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“蛟龙”深潜 探秘海底珠穆朗玛

作者: 文章来源:中国水运报 日期:2017年06月05日

当地时间6月1日16时43分(北京时间1日14时43分),“蛟龙”号载人潜水器载着3名潜航人员从马里亚纳海沟深渊回到水面。17时12分,“蛟龙”号回收至“向阳红09”科学考察船甲板,标志着“蛟龙”号今年马里亚纳海沟的最后一潜顺利完成。

这是中国大洋38航次第三航段马里亚纳海沟作业区的最后一潜,也是“蛟龙”号在马里亚纳海沟从2012年海试以来进行的第20潜。

任务

探索未知深海世界

位于6000米水深以下极端生态环境的深渊区,是目前探索最少的海底世界。“蛟龙”号此次在深渊区将探寻哪些科学奥秘?

探究海洋最深处发生的生命过程与生命演化

“深渊环境以压力大、温度低、无光黑暗、构造活跃、地震密集、生命奇特为特点,代表了地球上非常独特的海洋极端环境。”本航段首席科学家、中国科学院深海科学与工程研究所研究员彭晓彤告诉我们,近年来,随着深渊探测技术瓶颈被逐步突破,深渊科学正在成为国际地球科学、尤其是海洋科学中蕴含重大突破的最新前沿领域。

中国科学院设立的“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”先导专项,科学目标便是在马里亚纳海沟“挑战者深渊”开展深渊科考,并结合室内深渊环境模拟试验,重点开展深渊生物、环境和地质等综合性学科领域的前瞻性科学研究,探讨深渊生命、地质、环境之间的协同演化关系。

彭晓彤说,本航段将利用“蛟龙”号大深度、定点作业的优势,在马里亚纳海沟“挑战者深渊”下潜,采集高质量的深渊微生物、底栖动物、沉积物、岩石、海水和气体样品,获取高清视频资料和多参数环境数据,同时回收一套去年布设的6000米级气密性取样器。

据介绍,在去年进行的中国大洋37航次科考中,彭晓彤所在的科研团队已经利用“蛟龙”号在马里亚纳海沟进行了9次下潜,本航段将继续依靠“蛟龙”号完成以下目标:获取马里亚纳海沟“挑战者深渊”底层水体基本环境特征和了解底层水体中气体分布规律;获取马里亚纳海沟南坡和北坡6000米级海底区域基本地质地球化学特征,认识深渊底部沉积物质来源和地质活动规律;获取马里亚纳海沟底部微生物与大生物群落结构的空间演替规律,认识深渊底部生命演化与环境适应机制。

五潜雅浦海沟完成三大调查任务

全球最深的海沟,多分布在西太平洋地区,马里亚纳海沟和雅浦海沟是其中的两条。前者最深处超过1.1万米,是世界最深的地方;后者北端与马里亚纳海沟相接,最深点也达到了8527米。

本航段首席科学家陈新华说,雅浦海沟深渊区有着极端高压、低温、无光照及相对封闭的生态特征,生存着大量特有物种,同时保存着一些“活化石”物种,是研究生命演化的天然实验室。

“我们的科研目标,是利用‘蛟龙’号查明雅浦海沟特定区段不同水深带生物群落的组成、分布和差异,揭示超深渊生物极端环境适应性和不同的空间分布机制。同时,明确碳、氮、磷等关键元素和海底甲烷等气体释放对雅浦海沟微生物群落分布及能量供给的影响。此外,获取一批超深渊生物特殊功能分子,挖掘其应用潜力。”陈新华说。

本航段“蛟龙”号在雅浦海沟作业区进行5次下潜,完成3大调查任务:

——雅浦海沟海底环境调查。利用“蛟龙”号在雅浦海沟南部两侧沟壁,开展近底观察和多参数环境测量,了解海沟两侧的微地形地貌和断层等地质现象,采集海沟两侧不同水深区的岩石、沉积物等样品,为研究雅浦海沟沉积环境和地质演化提供样品。

