今年是“科學(xué)”號(hào)科考船交付中國(guó)科學(xué)院海洋研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中科院海洋所”）運(yùn)行管理的第十年，隨著4月中旬完成國(guó)家自然科學(xué)基金委西太平洋共享航次返回青島，“科學(xué)”號(hào)實(shí)現(xiàn)了第十次跨赤道海洋科考。
跨越赤道走向更遠(yuǎn)的深海科考，意味著我國(guó)海洋科考在拓展認(rèn)知自然邊界、開(kāi)辟新的認(rèn)知海域方面有了進(jìn)一步提高。作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)和建造的新一代海洋科學(xué)綜合考察船，“科學(xué)”號(hào)的入列，使我國(guó)海洋科考真正具備了走向深海大洋的能力，而十年十次跨赤道科考，推動(dòng)了我國(guó)深海探測(cè)與研究能力跨入世界先進(jìn)國(guó)家行列。
我們花了幾十年，一步步走進(jìn)深海大洋
中科院海洋所坐落于市南區(qū)南海路7號(hào)，與大海隔路相望。在中科院海洋所前所長(zhǎng)孫松辦公室里，面海的墻上掛著一幅醒目的豎版地圖。換個(gè)視角看世界，一切都會(huì)不太一樣。有一次閑聊中，孫松分析說(shuō)，西太平洋是我國(guó)從近海挺進(jìn)大洋之要道，要實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)，一定要持續(xù)開(kāi)展這個(gè)區(qū)域的綜合探測(cè)與系統(tǒng)研究。
在西太平洋開(kāi)展海洋探測(cè)與研究，今天已是平常之舉，但曾幾何時(shí)，我們只能“望洋興嘆”?！昂Ｑ笫恰！c‘洋’的統(tǒng)稱(chēng)。海處于洋的邊緣，與大陸相接。洋是海洋的主體，約占海洋面積的89%。我國(guó)從近海走進(jìn)深海大洋的過(guò)程，經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段歷史。”孫松表示。
1957年，新中國(guó)第一艘專(zhuān)業(yè)海洋科考船“金星”號(hào)正式入列，交付中科院海洋所使用。以“金星”號(hào)為主力船，1958-1960年開(kāi)展了新中國(guó)首次大規(guī)模全國(guó)海洋綜合調(diào)查，基本摸清了我國(guó)近海海域家底。
不過(guò)，“金星”號(hào)滿(mǎn)載排水量只有1700噸，近?？疾觳攀撬挠梦渲?。為了實(shí)現(xiàn)“查清中國(guó)海，進(jìn)軍三大洋，登上南極洲”的海洋夢(mèng)想，20世紀(jì)60年代中期至80年代，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造了一批3000噸級(jí)的海洋科考船并投入使用。中科院海洋所“科學(xué)一號(hào)”是當(dāng)時(shí)海洋科考主力船之一，一直到2016年退役，功勛卓著。但“科學(xué)一號(hào)”服役36年，僅2次跨赤道進(jìn)行海洋科考。為加快深海探索步伐，我國(guó)自2004年開(kāi)始自主設(shè)計(jì)和建造新一代科考船，最終建成了5000噸級(jí)、具有國(guó)際一流水準(zhǔn)的“科學(xué)”號(hào)。
“吊艙式推進(jìn)器，猶如一顆堅(jiān)強(qiáng)的‘心臟’，高效為‘科學(xué)’號(hào)提供動(dòng)力；動(dòng)力定位系統(tǒng)，猶如定海神針，支撐‘科學(xué)’號(hào)在大海中‘巋然不動(dòng)’；VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)，讓船隊(duì)員得以與家人交流，減輕寂寥之苦；兩臺(tái)海水淡化裝置，可保證80名船隊(duì)員日常用水。”孫松介紹，與我國(guó)當(dāng)時(shí)的其他科考船相比，“科學(xué)”號(hào)在電力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、續(xù)航能力及工作生活舒適度等方面都實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，讓我國(guó)真正具備了走向深海大洋的能力。
