“大洋一號”的勘探之旅

    “2005年，中國有了首次環球科學考察，2009年是第二次，剛剛完成的是我國深海探測史上第三次環球科學考察。”中國大洋科考第22航次首席科學家陶春輝說，如果把首次環球科考定義為探索之旅，

    在369天、6萬多海里、跨越三大洋的勘探之旅中，中國科學家發現了什么？他們在船上工作生活又是怎樣的？昨日，記者登上“大洋一號”，逐一解開這些謎底。

    繼續探尋“黑煙囪”

    陶春輝告訴記者，“大洋一號”所執行的三次環球科學考察，都有一個與未來經濟發展密切相關的重要任務——“捕獲”海底熱液硫化物“黑煙囪”。

    為什么要找尋這個“黑煙囪”？

    據陶春輝介紹，“黑煙囪”其實是大陸板塊與海洋板塊之間的火山口，位于海底熱液區，狀如煙囪，富含各種稀有金屬，是世界各國關注的礦產資源。

    “地球表面有7大板塊，板塊與板塊之間，總愛相互推搡，板塊交界處就是海底最活躍的區域。因為海底擴張，深海底部形成了巨大山脈，它們在科學上被叫做大洋中脊，這樣的中脊在太平洋、大西洋和印度洋3個大洋都有，全部連起來，長度有6—8萬公里，是地球上最大的山脈。在考察過程中，科考船的行進線路也是沿著海底山脈前進。”

    由于板塊運動，大洋中脊的擴張中心會產生很多裂隙和斷裂，冷且密度大的海水在這種高滲透的巖石中下滲到較深的地殼下面，由于受到高熱流或深部巖漿活動的熱驅動，海水會從各種周邊巖石中溶解出大量的礦物質，形成高溫并富含多種金屬成分的熱液。

    另外，由于受熱膨脹的海水降低了密度，熱液會沿裂隙上升噴發，它在與海底表面往往只有幾攝氏度的冷海水混合時，溶解在其中的金屬成分就會沉淀，而有的會進一步形成“煙囪”，這些“煙囪”就像桂林山水的鐘乳石或者是陸地上的煙囪一樣聳立于海底。截至目前，我國科考人員發現的 “煙囪”最高者達26米，大約等同于5層大樓的高度。

    陶春輝說，這些海底“煙囪”有著要么拳頭大，要么澡盆大的口子，晝夜不歇地向海水里噴射熱焰。目前世界各國的研究人員發現，海底的“煙囪”共有“白煙囪”、“黑煙囪”、“黃煙囪”三類，但是高溫型的“黑煙囪”更為普遍。

    陶春輝告訴記者，尋找海底“黑煙囪”對一個國家來說有著相當重要的意義，這種黑色的物質幾乎包含了工業社會需要的各種資源，電子工業需要的銅，鋼廠需要的鎳和鋅，制造純平顯示器需要的銦，甚至還有貴重金屬黃金，都可以在“黑煙囪”中找到。“黑煙囪”周圍還會形成一個特殊的生態系統，一個不靠陽光、不靠光合作用的“黑暗生物群”，這個生物群的多樣性堪比熱帶雨林，不僅生物醫藥的發展大有裨益，由于這些生物生長環境與地球生物最初產生的環境相似，科學家也希望通過研究這一群落來找到生物起源之謎。

    但是，尋找海底“黑煙囪”無異于大海撈針。陶春輝說，地殼運動在深海底部形成了巨大山脈，上面大約每隔100公里，才有一個煙囪群，哪怕有精確的經緯坐標，都不一定能找到，因為幾千米深的海底沒有一絲光亮。

    2007年，“大洋一號”第19航次在西南印度洋發現了第1個海底熱液區，自此，經過四年多努力，我國已在三大洋發現了33個海底熱液區，占世界三大洋30多年來發現熱液區的十分之一強。“要知道這樣的成績我們只花了五年時間。”陶春輝臉上不無自豪。但他同時表示，中國對熱液的研究還處于發現和認知階段，同國外此領域的前沿研究尚有差距。 國產科研儀器大顯身手

    在此次科學考察中，我國自主研制的高技術裝備發揮了重要作用。比如，深海綜合錨系浮標觀測系統、拖曳式資源綜合探測系統及中深孔巖芯取樣鉆機均是第一次在航次調查中投入使用并獲得成功，科研人員還在熱液區成功應用了無人纜控潛水器（ROV）和深海聲學深拖等重大高新裝備。

