再度挑戰“挑戰者深淵”

這是一個非常值得關注的事實：在月球表面行走過的人，比到過地球最低點的人還多。在1969～1972年的六次“阿波羅”任務期間，一共有12人進行過月面行走。然而，探索過地球終極深度的人迄今為止才只有區區兩人——他們的名字分別是雅各·皮卡德和唐·沃爾什，他們對馬里亞納海溝最低點——所謂“挑戰者深淵”(位于馬里亞納群島附近的馬里亞納海溝南端的一個巨大凹陷，深約11000米，是迄今已知的地球海洋最深處)的探險發生在1960年1月，至今已過去了50多年。

的確，深海壓力巨大，極端寒冷，要想到達那里十分困難。可是，把人類送到太空也同樣很困難。那么，科學家對兩者的探索為什么存在如此大的差異?這得回溯到冷戰時期：美蘇兩國在太空探測方面你爭我斗，在海洋探索方面卻不存在這樣的競爭。可喜的是，如今一些私人企業或組織已開始率先“接管”深海探秘。例如，美國著名電影制作人詹姆斯·卡梅倫計劃把一艘載人潛艇送入馬里亞納海溝，為影片《阿凡達》的續集取景。2011年早些時候，英國維珍銀河公司老板理查德·布蘭森發布了他的單人“維珍海洋”潛艇計劃，目的是造訪地球全部五大洋的最深處，其中包括“挑戰者深淵”。至本刊發稿時，“維珍海洋”潛艇仍在測試中，如果測試順利，它的首次地球最低點潛水最早會在2012年進行。

維珍銀河公司此前就已因開展私人太空旅游而聲名大噪，而這次多名科學家又簽約“維珍海洋”計劃，他們希望通過該項目尋找一長串問題的答案，這些問題包括深海海溝的生態、海溝對地球地質的作用，等等。

皮卡德和沃爾什當年是乘坐“的里雅斯特號”——一艘形狀像倒過來的熱氣球的奇異潛艇潛入馬里亞納海溝的。這艘美國海軍潛艇靠自身重量進入海溝，然后丟棄數噸的鐵讓自己反沖上浮。它在“挑戰者深淵”底部待了20分鐘，在此期間，艇上二人一邊吃巧克力一邊透過潛艇舷窗觀察外面。他們看見一只蝦狀動物漂浮在墨黑的海水中，這是生命能夠在超過海平面壓力1000倍的大洋深淵存活的首個證據。

1995年，日本無人深潛器“海溝號”在“挑戰者深淵”拍攝到蟲形動物、一只海參和一些蝦的照片。2009年5月，美國麻省伍茲霍爾海洋學研究院的無人深潛器“海神號”從“挑戰者深淵”底部搜集了海水和巖石樣本。這些，就是人類與海洋最深處已有過的全部交往。

大約2500千米長、平均寬度為70千米的馬里亞納海溝，是地球表面一道長長的疤。它形成于大約5000萬年前的地質潛沒(指一個大陸板塊降到另一個下面，發生這種情況時由于地球內部的高溫會產生巖漿，世界上80％的火山都是這樣形成的)，當時太平洋板塊開始下降到西面較小的馬里亞納板塊的下面。在地球大部分海底，洋流能把生物推來搡去，但馬里亞納海溝是如此之深，洋流根本不能影響其底部，這就使得這條海溝和其他海溝一樣，成為了孤立的進化環境。

早在151年前，偉大的生物學家查爾斯·達爾文就向我們說明了一種類似的隔絕后果——加拉帕戈斯群島動物群出現怪異的體態(例如烏龜的個頭變得極大)，還創生了達爾文鳴鳥亞科的微妙多樣性，其中每一種鳥都絕佳地適應了其所在島上的獨特生態環境。但島嶼大多是友善之地，飛行的動物、孢子和花粉都能上島。而極大的水壓、很低的溫度，以及徹底的黑暗，使得海溝對大多數動物來說都是致命的。這意味著，在海溝里發現的生命很可能在海溝剛開始形成時就已經出現在那里，并最終緩慢適應了環境的變遷。因此，科學家推測海溝里可能存在微生物的“失落世界”。

不過，研究深海海底生態并非像把探測器系在纜繩上丟進海里、抓到什么東西拖回來這么簡單，生活在如此深度的生物一般都挺不過浮上水面的過程——水壓的改變足以殺死其中大部分生物。因此，研究深海海底生態不能依賴纜繩式探測器，而要依靠昂貴的自動登陸器，它們運用水泵、過濾器和誘餌收集微生物樣本等，并就地進行分析。

這些儀器和工具聽起來不錯，但實際上還是不夠的。海溝中的能見度太差，就算用光照，也很難看清楚探測器周圍的環境。因此，經常會出現難以確定探測器是登陸在了懸崖上、溝壑里還是深海熱泉(熱液噴口)附近的情況。弄清登陸地點很重要，從地面生態可知，生物活性和多樣性根據當地地質及化學特性的不同而呈現出很大的差異。在諸如馬里亞納海溝這樣的潛沒帶，地質活動創生了深海熱泉和海底火山，而這些地貌哪怕在很短的距離上也能產生截然不同的化學成分和水溫。

