汪品先院士：發(fā)展深?？萍嫉那熬芭c“陷阱”
訪(fǎng)問(wèn)數量：204發(fā)布時(shí)間：2023-03-21
發(fā)展深?？萍嫉那熬芭c“陷阱”
汪品先
同濟大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗室
最近10年來(lái)，我國海洋科技突飛猛進(jìn)，尤其是挺進(jìn)深海遠洋的“三深”（深潛、深鉆、深網(wǎng)）能力，取得了舉世矚目的發(fā)展。載人深潛器接連登場(chǎng)，從“蛟龍號”“深海勇士號”到全水深的“奮斗者號”探底馬里亞納海溝；2013年，國際大洋鉆探進(jìn)入新階段，我國晉升為全額成員，接連拿下南海三個(gè)半航次；海底觀(guān)測網(wǎng)的大科學(xué)工程立項建設，零星的海底長(cháng)期觀(guān)測已經(jīng)開(kāi)始。特別是南海，經(jīng)過(guò)大洋鉆探接連鉆探深海盆，投放數百個(gè)潛標錨系探測深層水流，30余個(gè)單位通力合作，完成了空前規模的“南海深部”研究大計劃，進(jìn)入深部過(guò)程研究的前沿，在世界邊緣海研究中脫穎而出（汪品先，2020a）。
這些耀眼的進(jìn)展是在“建設海洋強國”決策背景下取得的。近10年來(lái)，我國的海洋事業(yè)無(wú)論是深海油氣、大洋礦產(chǎn)，還是極地探索和“一帶一路”的海洋考察，都取得了全方位的高速發(fā)展，在國際海洋科技史上罕見(jiàn)。我國海洋事業(yè)掀起了前所未有的高潮，挺進(jìn)海洋的大潮方興未艾。相信在既定國策的指引下，今后10年將有更大的發(fā)展。然而，挺進(jìn)深海事業(yè)，既有燦爛的前景，又有征途上的陷阱。本文試圖在大潮聲中提醒國人，在埋頭前進(jìn)時(shí)也要抬頭遠望、放眼古今，在萬(wàn)馬奔騰中保持冷靜，才能持續前進(jìn)。
海洋開(kāi)發(fā)，改變著(zhù)人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的軌跡。16世紀的所謂“地理大發(fā)現”，使歐洲國家崛起，依靠在平面上進(jìn)入海洋，越洋跨海去掠奪非洲奴隸和美洲礦產(chǎn)?！岸问澜绱髴稹苯Y束之后，歷史翻開(kāi)了新的一頁(yè)：人類(lèi)開(kāi)始開(kāi)發(fā)海底，不再借道海洋入侵其他大陸，而是到海洋深處去開(kāi)發(fā)海洋本身。這導致了21世紀海洋經(jīng)濟的重心下移，也就是在垂向上進(jìn)入海洋內部。最早注意到的海底資源，是近岸的石油和深海的錳結核。這些資源在19世紀都已經(jīng)發(fā)現，但是開(kāi)發(fā)利用的命運卻大不相同：石油成了海洋經(jīng)濟的“老大”，而錳結核至今沒(méi)有工業(yè)開(kāi)采。根據經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）的統計，在2010年，海上油氣占全球海洋經(jīng)濟的34%，高居榜首，預測到2030年將降至21%；如果把含義不清的“海洋與沿岸旅游”排除不計，海上油氣依然是最大的海洋產(chǎn)業(yè)（OECD，2016）。尤其突出的是深海油氣，目前占海上油氣總產(chǎn)量的30%。近年來(lái)，全球重大油氣發(fā)現有70%來(lái)自水深超過(guò)1000m的水域，并且呈現逐年升高的趨勢。深海金屬礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)卻沒(méi)有那么順利。1965年，美國J.L.Mero發(fā)表了《海洋的礦產(chǎn)資源》一書(shū)，提到太平洋海底有上萬(wàn)億噸的錳結核可以開(kāi)采，而且增長(cháng)速度比采礦還快。因此，海底的錳、鈷、鎳、銅取之不竭、用之不盡。這幅聚寶盆式的圖景，誘發(fā)了海底采礦的高潮。20世紀60—70年代，有上百個(gè)航次前往太平洋。但是Mero的描述言過(guò)其實(shí)，深海結核不但生長(cháng)極慢而且開(kāi)采不易，以至于至今沒(méi)有工業(yè)開(kāi)采（Glasby，2000）。唯一的例外發(fā)生在1974年。美國造了36000t的巨型采礦船開(kāi)采錳結核，后來(lái)真相大白，原來(lái)是中央情報局的騙局，以采礦作掩護，打撈蘇聯(lián)1968年沉沒(méi)在太平洋深處的核導彈潛艇。深海金屬礦有三類(lèi)，除了錳結核，還有海山上的富鈷結殼和大洋中脊與弧后盆地的金屬硫化物，后兩者都比錳結核的水淺。其中，最有前景的是金屬硫化物。尤其是在2006年發(fā)現巴布亞—新幾內亞海岸外硫化物含金，水深只有1600m，大大提高了開(kāi)采價(jià)值。加拿大的鸚鵡螺公司準備了種種先進(jìn)技術(shù)，想成為深海采礦的世界先鋒，不料開(kāi)采計劃的環(huán)境影響引起當地民眾反對，開(kāi)采計劃可能功敗垂成（汪品先，2020b）。