“科學(xué)”號(hào)具有全球航行能力及全天候觀(guān)測(cè)能力，一次給養(yǎng)充足可持續(xù)海上作業(yè)60天，是至今國(guó)內(nèi)綜合性能最先進(jìn)的科考船之一?！翱茖W(xué)”號(hào)于2012年在青島交付使用，歷經(jīng)2年海試，正式投入海洋科考?？梢哉f(shuō)，我國(guó)海洋科考從青島發(fā)端，歷經(jīng)60余年，從海到洋，不斷走向輝煌。
舉行跨赤道儀式，他們都是“走南闖北的人”
2014年，“科學(xué)”號(hào)從青島首航，航行約2000海里，第一次跨越赤道科考。
在航海業(yè)不發(fā)達(dá)的年代，船舶穿越赤道并非易事，因此一般會(huì)舉行各種儀式進(jìn)行慶祝。穿越赤道儀式是從大航海時(shí)代延續(xù)下來(lái)的古老傳統(tǒng)，有文字記載的最早歷史可追溯到18-19世紀(jì)。隨著我國(guó)海洋科考力量的崛起，跨赤道科考逐漸變得不再困難，但“跨赤道儀式”常常保留，以提振士氣。
自投入使用10年來(lái)，“科學(xué)”號(hào)共完成10次跨赤道科考。在“科學(xué)”號(hào)上，跨赤道時(shí)最常規(guī)的是舉行升國(guó)旗儀式、鳴汽笛、進(jìn)行合影留念，但有時(shí)也有一些特色安排?！翱茖W(xué)”號(hào)船長(zhǎng)孫其軍經(jīng)歷過(guò)3次跨越赤道科考?！?015年，‘科學(xué)’號(hào)過(guò)赤道時(shí)正好臨近中秋節(jié)，船隊(duì)員就制作了一個(gè)赤道門(mén)，門(mén)兩側(cè)寫(xiě)著：高高興興過(guò)赤道，歡歡喜喜迎中秋。大家先后穿行而過(guò)?！睂O其軍說(shuō)，有時(shí)一些船隊(duì)員也會(huì)將自己穿過(guò)的鞋子分別扔向赤道兩側(cè)，寓意腳踏南北半球，成為走南闖北的人。
剛剛結(jié)束的西太平洋科學(xué)考察實(shí)驗(yàn)研究航次第二航段，孫其軍等船隊(duì)員在“科學(xué)”號(hào)上舉行了第10次跨赤道儀式?？绯嗟喇?dāng)天，全體船隊(duì)員獲頒穿越赤道證書(shū)。證書(shū)正面是一副簡(jiǎn)要的科考地圖，上有隊(duì)員姓名、科考船船長(zhǎng)簽名、跨赤道時(shí)間，并標(biāo)記了跨赤道地點(diǎn)；背面則是全體船隊(duì)員的手寫(xiě)簽名。
對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，一次出海動(dòng)輒兩個(gè)月以上，跨赤道是一種特殊的體驗(yàn)。因?yàn)楹Ｉ嫌写箫L(fēng)大浪時(shí)，“科學(xué)”號(hào)常常左右搖擺20多度，不僅在床上睡覺(jué)需用腳頂住床頭、用手抓住欄桿，而且暈船嘔吐更是一種煎熬。而赤道附近南、北緯5度之間的地帶被稱(chēng)為赤道無(wú)風(fēng)帶，風(fēng)浪較小，海面如鏡，是難得的舒適時(shí)刻。
不過(guò)，赤道附近陽(yáng)光直射，白天“科學(xué)”號(hào)后甲板的溫度有時(shí)能超過(guò)70攝氏度。在這種情況下，科考隊(duì)員也不能放棄工作。孫其軍是一個(gè)積極樂(lè)觀(guān)的人，他在“科學(xué)”號(hào)甲板上搭建了一個(gè)方形澡盆，鼓勵(lì)大家常去泡澡。在茫茫大海上，活動(dòng)空間、娛樂(lè)方式極其受限，大家就是這樣苦中作樂(lè)。
從零星潛標(biāo)到觀(guān)測(cè)網(wǎng)建成，深海探測(cè)進(jìn)入“直播時(shí)代”
“科學(xué)”號(hào)10次跨赤道科考，都是進(jìn)入西太平洋開(kāi)展相關(guān)研究。中科院海洋所研究員胡石建四次隨“科學(xué)”號(hào)跨赤道，見(jiàn)證了我國(guó)首個(gè)深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)成功建成。
“在熱帶太平洋強(qiáng)西邊界流區(qū)域，比如呂宋島以東及棉蘭老島以東海域，暗流涌動(dòng)、地勢(shì)復(fù)雜，后者海深更是超過(guò)1萬(wàn)米，布放深海潛標(biāo)是巨大挑戰(zhàn)?！焙ㄕf(shuō)，在“科學(xué)”號(hào)投入使用以前，我國(guó)在這個(gè)海域僅利用“科學(xué)一號(hào)”成功布放過(guò)2個(gè)潛標(biāo)，不成體系。2014年，“科學(xué)”號(hào)第一次跨赤道航次就一次性布放深海潛標(biāo)10余套，初步構(gòu)建起西太平洋深海科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)。
