深海著陸器：海底的人造“海洋之眼”

第二看臺(tái)

近日，我國(guó)新一代遠(yuǎn)洋綜合科考船“科學(xué)”號(hào)在南海成功回收了我國(guó)國(guó)內(nèi)首套連續(xù)工作超一年的“深海著陸器”。

在過(guò)去375天里，被稱(chēng)為人造“海洋之眼”的深海著陸器，在水深1130米左右的南海北部一冷泉噴口處，進(jìn)行原位觀測(cè)，帶回了約186千兆的冷泉區(qū)高清影像和傳感器數(shù)據(jù)資料。

深海著陸器為什么布放在南海冷泉區(qū)？著陸器上攜帶了哪些高科技“武器”？這些數(shù)據(jù)將揭開(kāi)冷泉生態(tài)系統(tǒng)哪些深海秘密？在冷泉區(qū)布放著陸器有什么技術(shù)難點(diǎn)？中國(guó)科學(xué)院海洋研究所特聘研究員、著陸器2016年測(cè)試和布放航次的首席科學(xué)家張?chǎng)螌?duì)此進(jìn)行了解答。

將實(shí)驗(yàn)室搬到了海底

南海冷泉區(qū)，這是此次深海著陸器工作的主要戰(zhàn)場(chǎng)。

冷泉，顧名思義，溫度較低，但又非一個(gè)“冷”字可以概括。

張?chǎng)握f(shuō)，冷泉是一種以水、碳?xì)浠衔?天然氣和石油)、硫化氫、細(xì)粒沉積物為主要成分，溫度較低，流體溫度與海水溫度相近的流體，主要分布在被動(dòng)陸緣和主動(dòng)陸緣斜坡海底沉積面之下。

冷泉反映了海底的一種極端環(huán)境，但在這種環(huán)境中又生活了大量的生物，它們不依靠陽(yáng)光而生存，正因如此，冷泉成為地球科學(xué)以及生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

這次考察的南海冷泉區(qū)主要位于臺(tái)西南海域。“該海域冷泉區(qū)已經(jīng)活動(dòng)了很長(zhǎng)時(shí)間，形成了大量自生碳酸鹽巖，其噴口周?chē)哺患罅康纳铮饕詽撴z蝦、鎧甲蝦、貽貝、阿爾文蝦為主。此處生物群落繁茂，水深1130米左右。”張?chǎng)握f(shuō)，經(jīng)過(guò)綜合考慮，項(xiàng)目組選擇對(duì)該海域的冷泉區(qū)進(jìn)行細(xì)致的長(zhǎng)期原位觀測(cè)。“如果將樣品取上船再做分析研究，變化的溫度和壓力將導(dǎo)致海底生命的死亡，所謂原位探測(cè)，相當(dāng)于將實(shí)驗(yàn)室搬到了海底。”

自己編程自動(dòng)“叫醒”

2016年9月8日零時(shí)，激動(dòng)人心的時(shí)刻到來(lái)，借助“科學(xué)”號(hào)母船的同軸鎧裝通訊電纜，重達(dá)近兩噸的深海著陸器，被緩緩放至臺(tái)西南海域冷泉區(qū)。

張?chǎng)握f(shuō)，如果將一個(gè)海域比作一個(gè)房間，深海著陸器相當(dāng)于在房間里安了個(gè)攝像頭，能夠監(jiān)控水下生物的生活規(guī)律。“它能夠自己編程，一般每隔幾個(gè)小時(shí)‘醒’一次，監(jiān)控兩分鐘左右又進(jìn)入夢(mèng)鄉(xiāng)。”此次布放前，科學(xué)家已將這臺(tái)著陸器進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的試布放。

與之前著陸器相比，這是國(guó)內(nèi)首套在深海連續(xù)工作超過(guò)一年的深海定點(diǎn)觀測(cè)系統(tǒng)。張?chǎng)握f(shuō)，要讓系統(tǒng)在深海工作這么長(zhǎng)時(shí)間，需要進(jìn)行特別的低功耗設(shè)計(jì)。“每天每個(gè)系統(tǒng)都需要工作四次，每次幾分鐘，加起來(lái)一年就要消耗很多電力，此外系統(tǒng)待機(jī)的時(shí)候也需要消耗電力。”

尤其值得一提的是，這次著陸器布放的位置是在活躍的冷泉區(qū)。與廣闊的臺(tái)西南海域相比，冷泉冒泡的噴口也就與陸地上的籃球場(chǎng)大小相當(dāng)，布放時(shí)需要船、潛水器和著陸器緊密配合，才能將近兩噸的著陸器一點(diǎn)點(diǎn)地準(zhǔn)確挪至噴口。

多功能的深海作業(yè)平臺(tái)

受科技水平限制，人們對(duì)海洋的認(rèn)知多是通過(guò)航海取得，對(duì)海洋過(guò)程的觀測(cè)只能是表面的、短暫的、不連續(xù)的。隨著技術(shù)的發(fā)展和探測(cè)需求的推動(dòng)，科研人員的視野不再局限于海表，而是想深入“虎穴”進(jìn)入海水以下進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)期的觀測(cè)。

“著陸器也是作業(yè)平臺(tái)，可以完成多種原位傳感器數(shù)據(jù)資料的獲取工作”，張?chǎng)握f(shuō)，此次布放的深海著陸器搭載了CTD設(shè)備，以獲取冷泉區(qū)域的溫度、鹽度、深度。為了能使深海著陸器這只“眼睛”看得更多更全面，深海著陸器上也可以搭載其他傳感器，諸如pH傳感器、甲烷傳感器、二氧化碳傳感器、原位光譜傳感器等。

300多天里，系統(tǒng)攜帶高清影像系統(tǒng)，成功獲取了冷泉噴口附近眾多生物群落生長(zhǎng)演化的高清影像資料。張?chǎng)握f(shuō)，這些參數(shù)和影像的獲得，將為解析冷泉生態(tài)系統(tǒng)生物群落變遷、生活史演替、種群補(bǔ)充機(jī)制、生物活動(dòng)機(jī)制等重要基礎(chǔ)生物學(xué)問(wèn)題及其與環(huán)境之間的關(guān)系提供重要的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

作為目前我國(guó)觀測(cè)時(shí)間尺度最長(zhǎng)的化能生態(tài)系統(tǒng)原位定點(diǎn)觀測(cè)平臺(tái)，該系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的成功回收也將成為回答冷泉關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)與上層水體水動(dòng)力過(guò)程、地質(zhì)活動(dòng)關(guān)系等科學(xué)問(wèn)題的金鑰匙，提升我國(guó)深海生態(tài)系統(tǒng)的國(guó)際影響力。