除了獲取資源，開(kāi)發(fā)海洋的另一方面，是海洋巨大空間的利用?？上徽`用作陸地廢棄物的歸宿，最為嚴重的是向海洋傾倒放射性的核廢料。1946—1982年的36年間，投入海洋的核廢料的總放射性活度高達63PBq，相當于每秒鐘發(fā)生6.3億億次（6.3×1016）核衰變的放射性（Calmet，1989）。除了核廢料，塑料垃圾也是“二戰”之后出現的新問(wèn)題?，F在，塑料已經(jīng)成為海洋垃圾的主體，海洋塑料垃圾的總量從2010年的800×104t增加到2015年的900×104t，推測2025年將達1600×104t（Dauvergne，2018），嚴重威脅海洋的生態(tài)環(huán)境。尤其是微塑料，這些看不見(jiàn)的顆粒會(huì )通過(guò)海雪的沉降和濾食生物的吞用，從化學(xué)角度改變海洋生物，人類(lèi)食用這些“海鮮”就會(huì )影響健康。總之，海洋開(kāi)發(fā)在20世紀中期曾經(jīng)一度出現狂熱，到了后期已經(jīng)在某種程度上冷卻下來(lái)。通過(guò)實(shí)踐逐步意識到：海洋既不是“聚寶盆”，也不是“垃圾桶”。挺進(jìn)深海，并沒(méi)有可以縱橫馳騁的康莊大道。挺進(jìn)深海，說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)難。畢竟人類(lèi)進(jìn)入深海不過(guò)半個(gè)多世紀，對深海的了解實(shí)在太少，更沒(méi)有學(xué)會(huì )如何和海洋相處。地球上三分大陸七分海，海水平均3700m深，所以主體就是深海，水深超過(guò)2000m的深海占了地球表面的2/5。然而，10m海水深處大氣壓力為1atm（101325Pa），200m海水下沒(méi)有光線(xiàn)，因而深海是個(gè)永遠黑暗的高壓世界。物理學(xué)里講暗能量、暗物質(zhì)，其實(shí)深海就是地球表面最大的“暗世界”。直到19世紀中葉，人類(lèi)仍然不知道深海究竟有沒(méi)有海底，認為550m以下沒(méi)有生物存在。20世紀晚期，人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入深海，雖然取得了極大的進(jìn)步，但仍相當于“瞎子摸象”，還不能急于開(kāi)發(fā)。絕不能剛摸到個(gè)大象的腳趾頭，就忙著(zhù)琢磨怎么個(gè)吃法。對于深海資源的知識，往往是根據個(gè)別站位的數據外推，由此得出的結果當然會(huì )有數量級的出入。越是新發(fā)現的深海資源，數量估計的差別越大，因為調查測量太少。以熱液活動(dòng)來(lái)說(shuō)，其在深海的分布范圍很廣，沿著(zhù)60000km大洋中脊和10000km的弧后裂谷以及俯沖板塊的海底火山都有出現?，F在全大洋發(fā)現的熱液口數目上千，但是面積都很小，全部加在一起也只有50km2，相當四個(gè)舟山的普陀島，占世界大洋面積的比例不到0.00001%（VanDover，2019）。深部生物圈是深海探索的重大發(fā)現，深海底下的沉積物甚至玄武巖里都有微生物。然而，對深部生物圈微生物數量的估計，相差極為懸殊。20世紀90年代，根據太平洋六個(gè)站位的測量，推測全大洋海底下面有35×1029個(gè)細胞，占據地球上活生物量的30%（Whitmanetal.，1989）。之后測量點(diǎn)增多，尤其是經(jīng)過(guò)大洋鉆探的核實(shí)，估計值至少降了一個(gè)數量級，降為2.9×1029個(gè)細胞，與地球上活生物總量相比，只相當于0.6%（Kallmeyeretal.，2012）。天然氣水合物（即可燃冰）的發(fā)現極其令人興奮。天然氣礦產(chǎn)居然會(huì )以結晶體的形式出現，出乎地球科學(xué)界的意料，可望成為新世紀的清潔能源，但是對其儲量的估計相差懸殊。1980年，美國學(xué)界對海洋可燃冰中甲烷含量的估計，從3.1×1015m3至7600×1015m3不等，相差三個(gè)數量級。原因在于最初的儲量計算是假設沉積巖孔隙里充滿(mǎn)可燃冰，飽和度為100%。經(jīng)過(guò)大洋鉆探取芯分析核實(shí)之后，飽和度的估計值降低了兩個(gè)量級（Boswelletal.，2011）。對海洋可燃冰總儲量的估計值也從20世紀70—80年代的1017～1018m3降到90年代晚期的1014～1015m3，下降了三個(gè)量級（Milkov，2004）。數量上的退步，卻是科學(xué)上的進(jìn)步，因為對可燃冰的認識，從初始階段進(jìn)入了理性階段（叢曉容等，2014）。總體來(lái)說(shuō)，深海是地球上尚待認識的“暗世界”。經(jīng)過(guò)幾十億年的演變，現在地球的表面過(guò)程已經(jīng)在太陽(yáng)輻射能驅動(dòng)下快速進(jìn)行，從水流的物質(zhì)搬運到生物的新陳代謝莫不如此。