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潜入7000米深海,能看到什么样的奇妙景象?|科技袁理

袁岚峰 风云之声 2023-05-21


■ 西瓜视频:

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本视频于2022年9月30日发布于西瓜视频,观看量9.3w


我有一位朋友,是全国第一位在深海和南极都做过科考的女科学家、自然资源部第二海洋研究所副研究员唐立梅博士。


唐立梅博士

2021年7月,唐立梅博士在中国科学院科学传播研究中心组织的“科学文化沙龙”做了演讲《从深海到南极》,引来众多观众的热烈关注与提问。



最近,唐博士又在我的微信公众号“风云之声”发表文章《深潜看浪漫海景》,介绍了自己探索深海的精彩经历。



首先,最基础的问题是,为什么要去探索深海?即使不论科学研究的目的,开采资源的实用目的也是非常明确的。因为海洋占地球表面积的71%,蕴藏着巨量的矿产资源和生物基因资源。

然后,怎样去探索?其实把人送下去并不是唯一的办法,因为已经有了拖网、可视抓斗、水下机器人等其他设备。然而,还是有很多信息需要近距离去看,因此就需要载人深潜器。


海上常规作业设备


1954年,美国研发了“阿尔文”号,之后法国“鹦鹉螺”号、俄罗斯“和平号”、日本“深海6500”号相继问世。它们最大的下潜深度是多少呢?是6500米,就是日本“深海6500”里的这个6500。中国是世界上第五个掌握载人深潜技术的国家,研发了蛟龙号,它的最大下潜深度达到了7062米。2009年蛟龙号研发成功,经过4年的海试之后,2013年首次执行科考任务,唐立梅博士就参加了它的首次科考。



美国“阿尔文”号



法国“鹦鹉螺”号

俄罗斯“和平号”‍‍


日本“深海6500”号‍‍

蛟龙号载人深潜器和它的初始母船向阳红09船

唐博士参加的航段是在西太平洋的海山深潜,调查的是我国的富钴结壳矿区。具体到她执行的第72次深潜任务,是在采薇海山的西侧斜坡下潜。采薇这个名字是不是觉得很熟悉?是的,它就来自《诗经》中的名作《采薇》。“昔我往矣,杨柳依依。今我来思,雨雪霏霏。”就是这一篇!

采薇平顶海山群三维地形斜视图

唐博士等人到达采薇海山的坡底之后,爬坡600米高,进行斜坡上的富钴结壳分布调查、地质取样和生物多样性的调查取样。在即将到达海山坡底距离30多米时,打开探照灯之后映入眼帘的是灰白色的沉积物,就像到了外太空。顺便说一下,他们确实和外太空发生了联系:
在蛟龙7000米深潜成功的时候,和神舟九号的航天员进行过海天对话。

下面来介绍一下深潜的过程。在深潜的前三天,潜航员就会发给你一个背包。大家可以猜猜,这个包里有什么?肯定有吃的,是的,有巧克力和坚果。还有一个毛毯,因为海底的平均温度只有一两度,需要毛毯御寒。有没有水喝?答案是没有。因为载人舱的直径只有2.1米,里面还有高清拍摄系统和生命支持系统等复杂的设备,根本没有卫生间。所以下潜前一天晚饭开始就不能喝水了,当天早上也只吃了一个煮鸡蛋和几块饼干,滴水未进,这样才可以保证十个小时的作业过程不用上厕所。

然后,有意思的来了。一起下潜的有三个人,除了唐立梅之外另两位叫做叶聪和傅文韬。他们从姓名里各取一个字,组成了“傅立叶”组合!

“傅立叶”组合

外行很感兴趣的一个问题是,深潜器有没有系着缆绳?
答案是没有。全程是一个无绳无缆的自由下潜,在完成海底作业任务之后,再抛掉一部分载荷,自由上浮。由此可见,深潜队员确实是把生命安全全都寄托在了设备的可靠性上!这一边反映出深潜队员的大无畏精神,一边也反映出我国载人深潜器的先进性、可靠性。让我们为他们鼓掌!

深入思考的人还会问:既然没有缆绳,也就没有光纤、电缆,深潜器是怎么跟外界联系的?尤其是跟神舟九号的海天对话,这是怎么做的?答案是水声通信,这是中国科学院声学研究所的拿手好戏。海水会导电,所以电磁波在海水中传不远,对于深潜完全没法用,这正是声学方法大展拳脚的主场。不久前我做过一期节目,介绍了马远良院士等人的文章《面向海洋世界的6G通信》,大家看了就会明白这是多么宏大的一个领域了。声速远低于光速,所以水声通信会有延迟,不过并不严重,海天对话也就是几秒的延迟。



论文图2. 空-面-潜一体化海基因网络的构想

下面,让我们跟随“傅立叶”组合下潜的过程,领略他们看到的奇妙景象:

  • 下潜5米时,阳光透下来,海水湛蓝湛蓝的,水面是一个一个透澈的凸起,来回的晃荡,泛着白光。
  • 下潜50米时,窗外的浮游生物像暴雪一样冲我们袭来,一副群魔乱舞、海雪飘飘的景象。
  • 下潜300米时,窗外就很黑了,但是还能看见机械手。
  • 下潜350米时,就有发光生物了。第一只发光生物出现的时候,就像流星一样从观察窗前划过。后来又出现了很多的发光生物,它们聚在一起,雪树银花般晶莹。可能是因为受了我们的打扰,一下子散开去,就像夜空绽放的烟火。真是一个灿若烟花的海底,非常美丽。

一路看到了很多形态各异的生物。如粉粉的半透明的海参,它看起来很柔软,却能抵抗2700米海底270个大气压的水压。还有十二腕海参、带刺海参以及鲜艳欲滴的海葵、白玫瑰一样的玻璃海绵、六腕海参等生物。还有一种海绵,怎么看怎么像一只长筒袜,净白无比,轻盈透亮,如同一丝一丝银线织就,我们给它取了个外号叫做“丝袜海绵”。还有蘑菇状的玻璃海绵等。

海底生物标本

除了科研任务之外,我们还做了一个小小的科普实验。把泡沫做成的小鱼小熊带到海底,它们都被压成了五分之一的大小。这说明海底的压力是非常大的,同时也说明压力是均衡的,因为它们只是变小,没有变形。

用泡沫做的形状在海底压缩前后对比

最后,让我们展望一下海洋探索的前景。海底的资源除了富钴结壳,还有铁锰结核和富稀土软泥、多金属硫化物等等。洋中脊热液区除了矿产资源之外,还有神奇的生态系统。在陆地上我们说万物生长靠太阳,但是在深海没有阳光,没有光合作用,这些生物是靠化学反应获得能量,构成一个独特的黑暗生物链。

海底主要资源类型及其分布区域示意图

在未来,随着更多深潜器的应用,如深海勇士号、奋斗者号,越来越多的海底奥秘将一一为人类揭开。欢迎大家加入海洋科考的行列!




■ 扩展阅读

深潜看浪漫海景 | 唐立梅
地月通信已实现,海洋通信却不行?| 科技袁人
面向海洋世界的6G通信丨中国工程院院刊


■ 作者简介

袁岚峰

中国科学院科学传播研究中心副主任
中国科学技术大学科技传播系副主任
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员
科技与战略风云学会会长



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