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+ S9 J- {" \0 e. ^! f3 D 9月15日,上海自然博物馆举行第120期绿螺讲堂《深海探秘》,由同济大学地球与海洋科学学院周怀阳教授主讲,解密大洋深处的探索历程。
+ D2 w; Z: Y3 W: B, V$ Y% ] “深海探秘”
+ U7 o$ L7 k. `# r% q. L2 Q 第120期绿螺讲堂
; a5 ?; H- r2 A7 m% y/ _8 a% l 航向南溟 . ]8 u" B& V( H4 N
你去过远海吗?有时那里风平浪静,有时却变幻莫测。 $ M5 d) T: n/ W- B
那深海呢? : o: A p7 ~8 n+ f
在江上航行的人会说:10米深的航道就是深水航道;开采海油的人会说:不,300米以下我们叫深水油气。
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但是海洋学家会说:2000米以下的才叫深海,那里完全是另一个世界。 1 } w( f: n( k; O. ^% W
今年同济大学主导了两个“南海深部计划”探秘的航次,下潜的最大深度是3850米,我们对从南海东北到中南部陆坡的冷泉、海山和特殊沉积区高效地进行了33次科学下潜考察,还做了国内第一次深海海底科普直播。
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▲烟灰蛸、火山岩柱节理、冷水珊瑚、杜父鱼
# R) N( _- p3 \0 C/ n8 G. M8 e5 p 南海在中国典故中被称作“南溟”,意思是南边的大海,《庄子·逍遥游》里说:“南溟者,天池也”。这次在南海海底发现的一个古热液区,就被命名为“南溟”。
% m5 `7 x6 \8 f3 }- ~' N- k 探秘之旅 7 m* g" H0 @0 `4 v+ ~, X
探秘1:寻找海底热液
& |7 v$ p: w6 V$ b" f8 ~: L3 E& i0 d 所需装备:温度浊度传感器、电视抓斗
8 G: S+ ^* i9 `. M 现在我们在南海看到的海山在几百万年以前是活火山,这些热液区在那时也是活动着的,几百万年之后的今天它们已不再活动,所以叫它“古热液区”。
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▲古热液烟囱样品 6 ?8 ]$ a9 \3 M' b- \2 \9 l
不过,在地球板块扩张的区域,现在还有许多海底活火山,那儿就不一样了,会有300多度的热液喷出来。
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▲全球海底热液分布图(红点是热液区)
9 i" [: C) E) e' k; G. f; _6 i 2000多米深海温度一般在2摄氏度左右,是生命“沙漠”,而热液口就是沙漠里的“绿洲”,有着非常繁茂的生命。 5 C* u, }2 z1 ^
9 s0 M* |. v6 g! K4 j! r( S 说到探测热液口,关键在于温度——正在活动的热液口会持续产生高温羽流。我们会先把一个携带温度浊度传感器的探测装置放到海底,哪里热就往哪里走,这样就能先找到大的活动羽流区域,并不断逼近羽流根部。
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: U+ F( m7 p. ]$ h7 ^1 Q( N 知道羽流根部大概位置,也就知道了热液口的大致在哪儿,随后从船体放下这个装着摄像头的电视抓斗采样。 8 E1 H4 O; L$ U
探秘2:寻找海底锰矿
( j x0 u& J* \1 |. g, S4 V 所需装备:无缆自返式抓斗、箱式沉积物采样器、多管沉积物采样器 1 c" d; b" }* y1 z7 ]
不过毕竟热液口只是少数,深海还有什么呢? 2 K/ n4 F3 X! j4 l
——有生物,少但是奇异的生物;
: O& ?8 ~& t$ G7 W) M! C" Z* ]/ N ——有泥巴,多而且积累了上万年的无生命碎屑; 9 F, l2 g! |+ M6 s' ^
——还有“海底兵马俑”,上百万年富集而成的深海铁锰结核。 4 |3 c* ?9 j; E+ w4 w; ]$ L
# s" G. d/ {6 d+ Z" \5 H ▲海底密集的铁锰结核 " y0 w8 E1 W1 w3 b1 S& a
铁锰结核是可利用的海底矿藏,其中的金属锰可用于制造锰钢、金属镍可用于制造不锈钢、金属钴可用来制造特种钢。 & h, P+ C9 @$ y