但是，深海不同，太陽(yáng)能的產(chǎn)物只有極小部分到達深海底部，而溢出海底的地球內能時(shí)空分布極不均勻，絕大多數深?，F象是在微少能量支持下的慢速過(guò)程。因此，深海過(guò)程往往要比陸地上慢幾個(gè)數量級：錳結核百萬(wàn)年才長(cháng)1cm，深部生物圈的繁殖周期以千年計。生活在陸地上的人類(lèi)，首先要認識深海，才能開(kāi)發(fā)利用深海。深海容不得急性子的“淘金潮”。雖然海洋資源現在的估計并不準確，卻動(dòng)搖不了其開(kāi)發(fā)的廣闊前景。海水超過(guò)13×108km3，相當于全球河水總量的60萬(wàn)倍。其中，溶解的鋰、鈾、金等眾多元素雖然含量很低，但只要有高效的提取技術(shù)，就有輝煌的開(kāi)發(fā)前景。海洋的風(fēng)能、太陽(yáng)能和波浪能，都是開(kāi)發(fā)利用的候選對象，利用價(jià)值取決于技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程。最近突破性的新技術(shù)，是利用太陽(yáng)能將海水分解出氫（Kuangetal.，2019）。氫燃料是不產(chǎn)生二氧化碳的清潔能源，而且太陽(yáng)能和海水是取之不盡的原料，因此大有發(fā)展前景。海底蘊藏的能源和資源更加豐富。近年來(lái)，太平洋海底稀土元素的發(fā)現，足以說(shuō)明深海礦產(chǎn)不可估量的潛力。隨著(zhù)高新技術(shù)的發(fā)展，稀土元素的國際需求顯著(zhù)增強?，F在，日本科學(xué)家先在太平洋中部及東南部發(fā)現3500～6000m深海底淤泥中含有大量稀土資源，聲稱(chēng)其可開(kāi)采量是陸地的1000倍（Katoetal.，2011）；后又在西太平洋接近南鳥(niǎo)島附近，在水深5700m處發(fā)現含稀土元素的軟泥，其儲量足夠全球數十年之用（Iijimaetal.，2016）。更加奧秘的是生物資源。提起生物資源，一定會(huì )想到漁業(yè)。不過(guò)，海洋生產(chǎn)力的重點(diǎn)不在深海，近海陸架和上升流區才是主要的漁業(yè)區；即便開(kāi)發(fā)深遠海，捕魚(yú)的目標也在海水上層，并不是深海。然而，漁業(yè)恰恰是破壞深海底棲生態(tài)系統的元兇，關(guān)鍵在于海底拖網(wǎng)。20世紀50年代以來(lái)流行的拖網(wǎng)捕魚(yú)，能夠將海底面上的生物連同沉積物全部刮走。拖網(wǎng)捕魚(yú)歷來(lái)主要在陸架淺海進(jìn)行，但近年來(lái)正在向上陸坡和海山等深水區推進(jìn)。21世紀初估計，全球被拖網(wǎng)捕撈的海底，40%是在陸坡以外的深水區，但是深水魚(yú)比淺水魚(yú)更經(jīng)不起過(guò)度捕撈（Roberts，2002）。深水的底棲固著(zhù)生物新陳代謝格外緩慢，因此受拖網(wǎng)捕魚(yú)的破壞更加致命。例如長(cháng)壽的冷水珊瑚一年只長(cháng)幾微米，一旦破壞，生態(tài)恢復的時(shí)間也要以千百年計?？傊?，深海生物資源的開(kāi)發(fā)利用，需要轉換思路，另辟蹊徑。最值得注意的是生物基因資源。基因資源是個(gè)全新的方向，不是通過(guò)漁業(yè)從深海索取動(dòng)物蛋白，而是著(zhù)眼于深海的生物多樣性。世界大洋估計有220萬(wàn)種動(dòng)物，有10億個(gè)類(lèi)型的微生物，尤其是深海的生物有著(zhù)各種各樣的“特殊功能”—有的能適應高溫高壓，有的能在還原缺氧環(huán)境繁盛，更有的有著(zhù)驚人尺度的長(cháng)壽能力。提供這些特殊功能的基因是無(wú)價(jià)之寶，可以為人類(lèi)帶來(lái)無(wú)可替代的福利（Marlowetal.，2019）。現在，深?；蛸Y源已經(jīng)成功應用于制藥保??；同時(shí)，在化學(xué)制品等許多方面都有廣闊的前景。半個(gè)世紀以來(lái)發(fā)現的黑暗食物鏈、深部生物圈，尤其是微生物研究的進(jìn)展，打開(kāi)了科學(xué)界的眼界。生活在熱液和冷泉口的動(dòng)物群，棲息在玄武巖孔隙里的微生物，以人類(lèi)完全陌生的生命活動(dòng)方式度過(guò)了千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)春秋。一旦解開(kāi)這些生命之謎，相信將會(huì )進(jìn)一步明晰深海對于人類(lèi)社會(huì )的價(jià)值所在。地球上的海洋比陸地大兩倍，人類(lèi)在陸地上開(kāi)發(fā)了幾千年，還沒(méi)有找到可持續發(fā)展的途徑；現在進(jìn)入海洋才幾十年，深海巨大的“黑暗世界”，絕不是靠人類(lèi)星星點(diǎn)點(diǎn)的探測就能看得明白的。