新時(shí)代的深海探索

余毅仁

福博斯理論的推倒

19世紀(jì)中期，守舊的宗教勢(shì)力和新興科學(xué)支持者產(chǎn)生了激烈的沖突。大名鼎鼎的博物學(xué)家達(dá)爾文在經(jīng)過長(zhǎng)年的環(huán)球航行和研究后發(fā)表了《物種起源》一書，書中提及了地球生物的進(jìn)化學(xué)說。這根巨大的導(dǎo)火索引發(fā)了曰漸衰落的宗教勢(shì)力與新興科學(xué)派之間的世紀(jì)大論戰(zhàn)。在論戰(zhàn)中，科學(xué)派有力地駁斥了？神創(chuàng)造人”的理論。此后，人們普遍相信，陸地生物是從海洋生物進(jìn)化而來。但要證明這一點(diǎn)，還需要更有力的證據(jù)。

就在達(dá)爾文發(fā)表進(jìn)化論之前，英國生物學(xué)家愛德華·福博斯經(jīng)過研究后得出的結(jié)論是，深海中因缺氧、高壓且無光照，不具備生命存在的必要條件，故不可能有生物存在。但這就與達(dá)爾文的理論相左。

在那個(gè)天才輩出的時(shí)代中，當(dāng)福博斯的理論被廣泛接受的同時(shí)，也有人認(rèn)為他的理論是錯(cuò)誤的。他們中的代表人物就是英國天才博物學(xué)家查爾斯·湯姆森。這位科學(xué)家在少年時(shí)代就對(duì)海洋生物學(xué)很著迷，并在青年時(shí)代名震英國生物學(xué)界。

1860年，英國工程師弗萊明在地中海搶修海底電纜時(shí)，發(fā)現(xiàn)在2160米深的海底，依然有貝類、珊瑚、蠕蟲等活體生物依附在電纜上，此發(fā)現(xiàn)將福博斯的理論頓時(shí)推翻。

為了進(jìn)一步了解海洋的各種情況，查爾斯·湯姆森和知名生物學(xué)威廉·卡朋特決定出?？疾?。在取得了英國政府和海軍的支持后，1868～1870年，查爾斯·湯姆森和卡朋乘坐英國皇家海軍的“閃電號(hào)”“豪豬號(hào)”考察船對(duì)海水溫度、海洋地質(zhì)和海洋生物進(jìn)行了兩次考察和取樣。

事實(shí)證明，雖然隨著海洋深度的增加，生物種類不斷減少，但海底依然有著眾多生物種群。查爾斯·湯姆森還根據(jù)海底物種群的不同分類，成功提出“海嶺”的概念，豐富了海洋地質(zhì)學(xué)的思路。

“挑戰(zhàn)者號(hào)”的成就

就在這兩次科考前，英國的另一位天才物理學(xué)家和工程學(xué)家威廉·湯姆森經(jīng)過數(shù)次失敗后，以超人的決心和多年的鉆研，于1858年成功鋪設(shè)了歐洲至北美的跨大西洋海底電纜。而在此之前的19世紀(jì)50年代前期，由于設(shè)計(jì)缺陷以及對(duì)海洋認(rèn)知的匱乏，導(dǎo)致英國政府及電報(bào)公司在鋪設(shè)海底電纜項(xiàng)目上承受了巨額損失。這些打擊也迫使政府要加大對(duì)海洋研究的支持力度。

在這樣的背景下，1871年，查爾斯·湯姆森和卡朋特向英國政府提交了對(duì)全球海洋進(jìn)行考察的申請(qǐng)，其中特別注重對(duì)海洋生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的全面研究?；趹?zhàn)略因素的考慮。尤其是政府對(duì)于科學(xué)知識(shí)的掌握有利于鞏固英國強(qiáng)大的國際地位，英國政府隨即同意了這次科考行動(dòng)，同時(shí)，派遣了皇家海軍“挑戰(zhàn)者號(hào)”來擔(dān)任這次光榮任務(wù)的主角?！疤魬?zhàn)者號(hào)”是一艘木殼蒸汽機(jī)風(fēng)帆高速艦。該艦以風(fēng)帆動(dòng)力為主，蒸氣機(jī)動(dòng)力為輔：重2000噸，長(zhǎng)70米。經(jīng)改造后，軍艦變成了實(shí)驗(yàn)船。船上配備各種科研設(shè)備，比如放置標(biāo)本的倉庫、海底挖掘機(jī)、拖網(wǎng)、超長(zhǎng)繩索和實(shí)驗(yàn)室。自1872年底至1875年的3年多時(shí)間里，“挑戰(zhàn)者號(hào)”上的科學(xué)家們歷經(jīng)千難萬險(xiǎn)，終于完成了這次彪炳千秋的全球海洋大考察。