——雅浦海沟不同水深段巨型底栖生物多样性和成带分布调查。利用“蛟龙”号在雅浦海沟南部两侧沟壁进行近底观察,拍摄高清视频和照片,采集生物样品,为巨型底栖生物多样性及空间分布研究提供样品和资料,同时为其共生微生物研究奠定基础。

——采集高质量的微生物、沉积物和海水样品,为研究深渊生物极端环境适应性及其对关键生源要素和海底化学环境的响应机制提供样品。

“蛟龙”号潜深渊助力科研突破

“超深渊蕴藏着丰富的珍稀物种和基因资源,也是目前探索最少的海洋极端环境。”陈新华说,从超深渊生态系统中可以发现新物种、新基因,它们在生物医药、绿色工业和农业中具有潜在的应用价值。

在雅浦海沟和马里亚纳海沟展开的深渊区前沿科学调查研究,都是利用了“蛟龙”号大深度作业的技术优势。陈新华所在的科研团队在去年进行的中国大洋37航次科考中,已经利用“蛟龙”号在雅浦海沟进行过5次大深度下潜。

彭晓彤说,目前,国际上能够进入深渊作业的载人潜水器,仅有6500米深度的日本Shinkai6500载人潜水器和我国7000米级“蛟龙”号载人潜水器。

“‘蛟龙’号拥有的下潜深度优势和定点作业能力,为我国在这一深海科学前沿领域进行开创性工作创造了条件。”彭晓彤说。

收获

取得珍贵一手资料

5月23日,“蛟龙”号载人潜水器,在马里亚纳海沟“挑战者深渊”北坡下潜,有史以来首次对4000米级的马里亚纳海沟,进行深入的现场探查,初识“挑战者深渊”4811米的海底世界。

“蛟龙”号“捡”回

3块“假”岩石

9时53分,经过153分钟的下潜,“蛟龙”号成功“着陆”。因为沉积物比较薄,海底比较硬,“蛟龙”号坐底时并没有产生漫天的尘土。

“蛟龙”号到达的地方,是一个小山坡。原地取完底层水样后,“蛟龙”号开始爬坡。10度左右的坡上,视野所及是沉积物和散落的石头。“蛟龙”号在半小时内,“捡”了3块小的岩石样品。

10时35分,海底深度变为4792米,一块长度超过一米的长条状黑色岩石吸引了我们的注意。主驾驶唐嘉陵让“蛟龙”号靠近,打算用机械手掰下一小块作为样品。当机械手夹住岩石一头后,没想到岩石被整个举起。当最后机械手掰下20公分左右的岩石一看,简直就是硬结的“土块”,只是外面长了些黑色的结皮。

“蛟龙”号继续爬坡,地貌由“沙漠戈壁”变为岩石林立。舷窗外,黑压压的一片。带回岩石样品,是这次深潜的任务之一。“蛟龙”号在一片岩石前停了下来,拉开架势准备取样。让主驾驶感到吃惊的是,机械手很容易就掰下了其中一块。“只是表面上一层结皮,里面像是夯土似的,简直就是在伪装成岩石。”下潜人员唐嘉陵说。

