深潛、深鉆、深網(wǎng)，中國(guó)勇攀深海科技高峰

“我第一次聽說深海研究的概念，是1978年去到美國(guó)。”當(dāng)美國(guó)在上世紀(jì)70年代發(fā)起“深海鉆探計(jì)劃”（Deep-Sea Drilling Program）之際，中國(guó)對(duì)此還毫無知覺，中國(guó)科學(xué)院院士、同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院教授汪品先接受《中國(guó)報(bào)道》記者采訪時(shí)感嘆道：“我們起步太晚了。”

作為世界上第一個(gè)提出并實(shí)施深海鉆探計(jì)劃的國(guó)家，美國(guó)成立了“地球深部采樣聯(lián)合海洋研究所”（簡(jiǎn)稱“JOIDES”）。1968年，“格羅碼·挑戰(zhàn)者”號(hào)大洋鉆探船首航墨西哥灣，自此開啟了地球科學(xué)歷史上歷時(shí)最久、規(guī)模最大、影響最深的一項(xiàng)國(guó)際合作計(jì)劃，10年內(nèi)，蘇聯(lián)、德國(guó)、英國(guó)、日本和法國(guó)先后加入。

半個(gè)世紀(jì)以來，大洋鉆探在全球各大洋鉆井3600余口，累計(jì)取芯超過40萬米，其成果不僅包括海底“深部生物圈”和“可燃冰”等新發(fā)現(xiàn)，也驗(yàn)證了板塊構(gòu)造理論，為探索氣候演變規(guī)律作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

直到1998年，深海鉆探計(jì)劃的第二階段——國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃（Ocean Drilling Program，簡(jiǎn)稱“ODP”）開啟15年后，中國(guó)才正式加入，擁有了自己的深海基礎(chǔ)研究隊(duì)伍。此后20余年間，中國(guó)深海科學(xué)以驚人的發(fā)展速度埋頭追趕。

從“蛟龍”號(hào)載人潛水器下水，到我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)完成首次試航，中國(guó)深海探索多次走到世界前沿。

剖解麻雀，奪回南海研究的主導(dǎo)權(quán)

2018年5月，年逾82歲的汪品先乘坐“深海勇士”載人深潛器，3次下潛至南海西沙海域1400多米深的海底。每次下潛，他都要在海底連續(xù)觀測(cè)采樣8個(gè)多小時(shí)。

“我把南海比喻成一只麻雀，研究海洋構(gòu)造就相當(dāng)于解剖麻雀。基底是它的骨頭，沉積物是它的肉，海水是它的血，把骨頭、肉和血連起來，才是一只完整的麻雀。”汪品先講道。

南海是我國(guó)岸外最大、最深、自然資源最為豐富的海區(qū)，也是東亞岸外最大的邊緣海，平均水深約 1212米，中部深海平原最深處達(dá) 5567 米。南海研究不僅對(duì)地球科學(xué)發(fā)展具有重大意義，也是我國(guó)油氣資源開發(fā)至關(guān)重要的一環(huán)。

可以說，南海是中國(guó)深海探索的主戰(zhàn)場(chǎng)。而在過去，由于研究水平和技術(shù)水平滯后，南海的科學(xué)主導(dǎo)權(quán)長(zhǎng)期掌握在西方國(guó)家手中。

汪品先將中國(guó)的深海探測(cè)總結(jié)為三個(gè)階段：“第一個(gè)階段在上世紀(jì)七八十年代，國(guó)際深海事業(yè)方興未艾，但中國(guó)基本不參與；第二階段是90年代和00年代，屬于中外合作階段，中國(guó)雖參與其中，仍主要依靠國(guó)外的技術(shù)、設(shè)備和手段；第三階段就是2010年以后，我們奪回南海的科學(xué)主導(dǎo)權(quán)，就在這10多年。”

1994年，中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)從俄羅斯遠(yuǎn)東海洋地質(zhì)調(diào)查局購(gòu)買“大洋一號(hào)”，這是中國(guó)第一艘現(xiàn)代化的綜合性遠(yuǎn)洋科學(xué)考察船，也一度成為我國(guó)遠(yuǎn)洋科學(xué)調(diào)查的主力船舶，同時(shí)期從烏克蘭購(gòu)買的“雪龍”號(hào)則是中國(guó)唯一能在極地破冰前行的船只。自此，中國(guó)開始在深海探索領(lǐng)域留下自己的足跡。