將萬(wàn)米錨系潛標(biāo)系統(tǒng)成功布放海底，得益于“科學(xué)”號(hào)的先進(jìn)性?！安挤艥摌?biāo)時(shí)，科考船要有靈活的機(jī)動(dòng)性能，否則受強(qiáng)風(fēng)浪和海流影響時(shí)，潛標(biāo)設(shè)備與科考船容易互相影響，不僅會(huì)破壞潛標(biāo)系統(tǒng)，還可能會(huì)損害科考船螺旋槳等設(shè)備?！焙ń榻B，“科學(xué)”號(hào)的動(dòng)力定位系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)改變推進(jìn)器的運(yùn)轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速等，抵消風(fēng)力、浪流等變化影響，實(shí)現(xiàn)在海面上相對(duì)靜止，為深海潛標(biāo)布放提供了有力保障。
但潛標(biāo)的布放并非總是一帆風(fēng)順。據(jù)胡石建回憶，有一天布放基本結(jié)束，大家正準(zhǔn)備吃晚飯時(shí)，忽然發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不對(duì)，原來(lái)是潛標(biāo)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，正浮出水面。由于潛標(biāo)錨系長(zhǎng)幾千米，科考船不敢貿(mào)然靠近，他就帶領(lǐng)兩名水手下到小艇上，在海上架“一葉扁舟”尋找?！澳菚r(shí)又逢夜里起風(fēng)，四級(jí)以上的海況卷起海浪很高，一個(gè)大浪經(jīng)過(guò)，‘科學(xué)’號(hào)都看不到了?！焙ㄕf(shuō)，好在有驚無(wú)險(xiǎn)，一直忙到凌晨，終于將潛標(biāo)收回，檢查后再成功布放。
2014年以后，“科學(xué)”號(hào)圍繞西太平洋深?？茖W(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)開(kāi)展了眾多工作。2015年，成功回收布放的潛標(biāo)陣列，取回深海探測(cè)數(shù)據(jù)；2016年，以實(shí)時(shí)傳輸為目標(biāo)，開(kāi)展西太平洋深?？茖W(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)升級(jí)工作。2017年，建成我國(guó)首個(gè)深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)，深海數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一小時(shí)一次實(shí)時(shí)傳輸。2014-2017年，“科學(xué)”號(hào)四次跨赤道開(kāi)展?jié)摌?biāo)布放等工作，促進(jìn)西太平洋深海探測(cè)進(jìn)入“直播時(shí)代”。
將實(shí)驗(yàn)室搬到海底，在深海開(kāi)展水下原位實(shí)驗(yàn)
通過(guò)“科學(xué)”號(hào)，科研人員致力于實(shí)現(xiàn)西太平洋深海探測(cè)“測(cè)得準(zhǔn)”“看得清”。除布設(shè)深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)之外，在海底建實(shí)驗(yàn)室是科研人員的另一個(gè)夢(mèng)想。
這其中有一個(gè)小插曲。為測(cè)試深海壓力威力，科研人員曾做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)重50千克的空心鐵球下放到水深1000米處，5分鐘后，鐵球變成了鐵餅。后來(lái)，中科院海洋所研究員張?chǎng)蔚瓤蒲腥藛T如法炮制，將空心鐵球換成生雞蛋、土豆和燈泡，結(jié)果燈泡碎裂，其他卻“完好無(wú)損”。