深海是人類(lèi)正在打開(kāi)的另一個(gè)世界，深海資源寶藏琳瑯滿(mǎn)目，但其開(kāi)發(fā)實(shí)際上還處于準備階段，人類(lèi)要有自知之明，意識到現有認識的局限性；而認識深海的關(guān)鍵，在于技術(shù)的發(fā)展。從進(jìn)入深海，到認識深海、開(kāi)發(fā)深海，依靠的是高新技術(shù)。具體說(shuō)，關(guān)鍵在于“三深”：深潛、深鉆和深網(wǎng)?！吧顫摗卑ㄝd人和不載人的深潛器；“深網(wǎng)”指的是用光電纜連接的海底觀(guān)測系統以及不聯(lián)網(wǎng)的水下觀(guān)測移動(dòng)裝置；“深鉆”是從海底向下進(jìn)行科學(xué)鉆探，在“三深”里難度最大。“三深”技術(shù)的產(chǎn)生，主要是歐美科學(xué)家近半個(gè)世紀的貢獻。中國發(fā)展深?？萍?，基本是“跟”和“追”，技術(shù)和科學(xué)分頭模仿歐美。這樣的對策在起步階段不可避免，也無(wú)可厚非；但發(fā)展到一定程度就需要轉型：①將科學(xué)與技術(shù)放在一起，而不是分頭來(lái)規劃，這樣才會(huì )產(chǎn)生新意，才能創(chuàng )新；②要考慮成本和效果，要引入投入和產(chǎn)出的比值，并不是投入越多產(chǎn)出就越多。中國深?？萍及l(fā)展，還有許多值得深思之處。“三深”中，以載人深潛的社會(huì )影響最大，也是挺進(jìn)深海最直接的手段。載人深潛是深海探索的先鋒，深海的奧秘是科學(xué)家親身進(jìn)入深海發(fā)現的，身歷其境也是科學(xué)探索最可靠、最能產(chǎn)生新思想的途徑。經(jīng)過(guò)多年努力，我國已逐步提高自主國產(chǎn)水平。我國擁有不同深度的載人深潛器—能潛入深海4500m的“勇士號”、能潛入深海6500m的“蛟龍號”和萬(wàn)米全水深的“奮斗者號”，裝備的水平已進(jìn)入國際前列。載人深潛進(jìn)入馬里亞納海溝，在美國之后還只有中國，喜訊傳來(lái)令全球華人揚眉吐氣。當前面臨的任務(wù)，是配套設備和使用效率的提升，進(jìn)一步發(fā)展探索深海的實(shí)力。隨著(zhù)遙控技術(shù)和人工智能的發(fā)展，許多極端環(huán)境的探索已經(jīng)可以由機器人代替，深海探索也不例外。現在，不載人的潛水器已經(jīng)成為深潛探索的主力，通過(guò)纜線(xiàn)（“臍帶”）連接的無(wú)人遙控潛水器（ROV），可以由科學(xué)家在船上操縱，代替自己在海底做為時(shí)更長(cháng)、效率更高、能量更大的探索動(dòng)作；而水下自主航行器（AUV）連纜線(xiàn)都不用，可以長(cháng)時(shí)間在海洋內部作業(yè)。這些不同種類(lèi)的“水下機器人”已經(jīng)成為深?？茖W(xué)探索和工程服務(wù)的主力（封錫盛等，2013）。雖然科學(xué)家親歷其境的探索有著(zhù)不可替代的價(jià)值，然而從成本和效率出發(fā)，非載人深潛才是大范圍推廣的發(fā)展方向。然而，即便無(wú)人的深潛器也不能總待在海里。于是，20世紀末開(kāi)始發(fā)展海底觀(guān)測網(wǎng)：把傳感器放進(jìn)海底，通過(guò)光電纜連接實(shí)驗室，相當于將“氣象站”甚至“實(shí)驗室”安置在海洋深處，對海洋內部進(jìn)行長(cháng)期、連續的原位實(shí)時(shí)觀(guān)測。2009年，加拿大建成了第一個(gè)大型深海海底觀(guān)測網(wǎng)Neptune—Canada，纜線(xiàn)長(cháng)800km。2016年，美國建成海底觀(guān)測系統OOI，其中規模最大的是俄勒岡岸外的深海區域網(wǎng)。2015年，日本建成面對太平洋的海底地震海嘯觀(guān)測網(wǎng)S—net，纜線(xiàn)總長(cháng)5700km，為世界第一（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，2017）。海底觀(guān)測網(wǎng)的長(cháng)期觀(guān)測是揭示深海奧秘的有效途徑，從連續測量深部洋流的流速流量，到臺風(fēng)來(lái)襲或者火山爆發(fā)時(shí)監測海洋反應，將傳感器放在海洋內部是最好的選擇。由于觀(guān)測目標和海洋條件的不同，海洋內部的觀(guān)測裝置可以極其多樣，有聯(lián)網(wǎng)也有不聯(lián)網(wǎng)的，有固定的也有活動(dòng)的，從海底爬行車(chē)到水下滑翔機，類(lèi)型繁多，不一而足（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，2017）。尤其是傳感器，更是隨著(zhù)觀(guān)測目標的不同而不斷發(fā)展。我國已經(jīng)立項建設東海和南海的海底觀(guān)測系統，應當充分考慮不同的目標和條件，創(chuàng )造性地完成大科學(xué)工程的建設。