我國大洋科考進入機器人時代
http://www.debgrams.com 2011-12-14 15:25 來源：科技日報
12月11日，“大洋一號”圓滿結束我國第22航次科學考察任務，回到母港青島。這是我國規模最大的一次遠洋科學考察，也是我國第三次環球科學考察。從去年12月8日，“大洋一號”離開廣州到近日回到青島共歷時369天，經歷9個航段，航程相當于繞地球赤道三圈。
12月11日上午，圓滿完成我國大洋第22航次環球科考任務的“大洋一號”船緩緩駛入青島奧帆中心碼頭。
這是“大洋一號”第三次執行環球科學考察任務。這也是我國大洋科考史上時間最長、航程最長的航次，調查區域涉及印度洋、大西洋和太平洋，共有來自廣州海洋地質調查局、國家海洋局第一海洋研究所、國家海洋局第二海洋研究所、國家海洋局第三海洋研究所和北京大學等國內外32家單位、218人參加了此航次。
新發現16個海底熱液區
“科考人員在此航次中共發現16處海底熱液區，接近我國已發現數量的一半。”航次總首席、國家海洋局海洋二所研究員陶春輝說。
海底熱液活動區中的多金屬硫化物是目前日益受到國際關注的一種海底礦藏。大洋中脊處地球兩大板塊相互拉扯，在海底就出現了裂痕，海水進入小裂縫里，被地下上千攝氏度的巖漿加熱，密度變輕噴涌而出，并帶出了地下的礦物質。這樣就形成了熱液區。條件好時這些礦物質遇到海底的冷海水會形成硫化物沉積到海底，像“煙囪”的形狀一樣堆積起來。
這次發現的熱液區（很可能有“大煙囪”）包括南大西洋5處、東太平洋11處。其中在南大西洋發現的一處熱液區是目前南大西洋洋中脊發現的最南端熱液區。這些海底熱液區“冒煙”地方的水溫比較高，最高可達到400多攝氏度，而周圍的水溫僅有幾攝氏度。
找煙囪是現實版的大海撈針
在大洋中脊，大約平均每隔100公里才有一個煙囪群（熱液區）。在陸地上找到相距100公里的拳頭大小的物體不易，在2000—4000米深沒有一絲光亮的海底就更不容易。陶春輝說，別人找到煙囪，就算告訴你精確的經緯度坐標，再去找也未必能找到。
但尋找“煙囪”對一個國家來說有著相當重要的科研意義，它是可能發現生命起源和大洋演變的重要證據。
第三和第四航段首席科學家、國家海洋局第一海洋研究所副研究員楊耀民告訴記者，他所負責的兩個航段共發現了兩處海底熱液區，其中南太平洋最南端海底熱液區位于大洋洋中脊和地幔熱點的交匯處，“目前在北大西洋發現了大量海底熱液區，由于地質構造背景相同，也許通過對比研究，能在南大西洋找到更多的‘煙囪’，這將有利于研究地球構造演化、洋脊構造地質運動。”
第三和第四航段首席科學家、國家海洋局第一海洋研究所楊耀民副研究員告訴記者，他所負責的兩個航段調查過程中，發現了兩處海底熱液區，初步確定了4個潛在的熱液異常區。其中南大西洋最南端海底熱液區，構造地質背景為洋中脊和地幔熱點相互作用環境。
“目前在北大西洋發現了大量海底熱液區，由于南大西洋脊地質構造背景與北大西洋脊具有較大的可對比性，通過對比研究，推測南大西洋具有大量熱液活動區產出的地質條件。同時，相比全球其他洋脊，南大西洋脊區域調查程度較淺，在該區域開展科學調查，也對研究全球地球構造演化、洋脊巖漿活動等起到很大的補充。”楊耀民說，從地理上來講，大西洋是此次調查的三大洋中離我國最遠的一個，對該區域進行調查是經過充分科學認證的，與北大西洋相比，人們對南大西洋的研究要少得多，在該區域進行調查，較易產出創新性科研成果。
