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我国大洋科考进入机器人时代

行业上下游中国仪表网2011年12月19日 09:47人气:3424

  12月11日,“大洋一号”圆满结束我国第22航次科学考察任务,回到母港青岛。这是我国规模最大的一次远洋科学考察,也是我国第三次环球科学考察。从去年12月8日,“大洋一号”离开广州到近日回到青岛共历时369天,经历9个航段,航程相当于绕地球赤道三圈。
  
  12月11日上午,圆满完成我国大洋第22航次环球科考任务的“大洋一号”船缓缓驶入青岛奥帆中心码头。
  
  这是“大洋一号”第三次执行环球科学考察任务。这也是我国大洋科考史上时间最长、航程最长的航次,调查区域涉及印度洋、大西洋和太平洋,共有来自广州海洋地质调查局、国家海洋局第一海洋研究所、国家海洋局第二海洋研究所、国家海洋局第三海洋研究所和北京大学等国内外32家单位、218人参加了此航次。
  
  新发现16个海底热液区
  
  “科考人员在此航次中共发现16处海底热液区,接近我国已发现数量的一半。”航次总首席、国家海洋局海洋二所研究员陶春辉说。
  
  海底热液活动区中的多金属硫化物是目前日益受到国际关注的一种海底矿藏。大洋中脊处地球两大板块相互拉扯,在海底就出现了裂痕,海水进入小裂缝里,被地下上千摄氏度的岩浆加热,密度变轻喷涌而出,并带出了地下的矿物质。这样就形成了热液区。条件好时这些矿物质遇到海底的冷海水会形成硫化物沉积到海底,像“烟囱”的形状一样堆积起来。
  
  这次发现的热液区(很可能有“大烟囱”)包括南大西洋5处、东太平洋11处。其中在南大西洋发现的一处热液区是目前南大西洋洋中脊发现的最南端热液区。这些海底热液区“冒烟”地方的水温比较高,最高可达到400多摄氏度,而周围的水温仅有几摄氏度。
  
  找烟囱是现实版的大海捞针
  
  在大洋中脊,大约平均每隔100公里才有一个烟囱群(热液区)。在陆地上找到相距100公里的拳头大小的物体不易,在2000—4000米深没有一丝光亮的海底就更不容易。陶春辉说,别人找到烟囱,就算告诉你精确的经纬度坐标,再去找也未必能找到。
  
  但寻找“烟囱”对一个国家来说有着相当重要的科研意义,它是可能发现生命起源和大洋演变的重要证据。
  
  第三和第四航段首席科学家、国家海洋局第一海洋研究所副研究员杨耀民告诉记者,他所负责的两个航段共发现了两处海底热液区,其中南太平洋最南端海底热液区位于大洋洋中脊和地幔热点的交汇处,“目前在北大西洋发现了大量海底热液区,由于地质构造背景相同,也许通过对比研究,能在南大西洋找到更多的‘烟囱’,这将有利于研究地球构造演化、洋脊构造地质运动。”
  
  第三和第四航段首席科学家、国家海洋局第一海洋研究所杨耀民副研究员告诉记者,他所负责的两个航段调查过程中,发现了两处海底热液区,初步确定了4个潜在的热液异常区。其中南大西洋最南端海底热液区,构造地质背景为洋中脊和地幔热点相互作用环境。
  
  “目前在北大西洋发现了大量海底热液区,由于南大西洋脊地质构造背景与北大西洋脊具有较大的可对比性,通过对比研究,推测南大西洋具有大量热液活动区产出的地质条件。同时,相比全球其他洋脊,南大西洋脊区域调查程度较浅,在该区域开展科学调查,也对研究全球地球构造演化、洋脊岩浆活动等起到很大的补充。”杨耀民说,从地理上来讲,大西洋是此次调查的三大洋中离我国最远的一个,对该区域进行调查是经过充分科学认证的,与北大西洋相比,人们对南大西洋的研究要少得多,在该区域进行调查,较易产出创新性科研成果。
  