在深海海底鉆探地殼，是探索深海難度最大、耗費最大的技術(shù)。自從1968年美國啟動(dòng)相關(guān)工作后不久，就發(fā)展為國際大洋鉆探計劃，由若干發(fā)達國家共同提供資金、選擇最佳技術(shù)，共同合作進(jìn)行，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是全球支持一條船進(jìn)行鉆探。半個(gè)多世紀以來(lái)，大洋鉆探船成了海洋科學(xué)的“航母”，接二連三的重大發(fā)現導致了20世紀地球科學(xué)的大洋鉆探本身也成了為時(shí)最久、效果最好的大型國際科學(xué)合作計劃。我國在1998年加入國際大洋鉆探計劃，二十多年來(lái)實(shí)現了南海四個(gè)航次，鉆探了17個(gè)站位，為認識南海深部做出了不可估量的貢獻（丁仲禮，2018）。可以預計，大洋鉆探在深海和地球科學(xué)中的地位還將繼續攀升。因為深海地殼的厚度只有大陸地殼的1/5，在深海打鉆探索地球內部，是未來(lái)地球科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。但是，年逾半百的大洋鉆探計劃，無(wú)論在技術(shù)上還是組織上都已經(jīng)難以適應新時(shí)期的科學(xué)需求。當年發(fā)起大洋鉆探的“初心”在于鉆穿地殼探索地幔，然而這項地球科學(xué)界夢(mèng)寐以求的“莫霍鉆”至今尚難實(shí)現（Michibayashietal，2019），呼喚著(zhù)原創(chuàng )性的技術(shù)改進(jìn)。例如，要鉆探地幔頂部，鉆頭就要求有耐高溫高壓的新型材料；鉆探船也可能要將泥漿泵甚至鉆機放到海底，以減少幾千米穿越海水的鉆具。挺進(jìn)深海是人類(lèi)社會(huì )拓展空間的新方向，大量的技術(shù)創(chuàng )新等待著(zhù)有心人。本質(zhì)上講，“三深”都不過(guò)是探索深海的某種單項技術(shù)，在未來(lái)的科技史里只不過(guò)是挺進(jìn)深海的入門(mén)過(guò)程，發(fā)展的方向必定是眾多技術(shù)結合起來(lái)解決科學(xué)或者工程問(wèn)題。經(jīng)過(guò)50多年的鉆探，僅靠鉆探單一手段解決科學(xué)問(wèn)題的時(shí)代正在消逝，而與深網(wǎng)觀(guān)測、深潛探索相結合的“三深”聯(lián)合技術(shù)，正在成為未來(lái)大洋鉆探的新形式。歐盟在幾年前提出“深海與海底科學(xué)前沿”（deepseaandsub—surfacefrontiers，DS3F）計劃（孫珍等，2020），就體現了“三深”結合的新思路，很值得我們注意。除了科學(xué)上的探索，在歷史上深海探索的開(kāi)始具有軍事背景。19世紀，完成首個(gè)環(huán)球航次探索深海的“挑戰者號”，就是英國的軍艦；20世紀，一些深海觀(guān)測技術(shù)，也是“軍轉民”來(lái)自美國海軍。美國海軍有大量的科學(xué)項目，打著(zhù)科學(xué)旗號到各國海域進(jìn)行海底測量，或者以勘探名義實(shí)現軍事目的。除此之外，還有作為探險活動(dòng)的海洋深潛，其中最有名的是潛入馬里亞納海溝。繼1960年美國“Trieste”號深潛到馬里亞納海溝10916m之后，2012年電影導演J.Cameron、2019年億萬(wàn)富翁V.Vescovo先后潛入海溝探底，都是追求創(chuàng )紀錄的探險之旅。深潛的工具也可以有選擇。上述的潛水器，都是金屬外殼留出玻璃窗口來(lái)觀(guān)察深海，但如果采用玻璃外殼，就可以得到更大的視野。具體說(shuō)，葡萄牙的LILLA1000載人潛水器就用玻璃外殼提供了1.4m寬的大視域，但是只能潛入1000m，不失為深海生物觀(guān)測攝影的理想設備。玻璃殼的載人深潛器一般被作為游樂(lè )工具，下潛深度只能到達數百米。從整體上講，深海探索要求的大規模投入，主要是政府或者大企業(yè)的行為，而且很容易產(chǎn)生政治影響。世界大洋是連通的，任何一個(gè)國家的深海探索都會(huì )產(chǎn)生國際后果，包括海上權益之爭。例如，在美國、日本的無(wú)人深潛器探索馬里亞納海溝之后，2020年中國的“海斗一號”和俄羅斯的“勇士號”無(wú)人深潛器也都先后潛入馬里亞納海溝底部，“勇士號”在萬(wàn)米海底插了個(gè)三角旗，紀念衛國戰爭勝利75周年。這令人想起2007年，俄羅斯的載人深潛器“和平一號”在北冰洋破冰下潛，把一面1m高的鈦合金國旗插在4261m深的海底，一度掀起北冰洋權益之爭的國際大浪。因此，和16世紀歐洲國家間的海上之爭一樣，幾十年來(lái)的深海探測史也貫穿著(zhù)海上的國際斗爭。大洋鉆探作為最大的國際合作，必然涉及政治元素。