“維珍海洋”潛艇或許可以在海溝大顯身手。按照計劃，“維珍海洋”潛艇將潛至關島的弧形列島附近，然后沿斜坡緩慢下降到“挑戰者深淵”。

科學家首先會將一系列登陸器沉到“挑戰者深淵”，其中每艘登陸器上都裝備有顯微鏡和DNA測序器等分析儀器，同時還搭載誘餌，以吸引和捕獲游過附近的動物。然后，科學家將乘坐潛艇潛入海底，對登陸器周圍區域展開調查。在沿著海底的兩小時漫游過程中，他們將通過聲納和視頻了解周圍的地貌情況。他們會造訪每一艘登陸器，潛艇上的質譜儀也將找尋與生命有關的氨基酸等化合物。

對于地質學家來說，他們則期待“維珍海洋”潛艇能幫助查明地球的大陸是怎樣形成的。根據一種主流理論，地球的第一片干燥陸地誕生于地球歷史的早期，當時水下潛沒板塊把上覆巖層強行往上推，最終推出海面形成弧形列島。隨著地質時代推移，板塊沿著斷層線進一步潛沒，再加上其他的板塊運動，導致弧形列島不斷遷移、碰撞、融合，最終創生了越來越大的陸地面積。要想檢驗這種理論是否正確，必須分析深海海底的巖石序列，而科學家迄今還只能盲干——把探測器盲目地扔到海底，如果扔錯了地方，就意味著數百萬美元的損失。

當板塊間相互潛沒或經過時，沿著潛沒帶累積的力量可能會突然釋放，催生海底巨大地震，同時引發毀滅性大海嘯，例如2011年3月襲擊日本東北部沿岸的海嘯。化學可能在其中起著重要作用：當一個海洋板塊在進入地球內部的曲折旅程中被擦掛、擠壓、加熱時，會創生一大堆不同力量的巖石，這可能控制著地震活動何時發生以及在哪里更集中。對這些過程了解得越多，科學家就越能弄清地震將發生在何處。

按照計劃，在下潛至馬里亞納海溝的過程中，“維珍海洋”潛艇將造訪一系列泥火山。在馬里亞納海溝的斜坡上遍布泥火山，這些泥火山噴出的不是火，而是被磨細的潛沒板塊及上覆巖層材料。探查這些活躍的泥火山，有助于科學家了解泥火山下面的材料、監測發生在那里的化學過程。當然，這是有風險的。泥火山所在區域的地質活動十分活躍，潛艇有可能會遭遇熱泉的爆炸性噴發等意外。海底懸石和洞穴的威脅更大，它們可能困住甚至損壞潛艇。

這就帶來了一個問題：“維珍海洋”潛艇究竟有沒有必要載人?事實上，探索

海洋最深處完全可以通過遙控無人潛艇或機器人來完成，就像“海溝號”和“海神號”任務，后兩者都獲得了成功。不過，載人深潛器對海底的探索，尤其是對意想不到而又令人感興趣的那些位置的探索，不僅更加靈活，而且更能吸引公眾關注。例如，對機器人登陸月球的公眾關注度肯定會大大低于真人登月。實際上，布蘭森的“維珍海洋”計劃正是旨在引起當年載人登月那樣的公眾效應，激發世人像關注登月那樣關注海洋探索。

把碳鎖閉在海底

對馬里亞納海溝斜坡上的泥火山的探索，不僅有助于我們揭示地震的成因，而且有助于我們判斷能否讓它們成為天然的碳隔絕機器。所謂碳隔絕，也叫碳封存或碳固定。大規模的碳隔絕被認為是移除大氣中二氧化碳、遏制全球變暖的一種快捷方式。不過，科學家對怎樣以及在哪里進行碳隔絕迄今尚未達成共識。

在像馬里亞納海溝這樣的潛沒帶，潛沒巖石中的液體(其中包含溶解的二氧化碳)在高溫高壓作用下進入泥火山的管道。隨著這些液體在火山管道里不斷上升，它們與海水混合，并與海水中的鈣、鎂等發生反應，最終生成碳酸鹽。就這樣，二氧化碳被鎖定數百萬年。

科學家向大自然學習，希望能把二氧化碳壓進海底火山里長期封存，這樣一來，控制全球變暖的難題即迎刃而解。不過這種思路是否可行迄今未知，其中最大的問題是：泥火山是否透水?另外，還需要開發出在海底火山鉆孔并灌入二氧化碳的低成本技術。科學家眼下首先要做的事情是為那些活躍的泥火山繪制地圖，然后查明它們是否透水。或許，有朝一日我們終將把碳廢物深埋在海底。