看似坚硬的岩石,其实硬度并不硬。对于几次取岩石样品都被这种假象所迷惑,我们把这种外表像岩石、内里又不太像岩石的东西,笑称为“伪装的岩石”。

深潜回到水面后,科考队中研究地质的杨耀民博士说,它们当然是岩石,只是长时间被海水侵蚀,“体内”的一些元素流失而硬不起来,这些岩石是蚀变玄武岩。

多样的海底世界

海底世界,并非荒芜一片。不时见到的海参、海绵、海星、鱼、虾等动物,虽然它们都是深海常见的生物,却仍让“蛟龙”号里的人们欣喜不已。

10时12分,4789米,看到右舷窗有只黄色的海星。

10时20分,4798米,看到一只白色的海星。

10时44分,4786米,一只海绵悠闲地站立着。

10时58分,4783米,取到一个长着8个腕足的白色海星样品。

11时08分,4763米,一只白色的海绵飘着水中,非常优美。

……

然而,让大家印象最深的,则是海参,不仅它们大而漂亮的外形引人注目,更在于它把紧张的逃跑,变成了优美的舞姿。

11时12分,4758米,一只紫色的大海参出现在前方。当看到“蛟龙”号慢慢驶近后,这只海参立即以舞蹈的方式,迅速地溜走了。

11时21分,4743米,一只超过30公分长的紫色海参出现在“蛟龙”号的视野内。当它看到“蛟龙”号驶近时,同样,以跳舞的方式开溜。

海参是这里的优势物种,对于这些会游泳的大型动物,对震动依然非常敏感,以为是敌人要来袭击,一听到“蛟龙”号靠近,就以跳舞的方式逃开。不过,这次它逃的方向不对,径直游到了“蛟龙”号样品筐前、撞在机械手上。

“自投罗网,60多次潜航海底,这还是第一次遇到。”唐嘉陵说,生物学家研究这只海参样品时,不知道会不会研究它的优美舞姿。

值得一提的,还有在这里看到的鱼虾和蛇尾:

11时07分,4770米,看到一只15公分左右的白色面具鱼。

11时45分,4717米,看到一只比较大的狮子鱼。

12时08分,4725米,看到一只红虾。

12时41分,4704米,取岩石样品,上面有一只蛇尾。

“蛟龙”号载人潜水器继5月23日在世界最深处的马里亚纳海沟北坡首潜后,25日和27日又分别在南坡和北坡进行了一次6000米级大深度下潜,获取了深渊生命演化和生物对深渊环境适应机制研究的大量第一手资料和样品。

5月27日完成的马里亚纳海沟第3潜,也是中国大洋38航次第三航段第3潜,下潜人员为唐嘉陵、赵晟娅和张维佳,最大潜深6544米,海底作业3小时07分。“蛟龙”号从大洋深处带回了15.4公斤玄武岩样品,16升近底海水和7管沉积物样品,以及海参、海葵样品各1只。

值得一提的是,本次带回的海参样品,是利用生物原位固定装置成功采集并固定的,比较完整地保存了生物原位RNA(核糖核酸)信息。

“生物样品从深海带回海面的过程中,遗传信息会发生变化。在采集现场就对样品进行固定,可以避免原有遗传信息发生改变,这对于研究生物对深渊极端环境的适应机制非常有帮助。”科考队员、中国科学院深海科学与工程研究所研究员张海滨说。

5月25日进行的马里亚纳海沟第2潜,最大潜深6300米,新发现了一处海底麻坑。

“去年中国大洋37航次科考队在马里亚纳海沟南坡5000多米海底发现了多处麻坑。这次在6300米处的新发现,表明海底释气现象有可能广泛分布于海沟南坡。”本航段首席科学家彭晓彤说。

第2潜中,“蛟龙”号还带回了52.9公斤玄武岩样品、16升近底海水和6管沉积物样品,并拍摄了大量海底视频资料。彭晓彤表示,这些样品和视频资料为研究板块俯冲作用和海沟底部释气活动提供了重要依据。

当地时间6月1日6时57分(北京时间1日4时57分),“蛟龙”号载人潜水器载着3名潜航人员离开“向阳红09”科学考察船,缓缓进入水中。7时03分,“蛟龙”号完成相关检查后离开海面,向着海洋最深处的马里亚纳海沟深渊潜去。

10时23分,“蛟龙”号抵达水下6661米,开始抛载作业。“蛟龙”号17时12分回收至“向阳红09”船甲板。

此次下潜的任务是:采集水体、沉积物样品,采集铁锰结核结皮样品、岩石样品,观察可能的基岩露头大小与规模;视情况采集大型底栖生物样品;开展近底观察、拍摄深渊海底视频,采集海底环境参数。

