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中国深海探测
http://www.100md.com 2012年9月15日 百科知识 2012年第18期
     科学家在3000米以下的海底工作、生活,是好莱坞大片里曾出现过的场景,但也许就在不久的将来,这一幕也可能在我国实现。在陆海空天四大空间中,海洋是地球上远未充分开发的资源宝库。“下五洋捉鳖”的难度不亚于“上九天揽月”。

    “蛟龙”号下潜7000米

    2012年6月27日,中国载人深潜器“蛟龙”号7000米级海试最大下潜深度达7062米,再创中国载人深潜记录。“蛟龙”号载人深潜器是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,设计最大下潜深度为7000米级,也是目前世界上下潜能力最深的作业型载人潜水器。“蛟龙”号可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,对于我国开发利用深海的资源有着重要的意义。

    这艘潜水器外观近似一颗胶囊药丸,能容纳3个人,一名操作员、两名科学家。在潜水器的前端,是一个密闭的玻璃,潜水科学家可以通过这里看到外面的世界。位于深潜器最前方可乘坐3人的钛合金载人球壳能承载700个大气压的压力,实现了与航天相同的生命支持系统;该深潜器的浮力材料采用一种玻璃微珠聚合物,使其具有针对作业目标稳定的悬浮定位能力,并实现了完全依靠自身重量的无动力下潜、上浮。
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    蛟龙号南海科考的猜想

    明年上半年,完成7000米级海试的“蛟龙”号将赴南海深潜科学考察,可望进一步揭开“海底下的海洋”的神秘面纱。

    揭秘“黑暗生物圈”

    “蛟龙”号在马里亚纳海沟的6次下潜作业发现了11种可能的新物种,其中第5次下潜至7062米释放诱饵后,鱼、虾、海参等蜂拥而至。在生物资源更加丰富的南海,“蛟龙”号明年的发现值得期待。海面1000米之下就属于深海,阳光无法到达那里,人们熟知的光合作用无法在深海海底进行。然而科学家早已发现,深海海底并非一片死寂。20世纪70年代,随着海底热液和热液生物群的发现,科学家们意识到,“万物生长靠太阳”总的来说没错,但在海底,地球内部散发的热量或许替代了阳光,成为海底“黑暗生物圈”的能量之源。在黑暗的海底,无论是肉眼可以看到的鱼虾蟹贝,还是数量庞大的微生物,都依靠来自地球深处的能量和物质,通过自身的化学作用制造有机质,并形成了海底的“黑暗食物链”。科学家们还发现,海洋中的大型生物只占约10%,其他的90%都是微生物,在深海海底,微生物占的比例还要大。在海底深处的沉积层甚至大洋地壳中都有微生物的存在。这个生活在海水超高压强下的地球最大生态系统,人类对其还是知之甚少。
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    尝试“可燃冰”采样

    对海底冷泉和泥火山的近距离调查是“蛟龙”号的强项,对“可燃冰”的取样则是一个挑战。据了解,目前“蛟龙”号上还没有专门针对“可燃冰”的取样器材。

    南海海底蕴藏着丰富的天然气水合物,即俗称的“可燃冰”。科学家们已经发现,“可燃冰”和“冷泉”有着密切的关系。在相对较浅的海底陆坡,“可燃冰”分解时会以“冷泉”的形式溢出,同时生成碳酸盐结壳或在海底形成泥火山。碳酸盐结壳和海底泥火山,就成为了解海底“可燃冰”矿体位置的一把钥匙。目前,此类“冷泉”和泥火山在南海北部已经发现多处,科学家们亟待对这些天然气进行连续的原位精确观测和调查,但这是水下遥控机器人无法胜任的。

    造访海底火山链

    4000多米水深,对“蛟龙”号来说应该不是问题。“蛟龙”号不仅可以验证一个假设,更可以通过直接观测和采集样品追寻古代南海的历史。
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    水深3000~4500米、底部平坦的南海盆地,对科学家来说是一个巨大的诱惑,也是一个巨大的谜团。其中的一个谜团是,在平坦的海盆底部,分布着一座座相对孤立的山峰。科学家们曾利用深海拖网,在这些山峰附近采集岩石样品,其中发现了火山岩,科学家由此推断,南海盆地存在着海底火山,这些山峰可能就是由于火山喷发生成的。科学家将目光对准南海盆地中一座类似火山口的山峰,它大约高出盆地底部200多米。有科学家认为,这座山峰可能就是一座海底火山,但这个假设又无法解释它的周围为何是一个盆地。

    中国要建深海空间站

    不久的将来,中国将建250吨级的,长度在22米左右,宽度接近7米,高度在8米左右的深海空间站。所谓深海空间站,就是在深海3000米的海底建立一座人可居住的生活环境。深海空间站可以潜到水下1000米深处,甚至更深的地方,人员可以集中在那里,不受海洋表面台风和波浪的影响,进行比较稳定、长期的作业。未来的深海空间站,不仅可以做到衣食无忧,而且洗澡、娱乐一应俱全。深海也要实现对接。神九和天宫一号对接的场景,未来也是深潜器和深海空间站将要实现的一个长远目标。
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    中国深海空间站的“三步走”计划,目前第一步小型深海空间站试验艇的研制已经完成,北京科博会上首次亮相了小型深海空间站试验艇模型(见左下图)。该试验艇现已研制并制造完成,工作潜深150米,生命支持时间72小时,总长13.1米,型宽3.6米,型深3.0米,正常排水量38吨,乘载员6人。该试验艇在完成水池功能试验和海上试验后,将成为小型浅海作业装备,用于水下科学考察与试验研究。第二步小型深海移动工作站的研制正在进行中;第三步可以水下逗留60天的未来型深海空间站,则还在理论研究阶段。

    未来深海空间站同样有一系列关键技术需要突破。包括深海高压环境,对空间站体积结构都要远大于一般潜水器,其结构耐压程度,以及耐腐蚀技术要求很高;人和物资的往返补给,需要有穿梭式运载器能够方便往来;设备维修也需要有载人或无人作业潜水器实施,整体工程难度不亚于在太空建立的空间站。如天际空间站是航天领域的核心技术一样,深海空间站代表了海洋领域的前沿核心技术,体现了一个国家的科技水平和经济实力。

    【责任编辑】蒲 晖, 百拇医药(冯源立)