“海溝號”任務

“海溝號”是日本海洋一地球科技署為進行深海探索而開發的一艘遙控深潛器，也是到2010年為止到達過“挑戰者深淵”底部的僅有的三艘深潛器中的第二艘。從1995～2003年，這艘10.6噸重的無人深潛器進行了超過250次潛水，搜集了350種生物樣本(包括180種細菌)，其中一些可能擁有醫療和工業方面的用途。

說到海洋深測，首先必須提到英國皇家海軍勘測船“挑戰者號”在1872年12月-1876年5月進行的探險，正是這次探險所獲數據使得科學家繪制出了一些重要的海底地貌(例如大陸架邊緣和大西洋中脊)的大致輪廓地圖。這些探測數據是通過一種簡單技術取得的，即從船上放長線到海底，以此測量水深。這種方法雖然原始，“挑戰者號”仍然獲得了許多重要發現，其中就包括對“挑戰者深淵”的辨識。1875年3月23日，搭乘“挑戰者號”的科學家首次報告了“挑戰者深淵”的深度——8184米。

1960年1月23日，皮卡德和沃爾什乘坐“的里雅斯特號”深潛器下潛到“挑戰者深淵”底部，成為世界上最早到達那里的人。最初的報告說他們到達了11521米深度，但后來的計算把這一深度修正為10911米。在如此深度，水壓已經超過海平面標準大氣壓的1000倍。然而，在這樣的深度和重壓之下，深潛器的聚光燈仍然照射到了游弋的疑似比目魚。但從那以后，再也沒有載人深潛器重返“挑戰者深淵”。

1995年3月，“海溝號”成為繼“的里雅斯特號”之后第二艘抵達“挑戰者深淵”底部的深潛器。這次潛水測到的最大深度是10911.4米，也是迄今為止無人深潛器到達過的最大深度。“海溝號”在這一深度為大洋底生物(底棲生物)，包括管蟲(多毛蟲)和蝦子等，拍攝了照片和視頻。

1996年2月，“海溝號”重返“挑戰者深淵”，這一次它搜集了10898米深海海底的沉積物和微生物樣本。

1997年12月，“海溝號”在沖繩沿岸海底發現了“對馬島丸號”的遺骸，這艘沒有標記、日方聲稱為客貨船的船只在“二戰”期間被美國海軍潛艇“弓鰭魚號”擊沉。

1998年5月，“海溝號”再返“挑戰者深淵”，這次它搜集到了屬于海洋片腳類家族的一種甲殼綱動物。

1999年10月，“海溝號”在琉球海溝附近沖繩海域的2150米深度，實施了一次機器人機械操作，把測量設備與海底纜線連接起來，并于5110米深度發現了一種細菌，其包含的某些化合物有可能應用于美容品及半導體業。

1999年11月底，“海溝號”在小笠原群島附近海域的2900米深海海底，發現了日本宇宙開發事業團“H-2第八號”火箭的殘骸，這枚火箭于1999年11月15日發射升空后不久因引擎功能失調而自毀。

2000年8月，“海溝號”在印度洋中脊附近的2450米深度，發現了深海熱泉群及與之相關的深海生物群落。印度洋中脊位于西印度洋，是非洲板塊和印澳板塊之間的一道發散板塊邊界。

2003年5月29日，“海溝號”在臺風“燦鴻”肆虐期間丟失于汪洋大海。當時，連接它與水面發射器的鋼纜在四國島海岸斷裂。

“海神號”任務

2009年5月31日，美國的“海神號”抵達“挑戰者深淵”底部，成為造訪“挑戰者深淵”的第三艘深潛器，它到達的最大深度為10902米。

“海神號”由美國伍茲霍爾海洋研究院研發，是一艘用于探索11000米深度的混合式自動深潛器，其設計目的就是探索全球海洋最低點——“挑戰者深淵”。“海神”的英文名字是“涅柔斯”，涅柔斯是希臘神話中有著人身魚尾的海洋巨人——海神。

所謂混合式深潛器，是指深潛器能在海面附近無系纜運作，因此能探索更大的范圍。但為了在進行深潛的同時又具有高度的可操作性，深潛器系有一根由船上操作員控制的光纖光纜，其直徑與一根人發大致相當，只能承重4千克。“海神號”攜帶大約40千米長的光纜。這些光纜纏在兩個小罐子里，在“海神號”下潛過程中釋放出來。

“海神號”的重量約3噸，長度4.25米，寬度2.3米，由2000枚鋰離子電池為它供能。“海神號”運用兩個精確設計的陶瓷球或稱船身作為漂浮工具，而未采用深潛器常用的、重得多的復合泡沫塑料。每個船身包含700～800個直徑為9厘米的空心球，這一特殊設計的目的是應對極高的水壓。“海神號”還利用液壓操控的輕質機械臂來取樣，而且能在很高的水壓下操作。

在海底，“海神號”轉換為自由游弋模式，既可以像飛機那樣飛掠海底的大片區域，也可以在小區域內翱翔，開展實驗或搜集樣本。事實上，“海神號”在“挑戰者深淵”底部上方翱翔了超過10小時，在此過程中向母船發回了現場視頻。