研究在學(xué)術(shù)上已經(jīng)成為制約我國(guó)地球科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的“瓶頸”，在應(yīng)用上也難以適應(yīng)國(guó)際海上權(quán)益與資源之爭(zhēng)的形勢(shì)。目前無(wú)論從國(guó)家需求或者從我國(guó)實(shí)力出發(fā)，都到了“沖出亞洲，走向深?！钡臅r(shí)候；重新考慮我國(guó)在國(guó)際地球科學(xué)中的定位，已經(jīng)迫在眉睫。

深海海底：不為人知的“黑暗生物圈”

一部科學(xué)史，其實(shí)也就是人類視野不斷拓寬的歷史。人類文明從大陸萌發(fā)，始終以地面作為基本的活動(dòng)平臺(tái)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盡管“入地”的能力還遠(yuǎn)不如“上天”，卻已經(jīng)能夠穿過(guò)水層，探索深海洋底的秘密。

在太空中，地球是目前已知唯一呈藍(lán)色的行星，水是地球最大的特點(diǎn)，也是地球上生命發(fā)育的基本條件。但是水又是阻撓人類認(rèn)識(shí)地球的最大障礙：地球表面13億多立方公里的水，如果鋪平了，能覆蓋整個(gè)地球兩千多米厚。好在97%的水都集中在海洋里，可是平均水深3800米的海洋又占地球表面71%。幾千年來(lái)，人類社會(huì)在大陸上生生息息，把遠(yuǎn)離自己的海洋留給神話世界，何時(shí)才能透過(guò)幾千米的水深看到大洋的“真面目”？

近半個(gè)世紀(jì)之前，深海測(cè)量技術(shù)發(fā)現(xiàn)深海洋底也有高山峻嶺，全世界有8萬(wàn)公里長(zhǎng)的山脊蜿蜒在各個(gè)大洋，而大西洋的中脊恰好與非洲和南美的岸線平行，此時(shí)人們才恍然大悟，原來(lái)大陸和大洋的巖石圈是分成若干“板塊”的整體。陸地和海底的山脈，都是板塊移動(dòng)的產(chǎn)物，無(wú)論走向、位置都有它的道理。

同樣，沐浴在陽(yáng)光下的人們，看慣了飛禽走獸、樹(shù)木花草，決不會(huì)對(duì)“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”產(chǎn)生懷疑。是深海海底“黑暗生物圈”的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)辟了新的視野。上世紀(jì)70年代末，Alvin號(hào)深潛器在東太平洋發(fā)現(xiàn)了近百度的高溫，原來(lái)有“黑煙”狀的含硫化物熱液從海底噴出，冷卻后形成“黑煙囪”聳立海底。更為有趣的是，在熱液區(qū)生活著大量的動(dòng)物群，說(shuō)明地球上不僅有在常溫和有光的環(huán)境下通過(guò)光合作用生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)的“有光食物鏈”，還存在著依靠地球內(nèi)源能量即地?zé)嶂С?，在深海黑暗和高溫的環(huán)境下，通過(guò)化合作用生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)的“黑暗食物鏈”?，F(xiàn)在，這類熱液生物群在各大洋發(fā)現(xiàn)的地點(diǎn)已經(jīng)數(shù)以百計(jì)，離我們最近的就在沖繩海槽。

黑暗食物鏈的基礎(chǔ)，是在還原條件下進(jìn)行化合作用制造有機(jī)質(zhì)的原核生物，包括細(xì)菌與古菌，推測(cè)與生命起源時(shí)的生物群相近。不只是海底，近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)在數(shù)千米深海海底下面地層數(shù)百米的深處，還有微生物在地層的極端條件下生存，這種“深部生物圈”雖然都由微小的原核生物組成，卻有極大的數(shù)量，有人估計(jì)其生物量相當(dāng)全球地表生物總量的1/10。可以說(shuō)，海底生物，具有不可估量的技術(shù)價(jià)值。

大洋鉆探：揭開(kāi)地球環(huán)境的“歷史檔案”

為了解自己生存環(huán)境的變化，人類對(duì)地球的視野不但要在空間上拓寬，也需要在時(shí)間上擴(kuò)展。當(dāng)前人類正經(jīng)歷著一個(gè)環(huán)境高速變化期，未來(lái)演變方向的正確預(yù)測(cè)將涉及子孫后代的命運(yùn)。可惜有生命的行星，至今只知道一個(gè)地球，缺乏橫向比較的機(jī)會(huì)。因此，預(yù)測(cè)未來(lái)只能從縱向比較中去尋找類比，就像我們從社會(huì)歷史中吸取經(jīng)驗(yàn)一樣。地球的環(huán)境演變，在不同場(chǎng)合留下了各種各樣的“歷史檔案”，唯獨(dú)在深海沉積中留下的最為連續(xù)、最為全面。

世界各國(guó)都在著手大洋鉆探。2008年10月，新的國(guó)際“綜合大洋鉆探計(jì)劃”(IODP)正式開(kāi)始，而且規(guī)模空前：年度預(yù)算將高達(dá)1.6億美元，是原來(lái)3-4倍。日本政府斥資6億美元建造57，000噸的“立管鉆探船”，美國(guó)也將重建鉆探船，歐洲力爭(zhēng)成為新計(jì)劃的“第三條腿”，我國(guó)也已作為參與成員的身份加入。IODP的10年計(jì)劃（2003-2013）要進(jìn)一步鉆探天然氣水合物區(qū)，查明其分布和成因；進(jìn)一步鉆探“深部生物圈”，揭示可能占全球微生物總量2/3的海底地下世界；進(jìn)一步鉆探深海熱液區(qū)，探索“洋底下的海洋”。日本“立管鉆探船”打破了原來(lái)大洋鉆探的進(jìn)尺深度限制和含油氣區(qū)的禁忌，將要追索太平洋的震源帶，甚至鉆進(jìn)地殼深部，直至打穿地殼，實(shí)現(xiàn)科學(xué)界夢(mèng)寐以求的理想。

