探索馬里亞納海溝

張唯誠

8月12日，執行我國海洋科考史上第一次萬米級深淵科考作業的工作母船“探索”一號首航歸來，其搭載的“海斗”號無人潛水器成功進行了一次8000米級、兩次9000米級和兩次萬米級下潛作業，最大潛深達10767米，從而成為中國首臺下潛深度超過萬米并進行科考應用的無人自主潛水器。

與此同時，我國新建成的萬米級深淵科考母船“張謇”號也正在前往位于西太平洋的馬里亞納海溝，測試它搭載的“寶貝”——“彩虹魚”號萬米級（無人）潛水器和著陸器。未來的“彩虹魚”號將是一個系列，包括3臺萬米級著陸器、1臺萬米級無人潛水器、1臺萬米級載人潛水器。

海洋中的深淵

根據海水深度，國際海洋科學界將海深0～1000米稱為“淺海”；將1000～3000米稱為“半深海”；將3000～6000米稱為“深海”；將6000～11000米稱為“深淵”。據統計，地球上共有46個深淵帶，最深處是馬里亞納海溝的“挑戰者海淵”，深達1.1萬米。

馬里亞納海溝是地球表面的一道狹窄的“痕跡”，呈弧形，長約2500千米，平均寬為70千米，大部分深度超過8000米，它大約形成于5000萬至6000萬年前，那時太平洋板塊扎進了馬里亞納板塊的下面，太平洋西部由此形成了一系列海溝，馬里亞納海溝是其中的一部分，而“挑戰者海淵”就位于馬里亞納海溝的南端。

迄今為止，已有12個人實現了在月面上的行走，但抵達過海洋最深處的只有3人，可見著陸海洋最深處所要承擔的挑戰和風險并不亞于著陸月面。不過，人類對深淵的探索欲望從未減退，探索步伐也從未停止。深淵區內的海洋生物、海洋生態、海底地質等對地球生態、氣候、生命起源、地震預報等研究具有重要作用。

歷史上的“深潛先鋒”

1960年1月23日，瑞士探險家雅克·皮卡德和美國海軍中尉唐·沃爾什乘坐一艘模樣奇特的潛水艇下潛到了馬里亞納海溝的最深處“挑戰者海淵”。他們的下潛花了5個小時，在海底呆了20分鐘，深度顯示為10916米。

皮卡德和沃爾什乘坐的潛水艇名為“的里雅斯特”號，它由兩大部分組成，上面部分是個裝滿汽油的容器，起提供浮力的作用，下面部分就是兩位探險家用以棲身的圓形密封艙。“的里雅斯特”號靠重力下潛，上浮時需要拋掉好幾噸重的鐵塊。

抵達“挑戰者海淵”后，兩位探險家觀察窗外，在這樣漆黑的深海世界，他們看到了游蕩著的小蝦似的生物。這是人類第一次證明生命，乃至于復雜的生命能夠在這種高壓、深寒和黑暗的地方存活。要知道，這里早已被判定為生命的禁區，其壓力是海面壓力的1000倍。

30多年后，當日本無人駕駛深海潛艇“海溝”號重新抵達那個地方時，攝像機又拍下了一些類似蠕蟲的生物。

2009年5月，美國馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋研究所的無線遙控機器人潛水艇“涅柔斯”號又一次到達“挑戰者海淵”。這一次，人們通過“涅柔斯”號成功采集了海淵的巖石和水樣標本。

海洋“生命孤島”

馬里亞納海溝最深處的高壓、極寒和黑暗使人們相信那里是“生命的孤島”，這種“孤島理論”早在150年前就由達爾文進行過描述。達爾文當年隨“小獵犬”號來到加拉帕戈斯群島時，發現那里的動植物為了適應各個島上不同的自然環境而發生著各不相同的演化。例如，同一種鳥類和海龜由于生活在不同的島上，它們的形態和習性就變得大不相同。達爾文認為，這種現象表明孤立的環境能使動物們變得與眾不同。這一發現也為他的進化論思想提供了有力的依據。

馬里亞納海溝環境險惡，與世隔絕，科學家們因此認為，在馬里亞納海溝深處，外來生物無法存活，所以如果能夠在那里找到生物，那一定是海溝形成之初就已經存在的生物，隨著海溝的形成，它們一代代適應著環境的變化，最后頑強地幸存了下來。也就是說，這樣的地方是更加嚴格意義上的“生命孤島”，其生命形態一定非常與眾不同。