這揭示了海洋生物隨海水壓力的變化有著極強(qiáng)的適應(yīng)性。不過(guò)，生雞蛋、土豆從1000米深海取出后，變成了咸雞蛋、咸土豆。同理，深海生物從海到陸后，由于壓力、溫度等環(huán)境的驟變，其生理活動(dòng)同樣發(fā)生改變，真實(shí)的深海生命過(guò)程無(wú)法被準(zhǔn)確認(rèn)知。
“受科技水平限制，深海樣品通常要被帶到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展后續(xù)研究。自‘科學(xué)’號(hào)首航以來(lái)，我們就有一個(gè)愿望，將實(shí)驗(yàn)室搬到海底。”張?chǎng)握f(shuō)。
2015年，“科學(xué)”號(hào)第二次跨赤道科考，張?chǎng)螕?dān)任航次首席科學(xué)家，開(kāi)始進(jìn)行布局。在該航次中，他將自主研發(fā)的國(guó)際首臺(tái)耐高溫（450℃）拉曼光譜探針進(jìn)行首次應(yīng)用，借助“科學(xué)”號(hào)上配備的“發(fā)現(xiàn)”號(hào)無(wú)人潛水器下海。
“在深海里，‘發(fā)現(xiàn)’號(hào)手持拉曼探針，指哪打哪。探針將一束光打出去，根據(jù)光的返回信號(hào)就可以得到相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)成分、生理狀態(tài)?！币?yàn)椴粫?huì)破壞海洋生物及其生存環(huán)境，張?chǎng)伟牙结樏麨镽iP，意即“安息”。
利用拉曼探針，科研人員采集到大量原位光譜數(shù)據(jù)，但真正實(shí)現(xiàn)在海底建實(shí)驗(yàn)室，這還不夠?！拔覀冇辛恕茖W(xué)’號(hào)支撐平臺(tái)，有了拉曼探針等原位探測(cè)儀器，隨后開(kāi)始選擇將實(shí)驗(yàn)室搬到海底的區(qū)域?！睆?chǎng)握f(shuō)，從2016年開(kāi)始，他們?cè)诤５撞荚O(shè)深海著陸器。
深海著陸器自帶高清攝像機(jī)，相當(dāng)于在深海海底安裝了24小時(shí)監(jiān)控，因此被他們稱(chēng)為“海洋之眼”。2016-2020年，“海洋之眼”幾經(jīng)放置、回收，在水下工作總時(shí)長(zhǎng)超800天，獲取到大量數(shù)據(jù)資料，最終助力科研人員選定適合做海底實(shí)驗(yàn)室的南海冷泉區(qū)。
“冷泉是海底的一種極端環(huán)境，其周?chē)３Ｉ钪灰揽筷?yáng)光而生存的大量生物，是地球生命起源研究的熱點(diǎn)?！睆?chǎng)谓榻B，他們選定的冷泉區(qū)約處于中老年時(shí)期，生物群落繁茂，基底為堅(jiān)硬的自生碳酸鹽巖等巖石，適合建海底實(shí)驗(yàn)室。
2021年，“海洋之眼”搭配自主研發(fā)的系列拉曼光譜探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深海多類(lèi)目標(biāo)物的原位長(zhǎng)期連續(xù)探測(cè)。利用“科學(xué)”號(hào)，科研團(tuán)隊(duì)還在海底1100米處搭建了由原位環(huán)境傳感器、生物培養(yǎng)裝置和原位固定裝置組成的水下實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，科學(xué)家得以在深海開(kāi)展水下原位實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)了“將實(shí)驗(yàn)室搬到海底”的創(chuàng)想。
“我未來(lái)的夢(mèng)想是在深海建立一個(gè)光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。不僅僅使用拉曼光譜技術(shù)，而且要把更多的光譜技術(shù)都用于深海海底。只需要一束光打出去，就可以得到需要的信息?！睆?chǎng)握f(shuō)。
不斷刷新深海認(rèn)知，得到國(guó)際社會(huì)高度關(guān)注
