隨“發(fā)現(xiàn)”號探秘麥哲倫海山

張建松

在海底豐富的地形種類中，海山的面積約占海底總面積的16%，是非常重要的一種海底景觀。在全球海底，超過1000米高的海山逾3萬座，60%以上分布在太平洋，其中，西太平洋是全球海山分布最集中的海域。

在國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)“西太平洋典型海山生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)調(diào)查”項(xiàng)目的支持下，2018年3月至4月，來自中科院海洋所、中科院聲學(xué)所、山東大學(xué)、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所等單位的科考隊(duì)員.，連同船員共80人，乘坐我國新一代遠(yuǎn)洋綜合科考船“科學(xué)”號，到西太平洋海底探訪了幽深神秘的麥哲倫海山。

太平洋是世界大洋的“老大”，西太平洋洋殼的年齡超過了1.65億年。在太平洋板塊擴(kuò)張和板塊內(nèi)地幔柱的共同作用下，西太平洋底發(fā)育了眾多海山。這些海山并不是無序地散落在大洋盆地，而是按照一定的規(guī)律排列，形成了多個(gè)海山區(qū)或海山鏈，例如皇帝一夏威夷海嶺、萊恩海山鏈、中太平洋海山區(qū)、馬紹爾海山鏈、馬爾庫斯一威克海山區(qū)、吉爾伯特海山鏈、麥哲倫海山鏈等。其中，麥哲倫海山鏈位于西太平洋的東馬里亞納海盆，西鄰馬里亞納海溝，由十幾座大型平頂海山組成?！翱茖W(xué)”號此次探訪的海山便位于麥哲倫海山鏈的北端。

當(dāng)“科學(xué)”號來到西太平洋的目標(biāo)海山區(qū)，這片海域正受到第3號臺風(fēng)“杰拉華”外圍的影響，海面刮起7到8級大風(fēng)，涌浪達(dá)3到4米高，船身最大搖晃幅度超過20度。不過，惡劣海況并沒有影響“科學(xué)”號對海底的麥哲倫海山進(jìn)行地形地貌探查工作。

“科學(xué)”號探查海底地形地貌的“神器”叫“多波束測深系統(tǒng)”，可利用安裝在船底的多通道換能器陣，以一定的頻率向海面下方的海山定向發(fā)射聲波，并定向接收聲反射和聲散射的信號，然后根據(jù)聲速剖面獲取水體的水深、振幅和聲強(qiáng)數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，就能得到海山的地形數(shù)據(jù)。

在麥哲倫海山的上方，“科學(xué)”號沿著測線像“犁地”一樣來來回回航行了三天。隨著數(shù)據(jù)不斷積累，海山的地形地貌逐漸顯露。這是一座高達(dá)4300多米的平頂海山，在海底蔚然聳立，山頂位于海面下1200多米，山頂平臺呈不對稱的三角狀。

知識鏈接

海山的分類

海山按其地貌形態(tài)和構(gòu)造特征，可分為平頂海山和尖頂海山。平頂海山的山體規(guī)模較大，在發(fā)展歷史上，曾經(jīng)露出海面遭受較長時(shí)期的風(fēng)化剝蝕，形成大規(guī)模的山頂平臺，后沉沒水下，山頂沉積物較多。尖頂海山的山體較小，一般未露出海面或露出時(shí)間較短，未能形成大規(guī)模的平臺，山頂沒有沉積物或沉積物很薄。

“海底花園”的“奇花異草”

抓住一個(gè)有利的天氣“窗口期”，麥哲倫海山科考航次的首席科學(xué)家、中科院海洋研究所研究員徐奎棟，決定讓“科學(xué)”號搭載的“發(fā)現(xiàn)”號深海機(jī)器人深潛到海下探訪麥哲倫海山。