  热液区周围形成的特殊生态系统也值得关注,它是一个不靠阳光、不靠光合作用,而是依靠地球内部热量进行化学合成作用的“黑暗生物群”,有虾、有蟹,还有蠕虫。陶春辉说,这些热液区生物的存在也颠覆了人类对生命的固有理解:此前一直认为生物都要氧气才能活下去,但热液区生物,赖以生存的却是“硫”,或者说它们靠吃“硫”活下来——这是一种对人类来说剧毒的环境。这种热液区或许蕴藏了生命起源的奥秘。
  
  首次在南大西洋开展大面积生态调查
  
  生活在100℃至400℃海底热液区的生物什么样子?“大洋一号”船上展示的一种人称“盲虾”的海底生物标本吸引了大家的注意。
  
  “盲虾因为生活在海底,没有阳光,所以眼睛逐渐退化。”杨耀民说,在南大西洋一处海底热液区观察到大量“盲虾”,它们像从蜂窝里飞出的蜜蜂一样,非常密集。
  
  另一种最值得一提的发现就是第五航段科研人员在南大西洋利用深海生物组合取样器抓到了一条热液鱼。
  
  因为十分珍贵已经冷藏,记者没能亲睹其庐山真面目。但从陶春辉的描述和照片中已略知一二:头大,体型呈蝌蚪状,体长约60厘米,重约1斤,鱼眼凸起,呈灰色,体表无鳞,但有坚硬刚毛。此鱼还有一大特点,离开热水就死。
  
  “生物学家初步判断可能是人类所未知的新种。”陶春辉说,这也为深海大型生物研究提供了珍贵研究资料。
  
  此次科考一个亮点是首次在南大西洋开展大面积生态调查。
  
  航行中,科考人员首次获得不同深度水体中的微生物滤膜样品和大空间尺度不同环境的基因资源样品,为深海微生物多样性研究和基因资源获取提供了珍贵样品;首次获取了多金属结核环境特别受关注区内大范围、多站位、全深度的环境数据及生物和微生物样品;首次在中印度洋获取了密集的环境参数,为印尼贯穿流对印度洋环流及气候影响研究提供了关键实测资料;在西南印度洋首次布放深海综合锚系浮标观测系统,连续采集的气象要素通过卫星实时传输;在东太平洋海域布放并成功回收了深海锚系,获得了热液区长达111天的资料。
  
  自主研制高技术装备使调查发现如虎添翼
  
  水下2000米,3500米无人缆控潜水器(俗称“机器人”)的机械臂靠近了硫化物,因为风化厉害,硫化物已变得非常酥软,一碰就掉“皮”,附近海水马上变得浑浊,继而影响操作视线。海面母船上的操作手把机械臂旋转到位,迅速捕捉,不仅将硫化物完整取样,还“顺便”将长在硫化物上的珊瑚一并轻轻地放入采样框里。
  
  “科考人员首次使用无人缆控潜水器完成南大西洋非活动硫化物新区探测并取样,标志我国大洋科考进入机器人时代。”陶春辉告诉记者,自主研制的搞技术装备在航次调查中发挥了重要作用。
  
  成功布放的深海综合锚系浮标观测系统,可长期连续采集目标区域内的气象等资料并通过卫星实现数据实时传输。该系统为我国首次布放于远洋的多参数综合观测系统,对我国在西南印度洋洋中脊相关区域开展科学研究具有重要意义。
  
  两套深海声学深拖系统在大西洋得到考验。克服了横向风流、光衰减偏大等困难,获得南大西洋两个热液区的高精度资料,为洋中脊热液区微地形和硫化物小尺度分布规律研究提供了关键数据。
  
  此次“大洋一号”科学考察船上还搭载了深海浅层岩芯取样钻机等高技术装备。
  
  样品管理日臻完善
  
  “值得一提的是,在航次出航前,大洋协会相继出台了《大洋航次现场管理规定(试行稿)》和《大洋样品管理实施细则(试行稿),这也是大洋科考首次完善了航次现场样品合理分配使用。”中国大洋协会办公室副主任李波介绍。
  
  中国地质大学(北京)教授、第二航段样品管理员苏新说,要对样品进行准确分类和标识并不简单。举例来说,多金属硫化物比较复杂,像海底常见的沉积物,缺乏描述规范。举例来说,如海底能看到的白烟囱在陆地上是看不到的,这种烟囱在海底还有很多种,陆地上没有。如何准确地描述样品?只能边摸索边做。
(本文来源:科技日报 转载请注明出处
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