1997年，我國決定加入“大洋鉆探計劃”，據悉受到美國國防部的阻撓，經(jīng)過(guò)科學(xué)界力爭，一年之后方才成功?！按笱筱@探計劃”作為深海探索的國際合作項目，也是國際爭奪海上領(lǐng)導權的舞臺。20世紀90年代，日本向美國叫板，在21世紀之初建造了一艘比美國鉆探船大幾倍的“地球號”鉆探船，以期爭奪國際領(lǐng)導權，“大洋鉆探計劃”國際總部也一度從華盛頓搬到了東京?？上?，由于經(jīng)費和技術(shù)上的困難，后來(lái)國際總部又返回華盛頓，仍舊由美國主持工作。深海開(kāi)發(fā)權益的國際較量屬于外交之爭。1982年，聯(lián)合國通過(guò)了《聯(lián)合國海洋法公約》，規定除了12海里的領(lǐng)海之外，還有200海里的“專(zhuān)屬經(jīng)濟區”（EEZ），沿海國對于該區內的海底和上覆水域的資源開(kāi)發(fā)和研究具有主權。于是，只要在大洋里有一個(gè)小島，就可以獲得大片海域，使得過(guò)去無(wú)人問(wèn)津的荒島，一夜之間變成國寶。法國的陸地占世界陸地總面積的0.5%，但是EEZ的面積卻占全球EEZ的8%，依靠的就是海外領(lǐng)地。日本可以作為EEZ根據的離島共有99座，其中多數還沒(méi)有名字，但是據此就提出了450×104km2EEZ的要求，面積相當其本土的12倍。近年來(lái)，一些國家之間的島嶼之爭，根源都在于深海資源。深海探索整體上是高科技的挑戰，因此技術(shù)事故屬于家常便飯。就南海來(lái)說(shuō)，“大洋鉆探計劃”自1999年實(shí)施以來(lái)的20年內鉆探了17個(gè)站位，其中最深的U1503A井，水深3868m，加上井深1710m，總深5578m，按深度在大洋鉆探50年歷史上排名第五。但是好事多磨，這口井在2014年的349航次、2017年的368航次都曾經(jīng)打過(guò)，369航次還下了上千米的套管，最終還是因為井下技術(shù)事故，炸斷了鉆具忍痛放棄。直到2018年大洋鉆探再安排了368X航次專(zhuān)攻該井，終于取得了南海張裂最初的大洋殼巖芯，達到了原定目標。但是，多數的深海工程事故，并不是以喜劇告終。日本萬(wàn)米級無(wú)人深潛器“海溝號”（Kaiko）曾在1995年在馬里亞納海溝深潛10970m，在世界深潛器中高居榜首，但是2003年在日本南部水深4673m的太平洋海域作業(yè)時(shí)，因臺風(fēng)來(lái)襲，在回收時(shí)與母船連接的纜繩斷裂，重達5.6t的深潛器永遠消失在海底。最為嚴重的技術(shù)事故，應當是2010年墨西哥灣“深海地平線(xiàn)”鉆井平臺的爆炸。在完井階段，由于防噴系統失靈，油井爆炸沉沒(méi)，造成11人遇難、17人受傷。但最大的災難還不在鉆井平臺，而是海底油井漏油，幾個(gè)月里從1500m深海底涌出了50×104m3原油，造成墨西哥灣北部面積9900km2的油污帶，英國石油公司損失177億美元。挺進(jìn)深海的征途上，技術(shù)事故是最大的挑戰；然而，決策上的失誤，可以造成更大程度的損失。這是因為深海探索常常遇到巨大的投資規模和技術(shù)難度，一旦決策失誤就會(huì )造成很?chē)乐氐暮蠊?。以日本?/span>例，為了預警海底地震與海嘯，日本決定建造深海海底觀(guān)測網(wǎng)；2003年打造了ARENA計劃，在其東面太平洋俯沖帶兩側布網(wǎng)；2006年，改變主意，改為在日本南邊沿南海海槽建設DONET網(wǎng)。不料，就在DONET建成的2011年，9.2級的特大地震發(fā)生在日本東邊而不是南邊，于是又用四年時(shí)間，在東邊的太平洋俯沖帶建起了5700km長(cháng)的S—net計劃實(shí)施，規模比原來(lái)的ARENA計劃大得多（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，2017）。在大洋鉆探方面，日本于1994年制定了OD21計劃，投入8.5億美元巨資建造“地球號”鉆探船。2002年下水時(shí)，由日本公主剪彩，2007年正式啟用服務(wù)大洋鉆探時(shí)，向全世界宣稱(chēng)要去“打穿地殼”。可惜事與愿違，因為受困于經(jīng)費與技術(shù)，2013—2020年，一共才執行了四個(gè)大洋鉆探航次，平均2.5年才有一個(gè)，處于半停頓狀態(tài)。今天的冷清，與當年的歡騰恰成對照。當然，也有立項時(shí)就夭折的。例如，德國設計的破冰鉆探船“北極之光”（AuroraBo—realis），2007年歐盟撥出近700萬(wàn)美元進(jìn)行設計、籌備，2009年因為資金鏈斷裂，雄偉計劃胎死腹中（中國大洋發(fā)展計劃辦公室，海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，2018）。深海探索中的失誤和事故絕非危言聳聽(tīng)，也不想“嚇?！边M(jìn)軍海洋的勇士們。它警告我們：挺進(jìn)深海的征途上有陷阱，深海容不得“淘金”的狂熱。