在“科學(xué)”號(hào)歷次跨赤道航次中，科考內(nèi)容計(jì)劃豐富、各有側(cè)重。例如，“科學(xué)”號(hào)執(zhí)行國(guó)家自然科學(xué)基金委2019年西太平洋科學(xué)考察共享航次時(shí)，科研人員既對(duì)成功構(gòu)建的西太平洋實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行了升級(jí)維護(hù)，也開(kāi)展了大面站觀(guān)測(cè)及走航海流與氣象觀(guān)測(cè)等。綜合來(lái)看，依托“科學(xué)”號(hào)科考船和“發(fā)現(xiàn)”號(hào)等先進(jìn)裝備，科研人員還在西太平洋熱液、冷泉、海山等深海環(huán)境中采集到大量海洋樣品，其發(fā)現(xiàn)和研究不斷刷新著我們的認(rèn)知。
發(fā)現(xiàn)于西太平洋卡羅琳海山1549米水深的紫柳珊瑚，高約33厘米，呈扇狀、紫色亮麗；發(fā)現(xiàn)于卡羅琳海山888-980米巖石底的鏢毛鱗蟲(chóng)，體覆閃亮金色魚(yú)叉狀剛毛，猶如“黃金戰(zhàn)甲”……深海中生存著眾多海洋生物，許多新種在“科學(xué)”號(hào)首次發(fā)現(xiàn)之前都是難以想象的。目前，中科院海洋所基于其發(fā)現(xiàn)和采集，建成了我國(guó)迄今樣品量最大、物種數(shù)最多的深海大型生物樣品庫(kù)和唯一深海大型化能營(yíng)養(yǎng)生物活體庫(kù)，促進(jìn)我國(guó)深海海洋生物分類(lèi)與多樣性研究居于國(guó)際前列。
近年來(lái)，科研人員還利用“科學(xué)”號(hào)獲得的大量海洋數(shù)據(jù)、樣品，開(kāi)展系統(tǒng)性研究，通過(guò)科研獲得了一系列新發(fā)現(xiàn)、新認(rèn)知，并在悄無(wú)聲息之處影響著普通人生活。例如，中科院海洋所所長(zhǎng)王凡團(tuán)隊(duì)，基于深海實(shí)時(shí)科學(xué)觀(guān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，在國(guó)際上首次把西太平洋暖池的三維熱鹽結(jié)構(gòu)刻畫(huà)出來(lái)，闡明了暖池溫鹽變異引起的氣候效應(yīng)，并發(fā)展出新型氣候變化預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提高了我國(guó)對(duì)厄爾尼諾事件的預(yù)報(bào)能力，為天氣預(yù)報(bào)提供了新的工具。
“印太交匯區(qū)資源環(huán)境效應(yīng)是全球科學(xué)界關(guān)注的難點(diǎn)和熱點(diǎn)，存在一系列重要且未解的前沿科學(xué)問(wèn)題。在西太平洋持續(xù)開(kāi)展科考的同時(shí)，我們也關(guān)注印太交匯區(qū)的重大科學(xué)問(wèn)題?！蓖醴脖硎荆麄冋ㄟ^(guò)承擔(dān)中科院先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)及國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目，以及主導(dǎo)發(fā)起“印太交匯區(qū)多圈層相互作用”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，開(kāi)展綜合研究，解決未知關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
應(yīng)該說(shuō)，如今眾多科考船跨越赤道早已不是問(wèn)題，但能夠像“科學(xué)”號(hào)一樣實(shí)現(xiàn)深海探測(cè)“下得去、看得清、采得上、測(cè)得準(zhǔn)”等目標(biāo)，才真正標(biāo)志著海洋科考能力的提高和水平的跨越。借助于“科學(xué)”號(hào)這一大國(guó)重器，科研人員跨越赤道、走向深海，不斷擴(kuò)展著對(duì)西太平洋海域的認(rèn)知水平。在國(guó)際社會(huì)，“科學(xué)”號(hào)跨越赤道的海洋科考也受到高度關(guān)注，其中，《自然》期刊將“科學(xué)”號(hào)在西太平洋的科學(xué)考察，贊譽(yù)為“鄭和下西洋600年后又一壯舉”。
□青島日?qǐng)?bào)/觀(guān)海新聞?dòng)浾?nbsp;李勛祥
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