這次科考行動(dòng)的成果極其豐碩?？茖W(xué)家采集到了1萬多份生物標(biāo)本及1000多份海水樣本，發(fā)現(xiàn)了近5000種新物種，并對(duì)生物群進(jìn)行種類、區(qū)位和深度的區(qū)分；取得的眾多深海生物樣本，為進(jìn)化學(xué)說的科學(xué)性提供了有力的論證材料?？茖W(xué)家使用了多種海水測(cè)溫的新技術(shù)，對(duì)洋流、水溫、深度進(jìn)行了具體而細(xì)致的分析，成功研究出了全球海洋的水溫分布情況及全球各地海水的化學(xué)組成?？茖W(xué)家初步勘測(cè)出全球海洋洋底的各種地貌狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)海底由海嶺、海溝、海盆等各種地形組成，其復(fù)雜程度堪比陸地；發(fā)現(xiàn)了大西洋洋底的山脈群，即大西洋中脊；測(cè)得太平洋馬里亞納海溝是世界最深之處，當(dāng)時(shí)測(cè)定的深度約8200米。在科考中，還發(fā)現(xiàn)了全球洋底廣泛分布的多金屬結(jié)核。這一發(fā)現(xiàn)開啟了20世紀(jì)人類開采海底礦物的帷幕?？茖W(xué)家們也考察了全球各地的風(fēng)土人情，留下了眾寥的人文記載，促進(jìn)了世界文化的交流。

這次考察意義非凡，為日后的科學(xué)研究提供了廣泛的理論依據(jù)，為后世的探險(xiǎn)和考察指明了方向。不僅如此，英國政府借助這次環(huán)球科考完善了國際形象，提升了國民的科學(xué)素養(yǎng)。更重要的是占據(jù)了科研的制高點(diǎn)，這種優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了工業(yè)和科研產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。產(chǎn)學(xué)研密集化的先進(jìn)模式使英國一直到20世紀(jì)上半葉還擁有強(qiáng)大的海洋科研能力。

拖曳式作業(yè)平臺(tái)

到了19世紀(jì)末20世紀(jì)初，人類對(duì)于海洋事物的認(rèn)識(shí)還處于懵懂期，但對(duì)海底世界卻有著無限的興趣。水下工業(yè)的發(fā)展增進(jìn)了人類對(duì)于海洋的了解。同時(shí)，水下攝影器材記錄了當(dāng)時(shí)人們前所未見的海底美景。20世紀(jì)初到第二次世界大戰(zhàn)前，潛水設(shè)備也進(jìn)入到前的未有的高速發(fā)展期。

1893～1900年間，法國科學(xué)家路易斯·巴頓用帶有蓄電池驅(qū)動(dòng)電弧燈的線控封閉箱式照相機(jī)拍攝到了水下深處的清晰圖像。此后，巴頓還出版了世界上第一本水下攝影教程，至今還被攝影界奉為經(jīng)典。

1907年，瑞士科學(xué)家喬治·吉爾伯特制備出了過氧化鈉，這種神奇的物質(zhì)可以吸取二氧化碳并生成氧氣。在密閉的空間里使用時(shí)，可有效防止缺氧，此發(fā)明之后廣泛應(yīng)用于潛水艇及潛水裝備中。英國、德國用過氧化鈉作為氧氣循環(huán)劑相繼研制出潛水艇艇員逃生裝備，有效挽救了眾多艇員寶貴的生命。

1911年在潛水史上是具有里程碑意義的一別出心裁地用于攝像。受此啟發(fā)，父子倆索性于1914年在巴哈馬海水下完成了世界上第一部水下電影《潛水航行三十里》。2年后，他們把法國著名小說家儒勒-凡爾納的《海底兩萬里》搬上了電影銀幕，耳目一新的拍攝手法使英美觀眾為之癡狂，影片也成為熱議一時(shí)的焦點(diǎn)話題。

實(shí)用化的重潛服

1913年，德國紐昆公司研制出了第一套實(shí)用化的重潛服。該重潛服運(yùn)用了眾多現(xiàn)代設(shè)計(jì)。

與之前的重潛服設(shè)計(jì)相比，這種重潛服密閉性更好，桶身采用鍛鋼，手足大量使用現(xiàn)代化的球形關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)與桶身全密封，內(nèi)部增加了滾珠軸承來協(xié)助提高潛水員的靈活性，并巧妙地設(shè)計(jì)出隨水壓增大而自動(dòng)適應(yīng)的橡膠密封環(huán)。內(nèi)部依然保持一個(gè)大氣壓，潛水員呼吸靠桶內(nèi)的數(shù)個(gè)高壓瓶。重潛服依然不能脫離吊靠桶內(nèi)的數(shù)個(gè)高壓瓶。重潛服依然不能脫離吊裝，但水下自由度得到了很大的改善，潛水員可以比較自由地活動(dòng)、工作。此潛水服實(shí)用潛深約100米，通信依靠當(dāng)時(shí)已日漸成熟的電話電纜，頭部也有電燈照明，在遇到緊急狀況時(shí)還可以拋棄壓載自救。但由于需要抵抗強(qiáng)大的水壓，手腕部分全部封閉，手掌部分采用類似老虎鉗的設(shè)計(jì)，所以潛水員無法完成非常精密的動(dòng)作，樣子也十分滑稽。

隨著不斷地改進(jìn)，到1938年，共研發(fā)出三代重潛服。第三代重潛服的工作潛深已超過200米。這些發(fā)明繼承了前輩們的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了早期產(chǎn)品的缺陷，成為現(xiàn)代深潛服的鼻祖。正是先人的有益探索為現(xiàn)代的深潛常壓服積累了經(jīng)驗(yàn)，使現(xiàn)代深潛服可以擔(dān)當(dāng)深海工作或救援的“急先鋒”。

人類就在探險(xiǎn)中不斷地摸索前進(jìn)，不久之后，美國兩位偉大的探險(xiǎn)家將攻破深海1000米大關(guān)。