1998年，我國(guó)正式加入“大洋鉆探計(jì)劃”，汪品先提交的《東亞季風(fēng)在南海的記錄及其全球氣候意義》建議書為南海爭(zhēng)取到了第一個(gè)鉆探航次，即由他本人擔(dān)任首席科學(xué)家的ODP184航次。

1999年春，“JOIDES 決心”號(hào)大洋鉆探船首次駛?cè)肽虾＃瑲v時(shí)兩個(gè)月，在南海南北6個(gè)深水站位鉆孔17口，采集深海巖芯5460米，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)深海科學(xué)鉆探零的突破。此次鉆探從南海取得了3000萬年來的深海連續(xù)記錄，成為西太平洋地區(qū)最好的深海地層記錄，發(fā)現(xiàn)了氣候演變長(zhǎng)周期等多種創(chuàng)新成果，使我國(guó)一舉進(jìn)入國(guó)際深海研究的前沿，并為南海的資源勘探做好了準(zhǔn)備。

2011年到2018年，汪品先擔(dān)任國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目“南海深部過程演變”指導(dǎo)專家組組長(zhǎng)。這是迄今為止我國(guó)海洋界規(guī)模最大的基礎(chǔ)研究計(jì)劃，共立項(xiàng)60個(gè)，完成了3個(gè)半大洋鉆探航次和4個(gè)深潛航次，在南海深水區(qū)實(shí)施了數(shù)以百計(jì)的錨系作長(zhǎng)期測(cè)量，完成了近底磁異常等多種深部地球物理測(cè)量和多學(xué)科的海上觀測(cè)、試驗(yàn)。

“項(xiàng)目總共投入了6個(gè)多億。這也是我們第一次打穿學(xué)科來做海洋研究，耗時(shí)8年，32個(gè)實(shí)驗(yàn)室、700多名科研工作者一起做了空前規(guī)模的研究。”汪品先回憶道，“盡管技術(shù)和設(shè)備有國(guó)外的，也有國(guó)內(nèi)的，但中國(guó)主題始終占據(jù)主導(dǎo)。可以說，中國(guó)從此拿回了南海科學(xué)上的主導(dǎo)權(quán)。”

南海不是小大西洋，要建立屬于自己的中國(guó)學(xué)派

重點(diǎn)鉆取深海的基巖，探索的南海成因，3次半大洋鉆探完成后，汪品先興奮地反復(fù)強(qiáng)調(diào)：“南海不是小大西洋。”

最早的海洋研究起源于歐洲，于是研究標(biāo)準(zhǔn)也多基于北大西洋。20世紀(jì)80年代以來，歐美學(xué)者普遍認(rèn)為南海的形成過程就是大西洋的翻版，只是規(guī)模更小、年代更短。

但隨著“南海深海過程演變”重大研究計(jì)劃實(shí)施過程中我國(guó)科學(xué)家對(duì)南海的深度“解剖”，新發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)，在“陸地如何張裂成為海盆”和“氣候如何進(jìn)行周期變化”兩大地球科學(xué)重大問題上取得突破性進(jìn)展，挑戰(zhàn)了此前的權(quán)威假說。

“大西洋的模型不能生硬地套在南海上，我提出中國(guó)學(xué)派，就是希望能擺脫歐洲影響，建立我們自己的標(biāo)準(zhǔn)。”汪品先說，“現(xiàn)代科學(xué)在歐洲產(chǎn)生，往往帶有歐洲的‘胎記’，這在地球科學(xué)和宏觀生物學(xué)中更加明顯。”

汪品先認(rèn)為，中國(guó)科研要真正實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，必須改變從外國(guó)文獻(xiàn)里找題目、從外國(guó)買來儀器進(jìn)行分析再寫出論文送到外國(guó)發(fā)表這種缺乏真正創(chuàng)新的“外包工”模式。

他曾撰文指出：“科學(xué)真理只有一條，但是通向真理的道路不止一條，因此基礎(chǔ)研究就會(huì)產(chǎn)生學(xué)派。以中國(guó)所在地區(qū)的特色為根據(jù)，以中國(guó)的文化作為土壤，我們的科學(xué)家可以發(fā)揮自己的研究特色，形成中國(guó)學(xué)派參與國(guó)際學(xué)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。”