這位機(jī)器人的大名叫“發(fā)現(xiàn)”號水下纜控潛器ROV，它耳聰目明，干活兒麻利。它的最大下潛深度為4500米，由6盞LED水下燈和4盞鹵素水下燈構(gòu)成的“視覺”系統(tǒng)，集照明、拍照與攝像功能于一體，同時(shí)能將自己在海底所看見的一切實(shí)時(shí)傳回母船?！鞍l(fā)現(xiàn)”號有兩只機(jī)械臂——左手“干粗活兒”，可抓取450千克樣品：右手“干細(xì)活兒”，可進(jìn)行精細(xì)采樣作業(yè)。

考慮到平頂海山的山頂沉積物多，“發(fā)現(xiàn)”號的首次海山探訪之旅選擇在海面下1300多米的山頂邊緣，從西南向東北方向“爬山”行進(jìn)。拖著長長電纜的“發(fā)現(xiàn)”號，就像一位獨(dú)自行走在蒼茫夜色中、身上系著保險(xiǎn)繩的探險(xiǎn)家，將沿途所見所聞一一實(shí)時(shí)傳回母船。在船上的集控室中，大家通過“發(fā)現(xiàn)”號進(jìn)行的“現(xiàn)場直播”，可以第一時(shí)間目睹幽暗神秘、生機(jī)勃勃的海山世界。沿途所見的海山生物如同生長在“海底花園”里的一株株“奇花異草”。

“發(fā)現(xiàn)”號著陸后，海底騰起一陣細(xì)細(xì)的沙塵煙霧。在海水浮力下，重達(dá)4噸的“發(fā)現(xiàn)”號輕盈地掠過渾濁的沙塵霧，很快就看清了腳下路面——海山表面布滿了斑駁的“白沙黑石”。沒走多遠(yuǎn)，“發(fā)現(xiàn)”號看到前方一株巨大的淡粉色竹柳珊瑚和一株白色的玻璃海綿比鄰而居，在燈光照射下熠熠生輝。竹柳珊瑚是柳珊瑚的一種，枝繁葉茂，枝丫上附著了一只黃色海百合。根據(jù)“發(fā)現(xiàn)”號激光測距判斷，竹柳珊瑚至少有一米多高。海綿是最原始的多細(xì)胞動物，6億年前就已經(jīng)生活在海洋里，至今已發(fā)展到1萬多種，是深海世界中一個(gè)龐大的家族。“發(fā)現(xiàn)”號看見的這株玻璃海綿形如兩片美麗的百合花瓣，附著在“花瓣”上的一只黃色海百合像極了百合花的花蕊。

隨著“發(fā)現(xiàn)”號不斷行進(jìn)，“電視直播”的畫面越來越精彩。在一株已死亡的海綿上，附著了一個(gè)怪異而艷麗的捕蠅草海葵。捕蠅草是生長在陸地上的一種食蟲植物，海山上的“捕蠅草?？笔俏覈Ｑ罂茖W(xué)家于2014年在雅浦海山首次發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新種，并以我國海洋生物學(xué)家劉瑞玉的姓氏，將其命名為“劉氏捕蠅草海葵”。此次在麥哲倫海山再次與它偶遇，大家都很興奮。

除了劉氏捕蠅草海葵，此次偶遇的另一位老朋友同樣是我國海洋科學(xué)家于2014年在雅浦海山發(fā)現(xiàn)的新種“偕老同穴”海綿。在一堆黑石的縫隙中，一株細(xì)長的白色海綿亭亭玉立，海綿體內(nèi)有一個(gè)大空腔，一對儷蝦就生活在空腔里。當(dāng)儷蝦還是幼體時(shí)，一雌一雄結(jié)對進(jìn)入海綿腔體內(nèi)，長大后，就被滯留在海綿的空腔里再也出不去了，從此“白頭到老”。這種“藏”有儷蝦的海綿因而被稱為“偕老同穴”海綿。此次在麥哲倫海山，科研人員還發(fā)現(xiàn)了一種從未見過的“偕老同穴”海綿，空腔外面長滿了荊棘般的白刺。