深海生命之謎

1995年，“海溝”號收集了“挑戰者海淵”的沉積物，研究人員在這些沉積物中發現了幾百種有孔蟲。有孔蟲是一種古老的原生動物，5億多年前就出現在了海洋中，至今種群興盛，類型繁多。大多數有孔蟲都擁有復雜的碳酸鈣殼，然而在“挑戰者海淵”，人們找到的有孔蟲卻多缺少外殼。科學家們分析，這是由于海洋最深處缺少碳酸鈣的緣故，在那樣的環境下，有孔蟲無法制造外殼，它們只好成為“軟體有孔蟲”。還有一些則利用來自附近洋底的包含碳酸鈣殘余成分的物質營造自己的殼。科學家們在《科學》雜志上發表文章說，那里的有孔蟲很可能從“挑戰者海淵”形成之時就在適應著深度的不斷變化，隨著深度不斷增加，它們最終變成了最耐壓的物種。

科學家希望未來的下潛能讓他們更進一步地研究馬里亞納海溝底部的生物群落。使用自動下潛深潛器，人們能接觸到一些微小生物。這種下潛裝置帶有自動分析設備，包括顯微鏡和DNA 測序儀等，還有能吸引和捕捉生物的機關，能在水下自動收集生物。由于生活在如此深度的生物會在上浮時因壓力的變化而難以存活，所以這些裝置必須就地分析樣本，自動采集數據。

奇妙的“泥火山”

對馬里亞納海溝大感興趣的并不僅僅是海洋生物學家，地質學家們也希望研究馬里亞納海溝以揭開世界各大陸的形成和演化之謎。根據一種理論，當俯沖板塊過度地擠壓，抬升了地球表面的巖石時，這些巖石便漸漸上升到了海平面以上形成一些弧形列島，這就是“島弧”。在漫長的地質時代里，島弧發生遷移，碰撞和融合，最終組成了大陸。

有時候，沿俯沖帶上集聚的壓力會由于板塊的活動而突然釋放，這種釋放造成的結果就是海底地震，它經常引發破壞力巨大的海嘯。2011年襲擊日本東北海岸的海嘯就是這樣發生的。馬里亞納海溝能為科學家們研究海底地震和海嘯提供理想的環境。在那樣的深處，一些“泥火山”分布于陡峭的斜坡上。“泥火山”噴出的并不是火焰，而是來自俯沖板塊的泥漿與氣體，這為人們窺探地球內部的奧秘提供了機會。科學家認為，當大洋板塊扎進地球內部時，其發生的摩擦和擠壓會使局部巖石承受的力量非常不同，這種不同會顯示什么時候和什么地方更有可能發生地震。科學家可以在距海溝底部的不同地點采集“泥火山”噴出物，從而通過了解地下的化學變化來監測海底的地質活動。

封存二氧化碳的構想

在馬里亞納海溝的陡坡上，泥火山的作用并不僅限于幫助人們窺探地震的機理，科學家還有更多的想法。他們希望有一天能把這些泥火山變成一種天然的入口，通過這些入口，可以把大量二氧化碳泵進海底的巖層里，這也許是解決碳過量排放、防止全球變暖的一個簡便而又有效的辦法。

科學家發現，在俯沖帶，例如馬里亞納海溝，俯沖的巖石里包含著大量流動物質，其中就有溶解了的二氧化碳。假若人類了解了泥火山和附近地層的構造，又具備了相應的技術，便可以模擬大自然儲存二氧化碳的方式，長時間地將二氧化碳封存在泥火山下面。這種想法看起來很瘋狂，且可行性目前也是未知的，但將幾十億噸二氧化碳填埋在海底的設想極具誘惑力，科學家非常愿意為此進行探索并付出最大的努力。

探索馬里亞納海溝是一個艱難的過程，幾艘杰出的深潛器發揮了關鍵作用。“的里雅斯特”號已進了博物館，算是“功成身退”了；“海溝”號在2003年的一次下潛后不知所終；“涅柔斯”號也于2014年探測新西蘭東北的克馬德克海溝時失蹤。那個意味著深度極限和生命禁區的“挑戰者海淵”暫時恢復了平靜。2012年，著名導演卡梅隆乘坐“深海挑戰者”號潛水器抵達“挑戰者海淵”，這是人類最后一次造訪那里。如今，隨著中國深潛器的到來，無疑會為這場激動人心的探索之旅寫下新的篇章。

【責任編輯】龐 云