再度挑戰(zhàn)“挑戰(zhàn)者深淵”

這是一個非常值得關(guān)注的事實：在月球表面行走過的人，比到過地球最低點(diǎn)的人還多。在1969～1972年的六次“阿波羅”任務(wù)期間，一共有12人進(jìn)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(qū)區(qū)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(diǎn)——所謂“挑戰(zhàn)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(fā)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(dá)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(xué)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(zhàn)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?？上驳氖?，如今一些私人企業(yè)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(dá)》的續(xù)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(fā)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(zhàn)者深淵”。至本刊發(fā)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(diǎn)潛水最早會在2012年進(jìn)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(xué)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(tài)、海溝對地球地質(zhì)的作用，等等。

皮卡德和沃爾什當(dāng)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(jìn)入海溝，然后丟棄數(shù)噸的鐵讓自己反沖上浮。它在“挑戰(zhàn)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(jù)。

1995年，日本無人深潛器“海溝號”在“挑戰(zhàn)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(xué)研究院的無人深潛器“海神號”從“挑戰(zhàn)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(zhì)潛沒(指一個大陸板塊降到另一個下面，發(fā)生這種情況時由于地球內(nèi)部的高溫會產(chǎn)生巖漿，世界上80％的火山都是這樣形成的)，當(dāng)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(jìn)化環(huán)境。

早在151年前，偉大的生物學(xué)家查爾斯·達(dá)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(xiàn)怪異的體態(tài)(例如烏龜?shù)膫€頭變得極大)，還創(chuàng)生了達(dá)爾文鳴鳥亞科的微妙多樣性，其中每一種鳥都絕佳地適應(yīng)了其所在島上的獨(dú)特生態(tài)環(huán)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(shù)動物來說都是致命的。這意味著，在海溝里發(fā)現(xiàn)的生命很可能在海溝剛開始形成時就已經(jīng)出現(xiàn)在那里，并最終緩慢適應(yīng)了環(huán)境的變遷。因此，科學(xué)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(tài)并非像把探測器系在纜繩上丟進(jìn)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(tài)不能依賴?yán)|繩式探測器，而要依靠昂貴的自動登陸器，它們運(yùn)用水泵、過濾器和誘餌收集微生物樣本等，并就地進(jìn)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(huán)境。因此，經(jīng)常會出現(xiàn)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(diǎn)很重要，從地面生態(tài)可知，生物活性和多樣性根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)及化學(xué)特性的不同而呈現(xiàn)出很大的差異。在諸如馬里亞納海溝這樣的潛沒帶，地質(zhì)活動創(chuàng)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(chǎn)生截然不同的化學(xué)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(guān)島的弧形列島附近，然后沿斜坡緩慢下降到“挑戰(zhàn)者深淵”。

科學(xué)家首先會將一系列登陸器沉到“挑戰(zhàn)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(xué)家將乘坐潛艇潛入海底，對登陸器周圍區(qū)域展開調(diào)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(zhì)譜儀也將找尋與生命有關(guān)的氨基酸等化合物。

對于地質(zhì)學(xué)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(jù)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(dāng)時水下潛沒板塊把上覆巖層強(qiáng)行往上推，最終推出海面形成弧形列島。隨著地質(zhì)時代推移，板塊沿著斷層線進(jìn)一步潛沒，再加上其他的板塊運(yùn)動，導(dǎo)致弧形列島不斷遷移、碰撞、融合，最終創(chuàng)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(xué)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(shù)百萬美元的損失。

當(dāng)板塊間相互潛沒或經(jīng)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(fā)毀滅性大海嘯，例如2011年3月襲擊日本東北部沿岸的海嘯?；瘜W(xué)可能在其中起著重要作用：當(dāng)一個海洋板塊在進(jìn)入地球內(nèi)部的曲折旅程中被擦掛、擠壓、加熱時，會創(chuàng)生一大堆不同力量的巖石，這可能控制著地震活動何時發(fā)生以及在哪里更集中。對這些過程了解得越多，科學(xué)家就越能弄清地震將發(fā)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(xì)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(xué)家了解泥火山下面的材料、監(jiān)測發(fā)生在那里的化學(xué)過程。當(dāng)然，這是有風(fēng)險的。泥火山所在區(qū)域的地質(zhì)活動十分活躍，潛艇有可能會遭遇熱泉的爆炸性噴發(fā)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?zé)o人潛艇或機(jī)器人來完成，就像“海溝號”和“海神號”任務(wù)，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(guān)注。例如，對機(jī)器人登陸月球的公眾關(guān)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(dāng)年載人登月那樣的公眾效應(yīng)，激發(fā)世人像關(guān)注登月那樣關(guān)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(jī)器。所謂碳隔絕，也叫碳封存或碳固定。大規(guī)模的碳隔絕被認(rèn)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(xué)家對怎樣以及在哪里進(jìn)行碳隔絕迄今尚未達(dá)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(jìn)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(fā)生反應(yīng)，最終生成碳酸鹽。就這樣，二氧化碳被鎖定數(shù)百萬年。