科學(xué)向來不僅僅受到科學(xué)影響。1979年底蘇聯(lián)出兵阿富汗后， 1980年以美國(guó)為首的深海鉆探計(jì)劃就剝奪了其參與權(quán)利， 直到現(xiàn)在，俄羅斯也不是大洋鉆探的成員。

日本“地球”號(hào)大洋鉆探船和歐洲聯(lián)合體的“特定任務(wù)平臺(tái)”上線后，2003年到2013年，大洋鉆探進(jìn)入第三階段——“綜合大洋鉆探計(jì)劃”（Integrated Ocean Drilling Program，簡(jiǎn)稱“IODP”）。從1條鉆探船變成3個(gè)鉆探平臺(tái)，汪品先將美國(guó)、日本和歐洲比作一條凳子的三條腿，“三條腿的凳子不夠穩(wěn)，我認(rèn)為要有四條腿，中國(guó)就要做這第四條腿”。

2023年12月27日，“夢(mèng)想”號(hào)首航成功，我國(guó)成為繼美國(guó)和日本之后第三個(gè)有能力獨(dú)立研制大洋鉆探船的國(guó)家。作為全球最新的大洋鉆探船，“夢(mèng)想”號(hào)不僅鉆探深度深，還建有面積最大、功能最全的船載實(shí)驗(yàn)室，涵蓋海洋科學(xué)、微生物、古地磁等九大領(lǐng)域，總面積超300平方米。

隨著美國(guó)宣布2024年后將暫時(shí)退出，有25國(guó)參與的大洋鉆探計(jì)劃第四階段——國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（International Ocean Discovery Plan）即將在今年結(jié)束，并邁入第五階段。“JOIDES 決心”號(hào)不再參與大洋鉆探計(jì)劃后，中國(guó)的“夢(mèng)想”號(hào)與日本的“地球”號(hào)，以及歐洲可能租用的船只，將承擔(dān)起國(guó)際大洋鉆探的海上任務(wù)。下一階段，中國(guó)在深海科學(xué)領(lǐng)域扮演的角色將更加關(guān)鍵。

與此同時(shí)，經(jīng)過50余年的發(fā)展，“一鉆定天下”的機(jī)會(huì)已經(jīng)越來越少， 僅靠單一手段難以解決更深層次的科學(xué)問題， 而與深網(wǎng)觀測(cè)、深潛探索相結(jié)合的“三深”技術(shù)，正在成為未來深海科學(xué)發(fā)展的新形式。

“三深”結(jié)合，建設(shè)新時(shí)代的海洋強(qiáng)國(guó)

從進(jìn)入深海，到認(rèn)識(shí)深海、開發(fā)深海，人類在深海的成功離不開“三深”技術(shù)——深潛、深鉆和深網(wǎng)。“深潛”包括載人和無人深潛器 ；“深鉆”是從海底向下進(jìn)行科學(xué)鉆探；“深網(wǎng)”指的是用光電纜連接的海底觀測(cè)系統(tǒng)以及水下觀測(cè)移動(dòng)裝置。

2010年，中國(guó)首臺(tái)自主設(shè)計(jì)、自主集成研制的作業(yè)型深海載人潛水器“蛟龍”號(hào)3000米級(jí)海試取得成功，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)深海裝備技術(shù)的跨越式發(fā)展。自此，我國(guó)“三深”技術(shù)開始了飛速發(fā)展。

“除了中國(guó)，世界上沒有一個(gè)國(guó)家的海洋科學(xué)在最近的十幾二十年有這樣突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這是因?yàn)槲覀冇屑辛α孔龃笫碌膫鹘y(tǒng)和體制上的優(yōu)勢(shì)。”談及中國(guó)在深海領(lǐng)域的成就，汪品先這樣告訴《中國(guó)報(bào)道》記者。

作為我國(guó)深海科學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)，他一直積極推動(dòng)我國(guó)深潛科學(xué)考察、南海大洋鉆探、國(guó)家海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)“三深”事業(yè)不斷向前發(fā)展。

汪品先認(rèn)為：“三深”中以載人深潛的社會(huì)影響最大，也是挺進(jìn)深海最直接的手段。載人深潛是深海探索的先鋒，深海的奧秘是科學(xué)家親身進(jìn)入深海發(fā)現(xiàn)的，身歷其境也是科學(xué)探索最可靠、最能產(chǎn)生新思想的途徑。

