探索馬里亞納海溝

張唯誠

8月12日，執(zhí)行我國海洋科考史上第一次萬米級深淵科考作業(yè)的工作母船“探索”一號首航歸來，其搭載的“海斗”號無人潛水器成功進(jìn)行了一次8000米級、兩次9000米級和兩次萬米級下潛作業(yè)，最大潛深達(dá)10767米，從而成為中國首臺下潛深度超過萬米并進(jìn)行科考應(yīng)用的無人自主潛水器。

與此同時，我國新建成的萬米級深淵科考母船“張謇”號也正在前往位于西太平洋的馬里亞納海溝，測試它搭載的“寶貝”——“彩虹魚”號萬米級（無人）潛水器和著陸器。未來的“彩虹魚”號將是一個系列，包括3臺萬米級著陸器、1臺萬米級無人潛水器、1臺萬米級載人潛水器。

海洋中的深淵

根據(jù)海水深度，國際海洋科學(xué)界將海深0～1000米稱為“淺?！保粚?000～3000米稱為“半深?！保粚?000～6000米稱為“深?！?；將6000～11000米稱為“深淵”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上共有46個深淵帶，最深處是馬里亞納海溝的“挑戰(zhàn)者海淵”，深達(dá)1.1萬米。

馬里亞納海溝是地球表面的一道狹窄的“痕跡”，呈弧形，長約2500千米，平均寬為70千米，大部分深度超過8000米，它大約形成于5000萬至6000萬年前，那時太平洋板塊扎進(jìn)了馬里亞納板塊的下面，太平洋西部由此形成了一系列海溝，馬里亞納海溝是其中的一部分，而“挑戰(zhàn)者海淵”就位于馬里亞納海溝的南端。

迄今為止，已有12個人實(shí)現(xiàn)了在月面上的行走，但抵達(dá)過海洋最深處的只有3人，可見著陸海洋最深處所要承擔(dān)的挑戰(zhàn)和風(fēng)險并不亞于著陸月面。不過，人類對深淵的探索欲望從未減退，探索步伐也從未停止。深淵區(qū)內(nèi)的海洋生物、海洋生態(tài)、海底地質(zhì)等對地球生態(tài)、氣候、生命起源、地震預(yù)報等研究具有重要作用。

歷史上的“深潛先鋒”

1960年1月23日，瑞士探險家雅克·皮卡德和美國海軍中尉唐·沃爾什乘坐一艘模樣奇特的潛水艇下潛到了馬里亞納海溝的最深處“挑戰(zhàn)者海淵”。他們的下潛花了5個小時，在海底呆了20分鐘，深度顯示為10916米。

皮卡德和沃爾什乘坐的潛水艇名為“的里雅斯特”號，它由兩大部分組成，上面部分是個裝滿汽油的容器，起提供浮力的作用，下面部分就是兩位探險家用以棲身的圓形密封艙?！暗睦镅潘固亍碧柨恐亓ο聺?，上浮時需要拋掉好幾噸重的鐵塊。

抵達(dá)“挑戰(zhàn)者海淵”后，兩位探險家觀察窗外，在這樣漆黑的深海世界，他們看到了游蕩著的小蝦似的生物。這是人類第一次證明生命，乃至于復(fù)雜的生命能夠在這種高壓、深寒和黑暗的地方存活。要知道，這里早已被判定為生命的禁區(qū)，其壓力是海面壓力的1000倍。

30多年后，當(dāng)日本無人駕駛深海潛艇“海溝”號重新抵達(dá)那個地方時，攝像機(jī)又拍下了一些類似蠕蟲的生物。

2009年5月，美國馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所的無線遙控機(jī)器人潛水艇“涅柔斯”號又一次到達(dá)“挑戰(zhàn)者海淵”。這一次，人們通過“涅柔斯”號成功采集了海淵的巖石和水樣標(biāo)本。

海洋“生命孤島”

馬里亞納海溝最深處的高壓、極寒和黑暗使人們相信那里是“生命的孤島”，這種“孤島理論”早在150年前就由達(dá)爾文進(jìn)行過描述。達(dá)爾文當(dāng)年隨“小獵犬”號來到加拉帕戈斯群島時，發(fā)現(xiàn)那里的動植物為了適應(yīng)各個島上不同的自然環(huán)境而發(fā)生著各不相同的演化。例如，同一種鳥類和海龜由于生活在不同的島上，它們的形態(tài)和習(xí)性就變得大不相同。達(dá)爾文認(rèn)為，這種現(xiàn)象表明孤立的環(huán)境能使動物們變得與眾不同。這一發(fā)現(xiàn)也為他的進(jìn)化論思想提供了有力的依據(jù)。

馬里亞納海溝環(huán)境險惡，與世隔絕，科學(xué)家們因此認(rèn)為，在馬里亞納海溝深處，外來生物無法存活，所以如果能夠在那里找到生物，那一定是海溝形成之初就已經(jīng)存在的生物，隨著海溝的形成，它們一代代適應(yīng)著環(huán)境的變化，最后頑強(qiáng)地幸存了下來。也就是說，這樣的地方是更加嚴(yán)格意義上的“生命孤島”，其生命形態(tài)一定非常與眾不同。