原因很簡(jiǎn)單：深海太大，我們的認知太少；深海和陸地太不相同，原有的經(jīng)驗并不見(jiàn)得適用?，F在，人類(lèi)對深海的開(kāi)發(fā)，不外乎采集和漁獵，相當于陸地上中石器時(shí)代人類(lèi)利用資源的水平。但是與陸地不同，深海過(guò)程往往比陸地慢幾個(gè)數量級：錳結核百萬(wàn)年才長(cháng)1cm，深部生物圈的繁殖周期以千年計。在陸地上，人類(lèi)經(jīng)過(guò)了幾千年的時(shí)間，才發(fā)展起農牧業(yè)，從采集和漁獵進(jìn)步到農耕畜牧，學(xué)會(huì )了利用陸地資源，進(jìn)入深海也不可能一蹴而就。因此，深海計劃的制定和實(shí)行，要考慮到經(jīng)濟、政治、技術(shù)上的“陷阱”，戰略考慮不周、形勢發(fā)生變化，都會(huì )前功盡棄。除了自然因素之外，還有人為因素的“陷阱”，包括政治和科學(xué)兩類(lèi)。一類(lèi)是政治原因，不少設計精細的科研航次，就是因為海域的主權聲索國不予批準，出了海也只能無(wú)功而返，這在海洋界已經(jīng)常見(jiàn)不怪。另一類(lèi)是科學(xué)家有意無(wú)意地夸大，比如前述1965年Mero對太平洋礦產(chǎn)資源的夸大，以及后來(lái)有的科學(xué)家對深海能源、資源儲量的夸大，導致決策層的判斷失誤。將計劃的制定建立在可靠信息的基礎之上，防止在片面信息或者夸大數據的基礎上匆忙做出決策，是深?？萍汲晒Πl(fā)展的要訣。
無(wú)論挺進(jìn)深海的道路如何崎嶇甚至驚險，大洋以其無(wú)邊的體量和無(wú)窮的遠景，始終鼓舞著(zhù)海上勇士們勇往直前。同時(shí)，挺進(jìn)深海要求了解深海，只有腳踏實(shí)地的調查研究才會(huì )取得成功。例如，開(kāi)發(fā)海底要求了解海底，海底的地形就需要調查?，F在大洋的地形圖主要依靠衛星測量，水平分辨率只有2～5km，真正經(jīng)過(guò)多波束測深、制作了地形海底圖的區域只有海域面積的5%。從2021年開(kāi)始，聯(lián)合國發(fā)起的“海洋可持續發(fā)展十年（2021—2030）”科學(xué)計劃，所提出的第一項任務(wù)就是測制海底地圖（Ryabininetal.，2019）。為了可持續發(fā)展，在這10年里，要在全球范圍內推進(jìn)環(huán)境監測系統，為海洋進(jìn)行“體檢”（Duarteetal.，2018）。當然，聯(lián)合國一百多個(gè)國家參加的計劃不可能以深海為主題，因為擁有深海高科技能力的國家不多。現在，我國就是其中舉足輕重的一個(gè)國家。在過(guò)去的10年里，我國在深?？萍贾腥〉昧送黄菩赃M(jìn)展，在未來(lái)的10年必將再接再厲，乘勝前進(jìn)。我們不但要充滿(mǎn)激情，也需要汲取國內外的教訓，避開(kāi)前進(jìn)路上的陷阱。這可以分國際和國內兩方面來(lái)討論。國際合作是深?？萍嫉闹匾矫?。我國深?？萍计鸩酵?，“三深”的三大方面都需要通過(guò)國際合作繼續提高，其中最為重要的是大洋鉆探。過(guò)去10年，我國在國際大洋鉆探計劃里的作用大幅度提高，計劃在接下來(lái)的10年里也能運行鉆探航次，和美國、日本、歐盟并列為鉆探平臺的提供者。國際計劃的運行很容易摻入非科學(xué)因素，加強我國在大洋鉆探中的地位，并非沒(méi)有阻力。例如，2017年我國倡議制定2023—2033年的大洋鉆探國際計劃，主辦國際學(xué)術(shù)研討會(huì )，受到許多國家支持；但是，由美國主持匆忙制定的“2050年科學(xué)框架”（Koppersetal.，2021），淡化了國際學(xué)術(shù)討論。作為應對，我國可以在聯(lián)合國際力量的前提下，立足自身的力量主動(dòng)出招，制定既有新意又有可操作性的10年科學(xué)計劃（2024—2033年），同時(shí)動(dòng)員有關(guān)的發(fā)展中國家加入大洋鉆探的科學(xué)實(shí)踐，推進(jìn)新一輪的國際合作。歐洲幾年前提出“深海與海底科學(xué)前沿”（DS3F）計劃（Kopfetal.，2012），體現了“三深”結合的新思路，就值得我們在制定計劃時(shí)密切注意。在“建設海洋強國”國策的指引下，我國的深海探索已經(jīng)走出毗鄰海域，結合“一帶一路”等國際合作，挺進(jìn)三大洋和南北兩極，包括近年在太平洋馬里亞納海溝探索的成功。與此同時(shí)，最大水深5500m的南海，是我國岸外主要的深水海域，也是我國發(fā)展深?？茖W(xué)的首選。2011年，國家自然科學(xué)基金委員會(huì )啟動(dòng)“南海深部過(guò)程演變”的重大研究計劃，專(zhuān)攻深海盆的基礎科學(xué)問(wèn)題，在9年時(shí)間里將50多個(gè)基金重點(diǎn)項目和“三深”技術(shù)相結合，在海上組織了一個(gè)個(gè)有聲有色的科學(xué)戰役，取得了一次次的學(xué)術(shù)突破，使我國掌握了南海深海研究的科學(xué)主導權。