结束马里亚纳海沟最后一潜后,“蛟龙”号将赴雅浦海沟进行本航段的最后5次下潜。

纪录

成功完成“大海捞针”

“蛟龙”号载人潜水器5月25日在马里亚纳海沟成功找到一年前因特殊情况留在了6300米大洋深处的采水器,“大海捞针”的故事变为现实。

“在距离水面6300米的大洋深处,成功回收在深海停留了一年的Gas-tight采水器(气密性保压序列采水器),这在国际上也是罕见的,充分体现了‘蛟龙’号的精确作业能力、潜航员的驾驶水平和各方面配合的默契。同时,已经在海底保存了一年的水样,与这次采集的水样正好可以对比研究。”刚从深海回到船上的本航段首席科学家彭晓彤说。

据参与了去年采水器布放的国家深海基地管理中心高级工程师高翔介绍,去年进行的中国大洋37航次第二航段,“蛟龙”号118潜次和120潜次在马里亚纳海沟成功布放和回收过这种类型的采水器。当第122潜次再次布放采水器,拟于该航段最后一个潜次——123潜次进行回收时,受当时台风生成影响,潜次临时取消并返航。

“时隔一年,能否顺利找到充满了未知,因为‘蛟龙’号的超短基线定位系统的精度误差据测算为40米左右,而‘蛟龙’号的水下可视范围仅8-10米;海底地形全是沉积物,没有方向感。不过,与我们设想的差别不大,经过个把小时的寻找,终于如愿以偿。”本潜次潜航员傅文韬说。

下潜之前,为找到这个采水器,本航段现场指挥部对潜次的方案设计和实施做了精心布置,下潜团队对上次布放作业视频潜水器数据和舱内记录进行了仔细研究,潜水器母船“向阳红09”船严格按方案操船,水面技术团队和海底潜航员密切配合,克服了水声通讯和定位系统不畅的困难,从大洋深处终于将采水器这根“针”捞了回来。

本航段现场总指挥邬长斌说,“蛟龙”号能够在6300米的大深度顺利找到并回收一年前布放的科学设备,创造了世界载人深潜的新纪录,验证了“蛟龙”号大深度定点搜寻的能力。同时,也充分显示潜航员操作水平日益精湛。

相关链接

“蛟龙”号揭秘

2002年中国科技部将深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动“蛟龙号”载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。

2009年至2012年,“接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。

2012年7月,在马里亚纳海沟创造了下潜7062米的中国载人深潜纪录,也是世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。

2014年12月18日,首次赴印度洋下潜。

2015年1月14日,在西南印度洋龙旂热液区执行印度洋科考首航段的最后一次下潜,这也是其在这个航段的第9次下潜。

2015年3月17日,搭乘“向阳红09”船停靠国家深海基地码头,正式安家青岛。

2016年4月30日,在西北太平洋维嘉海山西北侧成功完成科学应用下潜,也是其首次在这一海域搭载科学家进行下潜作业。

2016年5月22日,成功完成在雅浦海沟的最后一次科学应用下潜,最大下潜深度达6579米。

2017年2月28日,在西北印度洋完成中国大洋38航次首次下潜。这是我国首次对西北印度洋开展深潜调查。

2017年3月8日从国家海洋局获悉,当地时间3月4日和7日“蛟龙号”载人潜水器分别在西北印度洋卧蚕1号热液区和大糦热液区进行了中国大洋38航次第一航段的第3次下潜和第4次下潜。这两次下潜都在调查区域发现了热液喷口并获取了硫化物样品。

2017年5月23日,在马里亚纳海沟“挑战者深渊”北坡下潜,有史以来首次对4000米级的马里亚纳海沟,进行深入的现场探查。

2017年6月1日,完成中国大洋38航次第三航段马里亚纳海沟作业区的最后一潜,也是“蛟龙”号在马里亚纳海沟从2012年海试以来进行的第20潜,最大下潜深度6661米。

 

 

责任编辑:叶红玲

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