在“發(fā)現(xiàn)”號的直播鏡頭中，像花朵一樣的?？?、像小草一樣的傘花海鰓、像水杉樹葉一樣的裂黑珊瑚、像刺猬一樣的海膽，散發(fā)珍珠般光澤的深海扇貝，碩大的海星，紅色的深海蝦、線足蝦等許多海山生物紛紛登場，海鰻、海蜥魚、深海狗母魚的曼妙身影也不時(shí)一閃而過。

海山的“石頭”不簡單

麥哲倫海山所在的這片海域是全球關(guān)注的富鈷結(jié)殼區(qū)，中、俄、日、韓四國均在此有海底礦產(chǎn)合同區(qū)?！鞍l(fā)現(xiàn)”號深海機(jī)器人在麥哲倫海山進(jìn)行了巖石、沉積物、原位海水等采樣工作，順利取得了多個(gè)富鈷結(jié)殼樣品，其中包括兩個(gè)直徑達(dá)10厘米的球狀富鈷結(jié)核。

富鈷結(jié)殼是生長在海底巖石或巖屑表面的皮殼狀鐵錳氧化物和氫氧化物，因富含鈷而得名。除了鈷之外，結(jié)殼中還含有鈦、鎳、鉑、錳、鉈、鎢、鉍、鉬及稀土等多種金屬元素，是一種重要的礦藏資源。富鈷結(jié)殼根據(jù)形態(tài)可分為結(jié)殼、結(jié)殼狀結(jié)核和結(jié)核三大類，其中，結(jié)殼是主要類型：結(jié)殼狀結(jié)核是結(jié)殼和結(jié)核的過渡型：結(jié)核以球狀、瘤狀光滑型結(jié)核為主。此次“發(fā)現(xiàn)”號從麥哲倫海山采集的樣品，這三種類型都有。

“發(fā)現(xiàn)”號對麥哲倫海山進(jìn)行第二次探訪時(shí)，從海底2000多米的北麓山坡向上爬，沿途一度看到成片的結(jié)殼區(qū)，大大小小的圓球狀石頭鋪滿了山頂?shù)男逼?。這片全球關(guān)注的富鈷結(jié)殼海山區(qū)果然名不虛傳。

豐富的礦產(chǎn)資源和漁業(yè)資源使世界各國對海山的開發(fā)日趨活躍，但人們對海山的研究還很不夠。在全球海底超過1000米高的3萬多座海山中，有測量數(shù)據(jù)的海山僅600多座，有生物取樣的海山僅300多座，取樣調(diào)查較全面的海山僅50多座。

在科學(xué)研究方面，還有許多關(guān)于海山的重要問題存在爭議。在有關(guān)海山生物多樣性和生產(chǎn)力等研究領(lǐng)域，科學(xué)家們提出了種種假說，大部分都亟待深入調(diào)查和研究論證。

在海底礦產(chǎn)資源開發(fā)方面，海山生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)面臨極大挑戰(zhàn)。深海物種生命周期長、成熟期晚、生長率低、繁殖力差。許多海山生物，尤其是形成生源生境的生物（比如石珊瑚）和使群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的生物（比如大型垂直生長的黑珊瑚、柳珊瑚和海綿等）更是十分脆弱，一旦受到破壞，需要幾十年甚至幾百年的時(shí)間來恢復(fù)。因而，科學(xué)規(guī)范海山系統(tǒng)的資源開發(fā)活動、保護(hù)海山生態(tài)系統(tǒng)也日益受到國際社會關(guān)注。

“科學(xué)”號此次對麥哲倫海山展開綜合調(diào)查，不僅是為了進(jìn)一步了解海山生態(tài)系統(tǒng)、加深對海山生物多樣性和連通性的認(rèn)識，同時(shí)也為未來在麥哲倫海山鏈建立一個(gè)國際合作的深海保護(hù)區(qū)提供海山本底資料和樣品，以此來科學(xué)規(guī)范海山礦產(chǎn)資源開發(fā)，保護(hù)海山生態(tài)系統(tǒng)。