熱液區周圍形成的特殊生態系統也值得關注，它是一個不靠陽光、不靠光合作用，而是依靠地球內部熱量進行化學合成作用的“黑暗生物群”，有蝦、有蟹，還有蠕蟲。陶春輝說，這些熱液區生物的存在也顛覆了人類對生命的固有理解：此前一直認為生物都要氧氣才能活下去，但熱液區生物，賴以生存的卻是“硫”，或者說它們靠吃“硫”活下來——這是一種對人類來說劇毒的環境。這種熱液區或許蘊藏了生命起源的奧秘。
首次在南大西洋開展大面積生態調查
生活在100℃至400℃海底熱液區的生物什么樣子？“大洋一號”船上展示的一種人稱“盲蝦”的海底生物標本吸引了大家的注意。
“盲蝦因為生活在海底，沒有陽光，所以眼睛逐漸退化。”楊耀民說，在南大西洋一處海底熱液區觀察到大量“盲蝦”，它們像從蜂窩里飛出的蜜蜂一樣，非常密集。
另一種最值得一提的發現就是第五航段科研人員在南大西洋利用深海生物組合取樣器抓到了一條熱液魚。
因為十分珍貴已經冷藏，記者沒能親睹其廬山真面目。但從陶春輝的描述和照片中已略知一二：頭大，體型呈蝌蚪狀，體長約60厘米，重約1斤，魚眼凸起，呈灰色，體表無鱗，但有堅硬剛毛。此魚還有一大特點，離開熱水就死。
“生物學家初步判斷可能是人類所未知的新種。”陶春輝說，這也為深海大型生物研究提供了珍貴研究資料。
此次科考一個亮點是首次在南大西洋開展大面積生態調查。
航行中，科考人員首次獲得不同深度水體中的微生物濾膜樣品和大空間尺度不同環境的基因資源樣品，為深海微生物多樣性研究和基因資源獲取提供了珍貴樣品；首次獲取了多金屬結核環境特別受關注區內大范圍、多站位、全深度的環境數據及生物和微生物樣品；首次在中印度洋獲取了密集的環境參數，為印尼貫穿流對印度洋環流及氣候影響研究提供了關鍵實測資料；在西南印度洋首次布放深海綜合錨系浮標觀測系統，連續采集的氣象要素通過衛星實時傳輸；在東太平洋海域布放并成功回收了深海錨系，獲得了熱液區長達111天的資料。
自主研制高技術裝備使調查發現如虎添翼
水下2000米，3500米無人纜控潛水器（俗稱“機器人”）的機械臂靠近了硫化物，因為風化厲害，硫化物已變得非常酥軟，一碰就掉“皮”，附近海水馬上變得渾濁，繼而影響操作視線。海面母船上的操作手把機械臂旋轉到位，迅速捕捉，不僅將硫化物完整取樣，還“順便”將長在硫化物上的珊瑚一并輕輕地放入采樣框里。
“科考人員首次使用無人纜控潛水器完成南大西洋非活動硫化物新區探測并取樣，標志我國大洋科考進入機器人時代。”陶春輝告訴記者，自主研制的搞技術裝備在航次調查中發揮了重要作用。
成功布放的深海綜合錨系浮標觀測系統，可長期連續采集目標區域內的氣象等資料并通過衛星實現數據實時傳輸。該系統為我國首次布放于遠洋的多參數綜合觀測系統，對我國在西南印度洋洋中脊相關區域開展科學研究具有重要意義。
兩套深海聲學深拖系統在大西洋得到考驗?？朔藱M向風流、光衰減偏大等困難，獲得南大西洋兩個熱液區的高精度資料,為洋中脊熱液區微地形和硫化物小尺度分布規律研究提供了關鍵數據。
此次“大洋一號”科學考察船上還搭載了深海淺層巖芯取樣鉆機等高技術裝備。
樣品管理日臻完善
“值得一提的是，在航次出航前，大洋協會相繼出臺了《大洋航次現場管理規定（試行稿）》和《大洋樣品管理實施細則（試行稿），這也是大洋科考首次完善了航次現場樣品合理分配使用。”中國大洋協會辦公室副主任李波介紹。
中國地質大學（北京）教授、第二航段樣品管理員蘇新說，要對樣品進行準確分類和標識并不簡單。舉例來說，多金屬硫化物比較復雜，像海底常見的沉積物，缺乏描述規范。舉例來說，如海底能看到的白煙囪在陸地上是看不到的，這種煙囪在海底還有很多種，陸地上沒有。如何準確地描述樣品？只能邊摸索邊做。
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