深潛是我國(guó)發(fā)展最早，也是成就最突出的領(lǐng)域。除了“蛟龍”號(hào)，中國(guó)先后研發(fā)出能潛入4500米深度的“勇士”號(hào)和萬米全水深的“奮斗者”號(hào)載人深潛器，不斷刷新人類深潛的極限，改寫了世界深海探索的格局。

遙控技術(shù)和人工智能的引入讓深海探索迎來了新的時(shí)代，“無人”成為深潛探索的大勢(shì)所趨。“通過纜線連接的無人遙控潛水器，可以由科學(xué)家在船上操縱，代替自己在海底進(jìn)行時(shí)間更長(zhǎng)、效率更高、能量更大的探索；而水下自主航行器連纜線都不用，可以長(zhǎng)時(shí)間在海洋內(nèi)部作業(yè)，這些不同種類的‘水下機(jī)器人’已經(jīng)成為深海科學(xué)探索和工程服務(wù)的主力。”

2016年，我國(guó)自主研制的“海斗”號(hào)無人潛水器下潛深度超過萬米，使我國(guó)成為繼日、美兩國(guó)之后第三個(gè)擁有研制萬米級(jí)無人潛水器能力的國(guó)家。

2021年10月10日，中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所宣布，“海斗一號(hào)”在無纜自主模式下成功在萬米深的海底連續(xù)進(jìn)行10個(gè)小時(shí)以上的探測(cè)，最大下潛深度達(dá)到10908米，打破了多項(xiàng)無人潛水器的世界紀(jì)錄，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測(cè)，中國(guó)深潛再次領(lǐng)跑世界。

而隨著海洋奧秘的不斷揭開，從海洋外面觀測(cè)海洋的方式已經(jīng)不再滿足科學(xué)發(fā)展的需要，20世紀(jì)末，進(jìn)入海洋內(nèi)部設(shè)置海底觀測(cè)網(wǎng)這一全新技術(shù)出現(xiàn)了。

2009年，加拿大建成了第一個(gè)大型深海海底觀測(cè)網(wǎng)Neptune-Canada，纜線長(zhǎng)800千米；2015年，日本建成面對(duì)太平洋的海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)S-net，纜線總長(zhǎng)5700千米，論長(zhǎng)度至今仍位列世界第一；2016年，美國(guó)建成更加多樣性的大型海底觀測(cè)系統(tǒng)OOI。

將傳感器放在海洋內(nèi)部，通過光纜上傳數(shù)據(jù)到陸上實(shí)驗(yàn)室，不用擔(dān)心天氣和風(fēng)浪的影響，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)上傳，海底觀測(cè)網(wǎng)可以連續(xù)測(cè)量深部洋流的流速流量，以及臺(tái)風(fēng)、火山活動(dòng)時(shí)海洋的實(shí)時(shí)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)真正的長(zhǎng)期觀測(cè)。

2017年中國(guó)決定設(shè)置大科學(xué)工程，投資超20億元，在東海和南海分別建立海底觀測(cè)系統(tǒng)，并在上海臨港建設(shè)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)從海底向海面的全天候、實(shí)時(shí)和高分辨率的多界面立體綜合觀測(cè)。

汪品先認(rèn)為，作為“三深”中最年輕的一項(xiàng)技術(shù)，深網(wǎng)將成為中國(guó)彌補(bǔ)與美歐日間差距的重要一環(huán)，但學(xué)科間“聯(lián)合作戰(zhàn)”能力的不足仍是中國(guó)深海科學(xué)發(fā)展的掣肘之處。

“本質(zhì)上講，‘三深’中的每一項(xiàng)作為探索深海的單項(xiàng)技術(shù)，在未來的科技史里只不過是挺進(jìn)深海的入門過程，發(fā)展的方向必定是眾多技術(shù)結(jié)合起來解決科學(xué)或者工程問題。歐盟在幾年前提出‘深海與海底科學(xué)前沿’（Deep Sea and Sub-Surface Frontiers）計(jì)劃，就體現(xiàn)了‘三深’結(jié)合的新思路，很值得我們注意。”

“海陸結(jié)合，是中國(guó)海洋科學(xué)發(fā)展的一大優(yōu)勢(shì)”，他講道。未來，如何實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科間的貫通，充分發(fā)揮“海陸結(jié)合”的優(yōu)勢(shì)，將成為中國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的重點(diǎn)課題。

責(zé)任編輯：張利娟