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▲南海海底铁锰结核区 - g8 Z+ t& s" w7 O! y
“这次我们从南海新发现一处迄今规模最大的海底铁锰结核区,并基本确定了2013年发现的蛟龙海山铁锰结核区的分布范围和分布特征。”
" p+ C8 h2 i9 w 探秘3:绘制海底地形图
' A9 \$ ~. }; W& F9 r 所需装备:多波速回声测探仪、AUV(水下飞机)
/ p# I7 Q! l4 ^: q+ @ 海底像陆地一样,也会有高低起伏、沟壑和山丘,怎么知道地形呢? 1 y. S3 e- N( L* D
用回声探测仪,也就是声呐,一种利用声波在水下的传播来测量距离的仪器。现在的多波速声呐一次能同时打很多信号下去,得到很多点的数据。
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“不过有时候,也会因为航程时间紧张,不能测完每一个细节之处。2010年我们在西南印度洋花了四天时间测了一处海域的海底地形,图中空白的地方就是没有时间测了。”
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▲2013年周怀阳教授发表于Nature的文章 $ O; `0 }" O. T U+ V3 j" E
“即使这样,依然有1%左右的误差,比如从船上向3000米的海底发射信号的话,就会产生30米(大概十层楼)的误差。那如果我可以让发射信号的机器离海底近一点,比如离海底只有30米呢?误差是不是只有0.3米了?”
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这就是AUV——“水下飞机”的好处。 ( m3 ]" S5 J6 r! E4 F6 B
探秘4:定点下潜
# B4 f2 k( ]+ b* @) X- X5 B ] 所需装备:“深海勇士”号载人深潜器、“ROPOS”号遥控深潜器
$ S/ J0 E) {0 A( ^+ D" ] 1874年,“挑战者”号在历时3年的环球航行中第一次对深海做了系统调查。一百多年以后,人类做到了离海底几千米的船上遥控水下机器人,美国的阿尔文号在五十多年前就已经能够载人下潜到深海,我们也想要下去看一看。 & b8 y$ G) g* x$ `$ `, d
今年“南海深部计划”执行了两个下潜航次。 # s$ X" Z: ^& p/ z" n
一个是我做首席科学家的“ROPOS”号航次,这一次是租借的加拿大遥控深潜机器人“ROPOS”,用的是厦门大学“嘉庚”号科考船。
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另一个是“深海勇士”号载人深潜科学考察航次,这是我们国家第二台自行研制的深海载人潜水器,用了13天,下潜了11次,同济大学82岁的汪品先院士下潜了3次。 6 I& A" R. A8 P7 f! S6 B
9 P: c+ S P" n, U! o5 E# A 未来的深海探索
9 |/ ]1 U: Z+ U 当前对南海的开发主要在浅海,而揭开南海真正的奥秘却在于深海。 + I8 a2 u" f/ N6 Y6 a- m2 ~
而除了深潜,中国未来的深海探索还会用到深钻、深网,海洋学领域仍然有很多我们想做而做不到的事情。
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& a% |( Y4 K7 }* Y1 ?, _" m “鹏之徙于南冥也,水击三千里,抟扶摇而上者九万里”。今天的听众如果未来想到深海去做研究,希望能研制出我们的国产仪器,不断取得新的科学发现。
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4 h# i% s% k6 ~( G0 v5 n2 s 绿螺讲堂 | 第120期
q( @4 \7 U, Q* q+ Z6 I 文字丨余一鸣 ' O f& q6 o s2 e4 S" P
文中未标注图片均来自嘉宾PPT
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本文为上海自然博物馆(上海科技馆分馆)原创,
. M5 Q8 [$ n7 L+ h* V8 c; G 欢迎分享,如需转载请联系lvluotougao@sstm.org.cn。 % z0 p0 A8 C# y% O" ?. {
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