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9月15日，上海自然博物馆举行第120期绿螺讲堂《深海探秘》，由同济大学地球与海洋科学学院周怀阳教授主讲，解密大洋深处的探索历程。 , z, C- m! L# j8 |. Y2 W
“深海探秘” ! }! }2 g! i: j9 N- B( j; @
第120期绿螺讲堂
3 P3 M4 g' u3 s2 y% K; r% L# k 航向南溟 ( ^, B8 I2 j8 X- h; t
你去过远海吗？有时那里风平浪静，有时却变幻莫测。
. X. T6 H& W- p% k2 U 那深海呢？ / ?, ?/ Y( I f- `
在江上航行的人会说：10米深的航道就是深水航道；开采海油的人会说：不，300米以下我们叫深水油气。
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; [$ d: h% j4 E$ w; D9 w" F 但是海洋学家会说：2000米以下的才叫深海，那里完全是另一个世界。
; G) X5 h0 Z, x W% B9 L0 G 今年同济大学主导了两个“南海深部计划”探秘的航次，下潜的最大深度是3850米，我们对从南海东北到中南部陆坡的冷泉、海山和特殊沉积区高效地进行了33次科学下潜考察，还做了国内第一次深海海底科普直播。 * M7 V3 A; D" q% R) g! o6 J
& H1 {* Q! D/ P/ q" y* i: @ ▲烟灰蛸、火山岩柱节理、冷水珊瑚、杜父鱼 0 b) b' p$ n4 A7 q, L8 [& I
南海在中国典故中被称作“南溟”，意思是南边的大海，《庄子·逍遥游》里说：“南溟者，天池也”。这次在南海海底发现的一个古热液区，就被命名为“南溟”。 ) ^7 m9 m6 g# s. ]) Z
探秘之旅 0 P( u% J- i: p
探秘1：寻找海底热液
+ u5 c) C0 F6 o 所需装备：温度浊度传感器、电视抓斗
, k p/ P+ s' u 现在我们在南海看到的海山在几百万年以前是活火山，这些热液区在那时也是活动着的，几百万年之后的今天它们已不再活动，所以叫它“古热液区”。
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( _$ F+ ^) b* I" z+ q1 k! z ▲古热液烟囱样品 4 g8 q. b0 E, J. B$ O
不过，在地球板块扩张的区域，现在还有许多海底活火山，那儿就不一样了，会有300多度的热液喷出来。 . r' i2 g7 w6 q0 b
+ a. E: `# a2 ]# F ▲全球海底热液分布图（红点是热液区）
/ H: _* V1 u1 l 2000多米深海温度一般在2摄氏度左右，是生命“沙漠”，而热液口就是沙漠里的“绿洲”，有着非常繁茂的生命。 1 g" U( Y# ?( ~
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说到探测热液口，关键在于温度——正在活动的热液口会持续产生高温羽流。我们会先把一个携带温度浊度传感器的探测装置放到海底，哪里热就往哪里走，这样就能先找到大的活动羽流区域，并不断逼近羽流根部。 & s( v8 m0 O+ r+ G+ R8 r/ k" Q N
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知道羽流根部大概位置，也就知道了热液口的大致在哪儿，随后从船体放下这个装着摄像头的电视抓斗采样。
- J- {+ {; k7 U$ r0 }. l) T 探秘2：寻找海底锰矿 7 @0 n! |" t1 K
所需装备：无缆自返式抓斗、箱式沉积物采样器、多管沉积物采样器
; I" x, s: H3 D" Z3 d, z 不过毕竟热液口只是少数，深海还有什么呢？ + l, H0 \5 a. Z6 r; `9 z9 U
——有生物，少但是奇异的生物；
3 E! ?& Q) ^* q ——有泥巴，多而且积累了上万年的无生命碎屑；
2 x* w0 D9 n; a8 A* B ——还有“海底兵马俑”，上百万年富集而成的深海铁锰结核。 : F- t# C( j) n# W" L& ]: j
+ ?" [' z; ?' g& [% K ▲海底密集的铁锰结核
6 B' g2 Y: E" E$ H6 O1 v. ^ 铁锰结核是可利用的海底矿藏，其中的金属锰可用于制造锰钢、金属镍可用于制造不锈钢、金属钴可用来制造特种钢。 : L* x' P0 \; A' R
