深海著陸器：海底的人造“海洋之眼”

通過“科學(xué)”號平臺回收已經(jīng)連續(xù)工作超過一年的系統(tǒng)

近日，我國新一代遠(yuǎn)洋綜合科考船“科學(xué)”號在南海成功回收了我國國內(nèi)首套連續(xù)工作超一年的“深海著陸器”。

在過去375天里，被稱為人造“海洋之眼”的深海著陸器，在水深1130米左右的南海北部一冷泉噴口處，進(jìn)行原位觀測，帶回了約186千兆的冷泉區(qū)高清影像和傳感器數(shù)據(jù)資料。

深海著陸器為什么布放在南海冷泉區(qū)?著陸器上攜帶了哪些高科技“武器”?這些數(shù)據(jù)將揭開冷泉生態(tài)系統(tǒng)哪些深海秘密?在冷泉區(qū)布放著陸器有什么技術(shù)難點?中國科學(xué)院海洋研究所特聘研究員、著陸器2016年測試和布放航次的首席科學(xué)家張鑫對此進(jìn)行了解答。

將實驗室搬到了海底

南海冷泉區(qū)，這是此次深海著陸器工作的主要戰(zhàn)場。

冷泉，顧名思義，溫度較低，但又非一個“冷”字可以概括。

張鑫說，冷泉是一種以水、碳?xì)浠衔?天然氣和石油)、硫化氫、細(xì)粒沉積物為主要成分，溫度較低，流體溫度與海水溫度相近的流體，主要分布在被動陸緣和主動陸緣斜坡海底沉積面之下。

冷泉反映了海底的一種極端環(huán)境，但在這種環(huán)境中又生活了大量的生物，它們不依靠陽光而生存，正因如此，冷泉成為地球科學(xué)以及生命科學(xué)研究的熱點。

這次考察的南海冷泉區(qū)主要位于臺西南海域。“該海域冷泉區(qū)已經(jīng)活動了很長時間，形成了大量自生碳酸鹽巖，其噴口周圍也富集著大量的生物，主要以潛鎧蝦、鎧甲蝦、貽貝、阿爾文蝦為主。此處生物群落繁茂，水深1130米左右。”張鑫說，經(jīng)過綜合考慮，項目組選擇對該海域的冷泉區(qū)進(jìn)行細(xì)致的長期原位觀測。“如果將樣品取上船再做分析研究，變化的溫度和壓力將導(dǎo)致海底生命的死亡，所謂原位探測，相當(dāng)于將實驗室搬到了海底。”

自己編程自動“叫醒”

2016年9月8日零時，激動人心的時刻到來，借助“科學(xué)”號母船的同軸鎧裝通訊電纜，重達(dá)近兩噸的深海著陸器，被緩緩放至臺西南海域冷泉區(qū)。

張鑫說，如果將一個海域比作一個房間，深海著陸器相當(dāng)于在房間里安了個攝像頭，能夠監(jiān)控水下生物的生活規(guī)律。“它能夠自己編程，一般每隔幾個小時‘醒’一次，監(jiān)控兩分鐘左右又進(jìn)入夢鄉(xiāng)。”此次布放前，科學(xué)家已將這臺著陸器進(jìn)行了長達(dá)一個月的試布放。

與之前著陸器相比，這是國內(nèi)首套在深海連續(xù)工作超過一年的深海定點觀測系統(tǒng)。張鑫說，要讓系統(tǒng)在深海工作這么長時間，需要進(jìn)行特別的低功耗設(shè)計。“每天每個系統(tǒng)都需要工作四次，每次幾分鐘，加起來一年就要消耗很多電力，此外系統(tǒng)待機(jī)的時候也需要消耗電力。”

尤其值得一提的是，這次著陸器布放的位置是在活躍的冷泉區(qū)。與廣闊的臺西南海域相比，冷泉冒泡的噴口也就與陸地上的籃球場大小相當(dāng)，布放時需要船、潛水器和著陸器緊密配合，才能將近兩噸的著陸器一點點地準(zhǔn)確挪至噴口。

多功能的深海作業(yè)平臺

受科技水平限制，人們對海洋的認(rèn)知多是通過航海取得，對海洋過程的觀測只能是表面的、短暫的、不連續(xù)的。隨著技術(shù)的發(fā)展和探測需求的推動，科研人員的視野不再局限于海表，而是想深入“虎穴”進(jìn)入海水以下進(jìn)行連續(xù)長期的觀測。

“著陸器也是作業(yè)平臺，可以完成多種原位傳感器數(shù)據(jù)資料的獲取工作”，張鑫說，此次布放的深海著陸器搭載了CTD設(shè)備，以獲取冷泉區(qū)域的溫度、鹽度、深度。為了能使深海著陸器這只“眼睛”看得更多更全面，深海著陸器上也可以搭載其他傳感器，諸如pH傳感器、甲烷傳感器、二氧化碳傳感器、原位光譜傳感器等。

300多天里，系統(tǒng)攜帶高清影像系統(tǒng)，成功獲取了冷泉噴口附近眾多生物群落生長演化的高清影像資料。張鑫說，這些參數(shù)和影像的獲得，將為解析冷泉生態(tài)系統(tǒng)生物群落變遷、生活史演替、種群補(bǔ)充機(jī)制、生物活動機(jī)制等重要基礎(chǔ)生物學(xué)問題及其與環(huán)境之間的關(guān)系提供重要的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

作為目前我國觀測時間尺度最長的化能生態(tài)系統(tǒng)原位定點觀測平臺，該系統(tǒng)及數(shù)據(jù)的成功回收也將成為回答冷泉關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)與上層水體水動力過程、地質(zhì)活動關(guān)系等科學(xué)問題的金鑰匙，提升我國深海生態(tài)系統(tǒng)的國際影響力。