    此次科考中第一個亮相的是深海綜合錨系浮標觀測系統。在第一航段西南印度洋高緯度地區，科研人員將其成功布放在海中。這個系統可以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，“這是我國首次布放于遠洋的多參數綜合觀測系統。”陶春輝說這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。

    大型深海作業無人纜控潛水器系統“海龍”號是此次科考中第二個亮相的尖端設備。別看它是個重達3.5噸的巨無霸，到了海底卻無比靈巧，最深能潛到海底3500米。有了它，深海科考不再為“看得見摸不著”而苦惱，技術人員可以在船上遙控它的兩只機械手，抓取礦石樣品或者逮深海里的螃蟹，就跟人手一樣靈活。陶春輝介紹，在第二航段，這個大家伙大展身手，兩次下水，取得硫化物、玄武巖等樣品和數碼照片。“海龍”號的成功使用，標志著我國成為國際上少數幾個能使用水下機器人開展洋中脊熱液調查和取樣的國家之一。

    隨后出場的兩套深海聲學深拖系統在大西洋克服了橫向風流、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。

    拖曳式資源綜合探測系統在第四航段首次成功試用，獲得了寶貴的南大西洋多金屬硫化物礦藏資料。對拖曳式探測系統，陶春輝用了個形象的比喻：它就像一臺B超機，對海底資源做體檢。它能被“大洋一號”用纜繩拉著，潛下數千米深的海底，探測海底巖石中含有的金屬成分。有了它，“大洋一號”就能對深不可測的海底進行更加全面的探測。

    深海底中深孔巖芯取樣鉆機到了第八航段才 “一現芳容”。作為國家“863”計劃海洋技術領域重點項目的成果，具有完全自主知識產權，它能在3000多米深的海底巖石上鉆孔取樣。陶春輝告訴記者，在東太平洋區域，鉆機完成了2個站位的作業，分別鉆進2米和4米，均取得了硬巖柱狀樣品，“可以說，我們在多金屬硫化物資源勘查上又多了一大利器。”

    “80后”成為科研主力軍

    陶春輝告訴記者，本航次先后共有來自全國32家科研單位和院校的218位科考隊員參加了海上調查任務，既有在讀的大學生，也有為大洋事業奮斗了幾十年的“老大洋”。其中年齡最小的22歲，年齡最大的61歲，平均年齡38歲。擔任本航次的6位首席科學家有5人都在45歲以下，大批80后的科考隊員逐漸成為了海上工作作業的骨干。據了解，80后的科考隊員有91人，占到了全體科考人員的42%。

    這么多人，這么長的時間，為保證所有工作人員的生活質量，“大洋一號”出發時帶了100噸飲用水，船長曹業政告訴記者，船上有兩臺海水淡化機，每天能淡化海水25噸，船員洗澡這樣的需求能夠滿足。

    按照國際慣例，船上工作人員分為三撥，都是工作4小時，休息8小時。不過這只是一般的作息時間，當進行水下作業時，船員必須隨時按照指示調節船只運行軌道，科學家們必須緊盯監視屏，不能有絲毫松懈。水下作業少則六、七個小時，多則十幾個小時，長時間高強度的工作當中，沒有休息時間，不僅要求專業技術過硬，更要有驚人的毅力。“雖然我們要求科研人員工作時間不能超過6個小時，但真正干起來，人手不足的情況下，很多人都會超過6個小時。”

    科研途中，“大洋一號”會不斷地停靠港口進行補給。“我們最長的一個航段，是在海上航行了45天。”曹業政說，從廣州出發，除了從南海進入印度洋時遇到了9級風，“大洋一號”的路途波瀾不驚，先后在南非的開普敦、巴西的薩爾瓦多、巴拿馬，還有厄瓜多爾的瓜亞基爾，進行了8次補給，“主食都是從國內出發時帶的，但是蔬菜和水果需要到當地進行補給，這樣才能保證船上人員吃上新鮮的食物。”

    300多天的時間里，科研人員只能通過網絡與家人聯系，有的隊員父親去世了，但他不能回去看父親最后一眼；有的隊員妻子分娩，但自己也不能回去陪伴……正是因為有了這群“舍小家、顧大家”的科研人員，中國大洋科考事業在短短的時間取得了長足進步。最令陶春輝自豪的是，以前中國科學家為進行海上科考，要想辦法加入到外國科研機構的科考項目中，如今，隨著我們科研平臺的改善，科研實力的提升，很多外國科研人員愿意加入到我們的科研項目中來，幫助我們做課題、做項目，這次“大洋一號”在每個停靠點，都與當地科研人員開展了廣泛合作。（記者 趙笛 周光輝）