[科普中国]-深海探索——乘坐“深海勇士”号载人潜水器探秘西南印度洋

人类始终不会停止探索的脚步，自从非洲大陆出走时这种执着就已经根深蒂固。时间的漫长，空间的广阔，内心的丰富，最终成就了哲学、科学与艺术。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，理论物理和心理学展现了对物质与精神世界探究的极致。宇宙的发展与消亡离我们太远，虽然这关乎过去与未来；心理的状态和变化太飘忽不定，即使它促成欢乐与伤悲。当我们脚踏实地，遥望远方时，星空和大海于目力可及处交织：璀璨的星空静谧如常，大气层外部的真空可能包含无尽的暗物质，一望无际却无从探知；而神秘的大海澎湃汹涌，虽有重于空气近一百万倍的海水将一切阻隔，但载人潜水器仍能带我们进入这个变幻莫测的水下世界。

世界上最著名的载人潜水器当属美国伍兹霍尔海洋研究所的“阿尔文”号（图1左上）。建造于19世纪60年代初，经历过近5000次下潜的洗礼，“阿尔文”号在深海探索史上浓墨重彩。1966年在西班牙南部海岸参与当时世界上几乎最大的海下搜索行动，寻获美军B-52轰炸机丢失在910米海底的氢弹；1977年在太平洋加拉帕戈斯群岛附近发现海底热液生物群落，证实不依靠太阳提供能量的“深海绿洲”的存在；1986年在加拿大纽芬兰省以南搭载詹姆斯·卡梅隆12次下潜到约3700米“泰坦尼克号”残骸处，并利用遥控潜水器进入残骸内部拍摄……至今每年仍下潜150-200次的“阿尔文”号创造了一段又一段的传奇。

图1 国外著名大深度作业型载人潜水器

左上：美国“阿尔文”号；右上：法国“鹦鹉螺”号

左下：日本“深海6500”号；右下：俄罗斯“和平2” 号

（图片来自图书Discovering the Deep, 作者Jeffrey A.K.等，2015）

作为深海尖端科技的代表和海洋科学考察的重器，包括我国在内的少数国家拥有潜深达到或超过6000米的作业型载人潜水器。1984年服役的法国“鹦鹉螺”号（图1右上）潜深6000米，与儒勒·凡尔纳小说《海底两万里》中的神奇潜水艇同名；1987年服役的俄罗斯“和平1”号与“和平2”号（图1右下）潜深均为6000米，2007年完成了人类首次抵达北冰洋海底的壮举；1989年服役的日本“深海6500”号（图1左下）潜深6500米，灾难电影《日本沉没》的男主角便是该潜水器的驾驶员；我国的“蛟龙”号（图2）于2009年研制成功，2012年6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。

图2 我国首台载人潜水器——“蛟龙”号（图片由国家深海基地管理中心提供）

“蛟龙探海”尚需“深海勇士”。继“蛟龙号”之后，我国第二台载人潜水器“深海勇士”号（图3）于2017年研制成功。“深海勇士”号是我国高技术研究发展计划（863计划）海洋领域“十二五”重大项目“深海潜水器技术与装备”支持研制的深海装备，以实现国产化、降低运行成本、提高可靠性和可维护性为目标研制的一台拥有自主知识产权的4500米级载人潜水器，国产化率达95%。“深海勇士”号潜深4500米，长9.3米、宽3米、高4米，空气中重量约20吨，有效负载220公斤，可载员3名，最大航速2.5节，巡航航速1.0节。载人舱为内径2.1米的钛合金耐压球壳，设有一个出入舱口，位于球壳正上方，直径为480毫米。球壳共有5个观察窗，正前偏下位置为主观察窗，透光直径为200毫米，左右舷各有2个120毫米直径的副观察窗。

图3 我国第二台载人潜水器——“深海勇士”号（图片由中国科学院深海科学与工程研究所提供）

“深海勇士”号4500米的潜深虽然达不到“蛟龙号”的7000米，但基本覆盖了我国的大部分海域，以及国际海底区域矿产资源埋藏的深度。1970年联合国大会通过《关于各国管辖范围以外海床洋底及其底土的原则宣言》，将国际海底区域的资源作为全人类共同继承的财产。1982年《联合国海洋法公约》进一步规定，关于国际海底区域内的一切权利属于全人类，区域内资源的勘探开发由国际海底管理局代表全人类共同行使，世界各国均可向国际海底管理局提交矿区申请，批准通过后即可进行海底矿产的勘探和开发。国际海底区域的矿产资源主要包括多金属硫化物、多金属结核、富钴结壳和深海稀土等，2011年我国在西南印度洋获得了1万平方公里的多金属硫化物勘探合同区（图4），我所在课题组的主要任务正是进行合同区的勘探和资源评价。