深海資源：世界未來(lái)的能源“寶藏”

當(dāng)前，全球深海石油資源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未開(kāi)發(fā)，甚至說(shuō)還沒(méi)完全弄清楚?，F(xiàn)在我國(guó)南海已經(jīng)找到了深海石油。世界上有幾個(gè)大的深海油區(qū)，如北海就是一個(gè)非常富的深海油區(qū)，英國(guó)、挪威、墨西哥灣也都發(fā)現(xiàn)了很大深海油區(qū)。預(yù)計(jì)未來(lái)40%的石油資源將來(lái)自于深海。當(dāng)然，與世界上所有的礦物能源一樣，深海石油如果開(kāi)發(fā)過(guò)度，肯定也會(huì)枯竭。

深海里另一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，是天然氣水合物，也叫“可燃冰”。我們接觸到的甲烷天然氣通常呈氣態(tài)，然而它在海底的低溫、高壓條件下可以與水結(jié)合，呈固態(tài)埋藏在海底。“可燃冰”看似冰，一點(diǎn)火即可以燒起來(lái)，就像火燒冰激凌一樣。1體積的天然氣水合物可以放出160個(gè)體積的甲烷來(lái)，其能量密度是煤的10倍，常規(guī)天然氣的2-5倍，燃燒后幾乎無(wú)污染。因此可以說(shuō)，天然氣水合物是甲烷的天然儲(chǔ)庫(kù)。這種“可燃冰”大量存在于海底大陸坡上段500-1000米處，有人預(yù)測(cè)，全球“可燃冰”的總量，相當(dāng)于人類用過(guò)的所有化石能源（包括煤、石油、天然氣）總量再乘以2。在我國(guó)南海和東海已發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量巨大的“可燃冰”。據(jù)測(cè)算，僅我國(guó)南海的可燃冰資源量就達(dá)700億噸油當(dāng)量，約相當(dāng)于我國(guó)目前陸上油氣資源量總數(shù)的1/2。盡管目前“可燃冰”仍處于科學(xué)研究階段，但可以肯定，“可燃冰”將成為人類新的后繼能源來(lái)源。

海底探測(cè)：人類“第三只眼”看地球

隨著高科技的發(fā)展，海底觀測(cè)系統(tǒng)正在成為新的熱點(diǎn)。假如把地面與海面看作地球科學(xué)的第一個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，把空中的遙測(cè)遙感看作第二個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，則在海底建立的將是第三個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，仿若人類探索地球的“第三只眼”。

海底觀測(cè)平臺(tái)的建設(shè)將從根本上改變海洋研究觀測(cè)的途徑，同時(shí)也必將推向全球，實(shí)現(xiàn)海底聯(lián)網(wǎng)國(guó)際化。近10年來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了太平洋海底資源調(diào)查并劃得了開(kāi)辟區(qū)，參加了國(guó)際大洋鉆探并在南海取得成功，然而，深海研究仍然滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家。因此，我國(guó)應(yīng)將深海觀測(cè)系統(tǒng)列入“中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃”。無(wú)論從2020年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)大國(guó)的目標(biāo)還是從能源與安全的保障出發(fā)，都要將深海大洋列為科技發(fā)展的重點(diǎn)。其次，建設(shè)深海海底觀測(cè)平臺(tái)是走跨越式途徑發(fā)展深海科技、直接進(jìn)入國(guó)際前沿的重要舉措。其三，基于目前我國(guó)地震監(jiān)測(cè)和深海油氣勘探方面的海底觀測(cè)需求，應(yīng)由有關(guān)部門與地方共同建設(shè)多功能的海底觀測(cè)站，并利用合作渠道取得國(guó)際經(jīng)驗(yàn)。

如果海洋建了深度觀測(cè)網(wǎng)，海洋內(nèi)生物的災(zāi)害、海嘯等，我們都可以預(yù)測(cè)，也就是說(shuō)，你將來(lái)可以在家里的電視機(jī)上，看海底火山爆發(fā)現(xiàn)場(chǎng)直播，可以提前幾秒鐘預(yù)警地震，這將是非常大的進(jìn)步。此外，開(kāi)發(fā)深海，人類也出了不少“奇招”，如海底旅游等。

總之，深海大洋不只是人類了解地球亟待填補(bǔ)的空白，也是國(guó)家資源和安全保障之所系。深海石油、氣體水合物和基因資源的開(kāi)發(fā)利用，深海探索和海底觀測(cè)新平臺(tái)的建立，又為高科技的發(fā)展提供了新機(jī)遇。隨著近年來(lái)科研投入的增加，我國(guó)不僅在人數(shù)上、而且在硬件實(shí)力上也已經(jīng)成為地球科學(xué)的大國(guó)，能否在規(guī)劃任務(wù)的設(shè)計(jì)中，將視野擴(kuò)展到深海大洋，這必將影響甚至決定我國(guó)地球科學(xué)未來(lái)的走向，以及對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)未來(lái)的國(guó)際貢獻(xiàn)。