深海生命之謎

1995年，“海溝”號收集了“挑戰(zhàn)者海淵”的沉積物，研究人員在這些沉積物中發(fā)現(xiàn)了幾百種有孔蟲。有孔蟲是一種古老的原生動物，5億多年前就出現(xiàn)在了海洋中，至今種群興盛，類型繁多。大多數(shù)有孔蟲都擁有復(fù)雜的碳酸鈣殼，然而在“挑戰(zhàn)者海淵”，人們找到的有孔蟲卻多缺少外殼?？茖W(xué)家們分析，這是由于海洋最深處缺少碳酸鈣的緣故，在那樣的環(huán)境下，有孔蟲無法制造外殼，它們只好成為“軟體有孔蟲”。還有一些則利用來自附近洋底的包含碳酸鈣殘余成分的物質(zhì)營造自己的殼?？茖W(xué)家們在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章說，那里的有孔蟲很可能從“挑戰(zhàn)者海淵”形成之時就在適應(yīng)著深度的不斷變化，隨著深度不斷增加，它們最終變成了最耐壓的物種。

科學(xué)家希望未來的下潛能讓他們更進(jìn)一步地研究馬里亞納海溝底部的生物群落。使用自動下潛深潛器，人們能接觸到一些微小生物。這種下潛裝置帶有自動分析設(shè)備，包括顯微鏡和DNA 測序儀等，還有能吸引和捕捉生物的機(jī)關(guān)，能在水下自動收集生物。由于生活在如此深度的生物會在上浮時因壓力的變化而難以存活，所以這些裝置必須就地分析樣本，自動采集數(shù)據(jù)。

奇妙的“泥火山”

對馬里亞納海溝大感興趣的并不僅僅是海洋生物學(xué)家，地質(zhì)學(xué)家們也希望研究馬里亞納海溝以揭開世界各大陸的形成和演化之謎。根據(jù)一種理論，當(dāng)俯沖板塊過度地擠壓，抬升了地球表面的巖石時，這些巖石便漸漸上升到了海平面以上形成一些弧形列島，這就是“島弧”。在漫長的地質(zhì)時代里，島弧發(fā)生遷移，碰撞和融合，最終組成了大陸。

有時候，沿俯沖帶上集聚的壓力會由于板塊的活動而突然釋放，這種釋放造成的結(jié)果就是海底地震，它經(jīng)常引發(fā)破壞力巨大的海嘯。2011年襲擊日本東北海岸的海嘯就是這樣發(fā)生的。馬里亞納海溝能為科學(xué)家們研究海底地震和海嘯提供理想的環(huán)境。在那樣的深處，一些“泥火山”分布于陡峭的斜坡上?！澳嗷鹕健眹姵龅牟⒉皇腔鹧?，而是來自俯沖板塊的泥漿與氣體，這為人們窺探地球內(nèi)部的奧秘提供了機(jī)會?？茖W(xué)家認(rèn)為，當(dāng)大洋板塊扎進(jìn)地球內(nèi)部時，其發(fā)生的摩擦和擠壓會使局部巖石承受的力量非常不同，這種不同會顯示什么時候和什么地方更有可能發(fā)生地震。科學(xué)家可以在距海溝底部的不同地點(diǎn)采集“泥火山”噴出物，從而通過了解地下的化學(xué)變化來監(jiān)測海底的地質(zhì)活動。

封存二氧化碳的構(gòu)想

在馬里亞納海溝的陡坡上，泥火山的作用并不僅限于幫助人們窺探地震的機(jī)理，科學(xué)家還有更多的想法。他們希望有一天能把這些泥火山變成一種天然的入口，通過這些入口，可以把大量二氧化碳泵進(jìn)海底的巖層里，這也許是解決碳過量排放、防止全球變暖的一個簡便而又有效的辦法。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在俯沖帶，例如馬里亞納海溝，俯沖的巖石里包含著大量流動物質(zhì)，其中就有溶解了的二氧化碳。假若人類了解了泥火山和附近地層的構(gòu)造，又具備了相應(yīng)的技術(shù)，便可以模擬大自然儲存二氧化碳的方式，長時間地將二氧化碳封存在泥火山下面。這種想法看起來很瘋狂，且可行性目前也是未知的，但將幾十億噸二氧化碳填埋在海底的設(shè)想極具誘惑力，科學(xué)家非常愿意為此進(jìn)行探索并付出最大的努力。

探索馬里亞納海溝是一個艱難的過程，幾艘杰出的深潛器發(fā)揮了關(guān)鍵作用?！暗睦镅潘固亍碧栆堰M(jìn)了博物館，算是“功成身退”了；“海溝”號在2003年的一次下潛后不知所終；“涅柔斯”號也于2014年探測新西蘭東北的克馬德克海溝時失蹤。那個意味著深度極限和生命禁區(qū)的“挑戰(zhàn)者海淵”暫時恢復(fù)了平靜。2012年，著名導(dǎo)演卡梅隆乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號潛水器抵達(dá)“挑戰(zhàn)者海淵”，這是人類最后一次造訪那里。如今，隨著中國深潛器的到來，無疑會為這場激動人心的探索之旅寫下新的篇章。

【責(zé)任編輯】龐 云