科學(xué)家向大自然學(xué)習(xí)，希望能把二氧化碳壓進(jìn)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(fā)出在海底火山鉆孔并灌入二氧化碳的低成本技術(shù)?？茖W(xué)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?；蛟S，有朝一日我們終將把碳廢物深埋在海底。

“海溝號”任務(wù)

“海溝號”是日本海洋一地球科技署為進(jìn)行深海探索而開發(fā)的一艘遙控深潛器，也是到2010年為止到達(dá)過“挑戰(zhàn)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(jìn)行了超過250次潛水，搜集了350種生物樣本(包括180種細(xì)菌)，其中一些可能擁有醫(yī)療和工業(yè)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(zhàn)者號”在1872年12月-1876年5月進(jìn)行的探險，正是這次探險所獲數(shù)據(jù)使得科學(xué)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(shù)據(jù)是通過一種簡單技術(shù)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(zhàn)者號”仍然獲得了許多重要發(fā)現(xiàn)，其中就包括對“挑戰(zhàn)者深淵”的辨識。1875年3月23日，搭乘“挑戰(zhàn)者號”的科學(xué)家首次報告了“挑戰(zhàn)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(zhàn)者深淵”底部，成為世界上最早到達(dá)那里的人。最初的報告說他們到達(dá)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(jīng)超過海平面標(biāo)準(zhǔn)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(zhàn)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(dá)“挑戰(zhàn)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(dá)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(zhàn)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(fā)現(xiàn)了“對馬島丸號”的遺骸，這艘沒有標(biāo)記、日方聲稱為客貨船的船只在“二戰(zhàn)”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(zhàn)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(jī)器人機(jī)械操作，把測量設(shè)備與海底纜線連接起來，并于5110米深度發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)菌，其包含的某些化合物有可能應(yīng)用于美容品及半導(dǎo)體業(yè)。

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(fā)現(xiàn)了日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)“H-2第八號”火箭的殘骸，這枚火箭于1999年11月15日發(fā)射升空后不久因引擎功能失調(diào)而自毀。

2000年8月，“海溝號”在印度洋中脊附近的2450米深度，發(fā)現(xiàn)了深海熱泉群及與之相關(guān)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(fā)散板塊邊界。

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

“海神號”任務(wù)

2009年5月31日，美國的“海神號”抵達(dá)“挑戰(zhàn)者深淵”底部，成為造訪“挑戰(zhàn)者深淵”的第三艘深潛器，它到達(dá)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(fā)，是一艘用于探索11000米深度的混合式自動深潛器，其設(shè)計目的就是探索全球海洋最低點(diǎn)——“挑戰(zhàn)者深淵”?！昂Ｉ瘛钡挠⑽拿质恰澳崴埂保崴故窍ＥD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(yùn)作，因此能探索更大的范圍。但為了在進(jìn)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(fā)大致相當(dāng)，只能承重4千克?！昂Ｉ裉枴睌y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?！昂Ｉ裉枴边\(yùn)用兩個精確設(shè)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(fù)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(shè)計的目的是應(yīng)對極高的水壓?！昂Ｉ裉枴边€利用液壓操控的輕質(zhì)機(jī)械臂來取樣，而且能在很高的水壓下操作。

在海底，“海神號”轉(zhuǎn)換為自由游弋模式，既可以像飛機(jī)那樣飛掠海底的大片區(qū)域，也可以在小區(qū)域內(nèi)翱翔，開展實驗或搜集樣本。事實上，“海神號”在“挑戰(zhàn)者深淵”底部上方翱翔了超過10小時，在此過程中向母船發(fā)回了現(xiàn)場視頻。