图4 我国西南印度洋多金属硫化物勘探合同区，分为12个勘探区块组，共计100个10*10km2的黄色勘探区块，总面积10000km2

多金属硫化物矿床的形成依赖于持续不断的海底热液活动。热液羽状流从海底热液喷口涌出，携带大量的物质，既有多金属硫化物，也有热液硅酸盐及氢氧化物等，其中多金属硫化物含有大量金属元素，例如铁、铜、锌、铅、金和银等，在一定的地质环境下易形成高品位多金属硫化物矿床。海底热液喷发是整个地球热循环重要组成部分，也是了解地球内部地质活动的重要窗口，喷口附近的生态圈更是海洋生物学研究的前沿，极有可能是生命起源之地，具有很高的科学研究价值，因此中国科学院深海科学与工程研究所组织了历时121天（2018年11月10日至2019年3月10日）、航行17000余海里的西南印度洋热液科学考察航次。我有幸成为了“深海勇士”号载人潜水器的第63位乘客，深入海洋内部，身临其境，体验了一段奇幻的旅程：

沧海轻舟，在海面一阵晕眩，主驾王治强安慰开始下潜就平稳了，比在“探索一号”母船上稳多了，此时我将信将疑。1月2日上船，1月18日下潜，在船上与主驾有了十多天的深入接触，其专注、勤奋、热情、睿智，令人印象深刻。检查完潜器状态，开始注水下潜，果然有种稳稳的幸福。不会游泳的我，对海洋的了解是道听途说，什么真光层、温跃层，诸如此类的专业词汇没有任何具象。下潜时舱内关灯，但仍有各种控制面板的光亮，左舷副驾张康乐在我看来平常比较严肃，经常若有所思，他让我在舱外黑暗的情况下遮蔽舱内的光线，透过舷窗，有荧光闪亮，翩翩起舞。这些生物在漆黑一片的水下发光发亮，也许这就是它们独特的生存与沟通方式。

从海面下潜到水下2700多米，载人舱承受了巨大的压力变化，舱内的供氧和循环系统有效维持了气压和氧气浓度，19度的恒温温暖如春，只有舷窗底部不断聚集的水珠告知舱外的温度已经持续下降，2度低温的深海海底越来越近。离底200米左右开启照明系统，只有混杂着微小颗粒物的模糊蓝色，离底20米左右，主驾马上凭借经验判断出快要着底，右舷的我瞪大眼睛无论如何也看不到将要出现海底的迹象。果不其然，还是需要老司机带路，前方隐约出现了巨大的烟囱体，类似昆明的石林，但其结构更为复杂，且有富含矿物质的流体源源不断地从烟囱体各个部位的喷口喷涌而出。我们此行的目的就是搭靠在烟囱体上，进行岩石和流体样品的采集，随后带回实验室进行分析。

图5 从“深海勇士” 号载人舱内拍摄的喷涌350度高温黑色流体的海底热液喷口

如果人能承受深海的压力，站在烟囱体底部，抬头仰望，肯定更能感受自然的神奇，而我们只能待在载人舱内，在烟囱体顶部透过舷窗静静地观察。零浮力的“深海勇士”依靠安装在前方底部约1米见方的钢制采样篮的一角搭靠，这种方式有点不可思议，类似宇航员在零重力下依靠一个支点就可以随意行动。主驾操作着灵活的机械手龙飞凤舞，而我正与一个喷涌350度高温黑色流体的喷口（图5）对视，我呼吸空气，他呼吸海水，我消耗氧气，他淋滤矿物，我的一生只有百年，他可能有千年万年，只可惜我们没有赖以沟通的语言。

图6 并肩而立的三个硫化物烟囱体

单个热液区的范围一般只有方圆百米，从一个烟囱体到另一个烟囱体可能仅仅几米，但这并不妨碍景色的绝美。潜器在海底“起飞”，航行在高处，像太阳一样将光明投向海底，目光所及，三个烟囱体并肩而立（图6）：一个满身辉黄，正襟而立，一个蓝白通体，底部似裙摆蔓延开来，他们的右侧还有一个高度及腰的小烟囱体，整幅画面如同一家三口牵手同行。通体蓝白色的烟囱体又似皑皑雪山，刚好有一条游鱼慢悠悠地经过，静谧的海底总是如此优雅和从容，令人不忍打扰。

图7 首次下潜后的浇水仪式

在海底漫游了近5个小时，蜷曲的双腿酸胀不已，是时候回到船上了。抛掉压载铁，获得正浮力，以40米每分钟的速度上浮，依然平稳。船艉的A架从海面吊起潜器，安放在后甲板的滑轨上，走出载人舱，阳光正好，迎来的是三桶温水醍醐灌顶（图7），国际上的惯例据说是浇冰水，意为已经零距离接触接近零度的海底，我还是被优待了。

海洋和天空，都有着令人神往的蓝色，我们对世界还知之甚少，虽然穷一生只能窥之寥寥，能做到的唯有生命不息，探索不止。