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▲南海海底铁锰结核区
- V/ e8 p% A' B C& n, H “这次我们从南海新发现一处迄今规模最大的海底铁锰结核区，并基本确定了2013年发现的蛟龙海山铁锰结核区的分布范围和分布特征。”
1 V9 P( q8 {9 l/ J4 }; t9 Y( A 探秘3：绘制海底地形图 & k$ z7 ~( e% p3 e: y0 ] B: c
所需装备：多波速回声测探仪、AUV（水下飞机） $ F' K* G8 b$ Z: o1 ]
海底像陆地一样，也会有高低起伏、沟壑和山丘，怎么知道地形呢？
% F4 w o u: H7 p9 N- D3 U 用回声探测仪，也就是声呐，一种利用声波在水下的传播来测量距离的仪器。现在的多波速声呐一次能同时打很多信号下去，得到很多点的数据。
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: u, G. b9 `% H# c) X3 K “不过有时候，也会因为航程时间紧张，不能测完每一个细节之处。2010年我们在西南印度洋花了四天时间测了一处海域的海底地形，图中空白的地方就是没有时间测了。”
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▲2013年周怀阳教授发表于Nature的文章 7 ^5 n5 ~" C: w7 r( c8 i+ n
“即使这样，依然有1%左右的误差，比如从船上向3000米的海底发射信号的话，就会产生30米（大概十层楼）的误差。那如果我可以让发射信号的机器离海底近一点，比如离海底只有30米呢？误差是不是只有0.3米了？”
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, t& Y; u2 J& N- k7 b 这就是AUV——“水下飞机”的好处。
9 w/ Y( ]: b" u4 j* W 探秘4：定点下潜
8 V6 l9 X/ K% L3 [' C, e( O0 t. {$ @ 所需装备：“深海勇士”号载人深潜器、“ROPOS”号遥控深潜器 0 D% b8 Y9 o+ w3 Q
1874年，“挑战者”号在历时3年的环球航行中第一次对深海做了系统调查。一百多年以后，人类做到了离海底几千米的船上遥控水下机器人，美国的阿尔文号在五十多年前就已经能够载人下潜到深海，我们也想要下去看一看。 2 I% r1 M2 M- C! |' }% Q
今年“南海深部计划”执行了两个下潜航次。 # r& N! s! z, c* k
一个是我做首席科学家的“ROPOS”号航次，这一次是租借的加拿大遥控深潜机器人“ROPOS”，用的是厦门大学“嘉庚”号科考船。
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另一个是“深海勇士”号载人深潜科学考察航次，这是我们国家第二台自行研制的深海载人潜水器，用了13天，下潜了11次，同济大学82岁的汪品先院士下潜了3次。
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未来的深海探索
% z! {8 @6 _ ^- B9 ]) G! a 当前对南海的开发主要在浅海，而揭开南海真正的奥秘却在于深海。
: H+ x. g6 {0 q- I( L) g4 A" b- u 而除了深潜，中国未来的深海探索还会用到深钻、深网，海洋学领域仍然有很多我们想做而做不到的事情。
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6 C8 J1 C8 f( `3 v/ ~ “鹏之徙于南冥也，水击三千里，抟扶摇而上者九万里”。今天的听众如果未来想到深海去做研究，希望能研制出我们的国产仪器，不断取得新的科学发现。 ) D& [& Y& w9 _, C" y
8 I O* B% O2 V' Q( n: E3 a, Q 绿螺讲堂 | 第120期 7 n; G. J2 L! s- T! T6 S7 R
文字丨余一鸣 . b5 c: g3 g! F6 ]. `6 l& @
文中未标注图片均来自嘉宾PPT
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本文为上海自然博物馆（上海科技馆分馆）原创，
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