南海近10年的進(jìn)展，提出了“板緣張裂”“低緯驅動(dòng)”等挑戰流行觀(guān)點(diǎn)的新假說(shuō)，產(chǎn)生了一系列具有挑戰性的新問(wèn)題，使南海成為國際海洋科學(xué)的天然實(shí)驗室，有待在新的10年里向南推進(jìn)，聯(lián)合周邊國家，以更大的力度做進(jìn)一步的研究。南海深海探索的意義，超越了科學(xué)本身。美國作家R.Kaplan認為，現在中美的南海之爭，相當于百年前歐美的加勒比海之爭；能否在南海取得成功，將決定我國大國崛起的命運（Kaplan，2014）。法國的F.Gipouloux將南海比喻為“亞洲的地中?！?，將對亞洲的經(jīng)濟交流與發(fā)展，起到關(guān)鍵性的歷史作用（Gipouloux，2011）。進(jìn)一步確立我國在南海深?？茖W(xué)上的主導權，是國家海洋戰略的重要環(huán)節。“建設海洋強國”戰略確定以來(lái)不到10年，我國在深?？萍贾腥〉昧藲v史性的進(jìn)展。展望未來(lái)，未來(lái)10年的成功將首先取決于宏觀(guān)決策。當前，我國的深海研究走到了歷史的十字路口，格外需要以史為鑒，研究國際先行國家的經(jīng)驗教訓，至少應當注意以下幾點(diǎn)。（1）轉型發(fā)展。我國的科技正在從模仿、“跟跑”轉型，未來(lái)將是發(fā)展中國特色的10年。真理只有一條，通向真理的道路卻不止一條，不過(guò)這種道路都是靠人走出來(lái)的。海洋科學(xué)在歐洲產(chǎn)生、在歐美發(fā)展，帶有嚴重的大西洋“胎記”。我們面對西太平洋，地處世界最大大洋和最大大陸之間，有責任擺脫“大西洋中心論”的束縛，從科學(xué)理論和技術(shù)手段兩方面進(jìn)行自己的探索。與許多兄弟學(xué)科相比，我國的深?？萍计鸩礁?、落后更多，因此與國際前沿有更遠的差距，轉型的路程也更加艱難。（2）科技結合。國際深海探索，是一部科學(xué)和技術(shù)攜手發(fā)展的歷史，而我們走的卻是追趕國外論文、仿造國外設備和分頭發(fā)展的道路，新“科”與“技”設備驗收之后再來(lái)征求“用戶(hù)”。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國的深?！翱啤焙汀凹肌币呀?jīng)具備條件，可以?xún)烧呓Y合起來(lái)共創(chuàng )新路。例如，俯沖背景下的西太平洋海區，揭示其演化過(guò)程，就迫切需要發(fā)展新技術(shù)向深部推進(jìn)。（3）頂層設計。與海洋對等的是大陸，海洋科技的學(xué)科種類(lèi)極其繁多。同時(shí)，深海探索又比一般學(xué)科更加要求協(xié)同作戰。當前，學(xué)術(shù)界分散化、小型化的作業(yè)方式，可能有利于文章數量的飆升，卻不利于重大科學(xué)問(wèn)題的研究，迫切需要在國家層面推進(jìn)頂層設計，握成拳頭出擊。剛結束的“南海深部過(guò)程演變”重大計劃，是一個(gè)成功的例子，應當以更大的力度推進(jìn)全國性的協(xié)作。（4）錯位發(fā)展。海洋科技在我國屬于新興領(lǐng)域，近年來(lái)得到沿海和內地的熱烈響應，新單位如雨后春筍紛紛成立，我國海洋事業(yè)出現了空前興旺的大好形勢。與此同時(shí)，也出現了一些重復建設甚至惡性競爭的現象。其中一個(gè)原因，是對海洋本身的了解不深，往往以模仿作為方向。海洋學(xué)科的發(fā)展只能立足于聯(lián)合協(xié)作，海洋開(kāi)發(fā)也遠非簡(jiǎn)單的“淘金”，容不得“大躍進(jìn)”式的投入。當前，我國迫切需要相互協(xié)調，在全國一盤(pán)棋的前提下，錯位發(fā)展，各展所長(cháng)。（5）國際聯(lián)系。與許多相近的學(xué)科相比，我國的深?？萍计鸩礁?。因此，與國際前沿有更遠的差距，國際協(xié)作應當更為加強。除了與發(fā)達國家合作外，未來(lái)10年還需要與“一帶一路”等政策相配合，推進(jìn)與發(fā)展中國家的國際聯(lián)系。深?？茖W(xué)不應當只是“富國俱樂(lè )部”，我國應當出手，團結發(fā)展中國家也來(lái)加入深?？蒲??？梢詫l(fā)展國際科技合作納入外交戰略，通過(guò)科技合作推進(jìn)“民間外交”，在重點(diǎn)海域確立我國的科學(xué)領(lǐng)導地位，形成以我為主的國際科學(xué)群。回顧海洋科學(xué)的歷史，16世紀歐洲“地理大發(fā)現”，我國卻逆向發(fā)展，開(kāi)始“海禁”；19世紀產(chǎn)生“進(jìn)化論”時(shí)，我國正遭受英法聯(lián)軍入侵；20世紀“活動(dòng)論”發(fā)展，我國正深陷“文革”災難。因此，我國對海洋科技發(fā)展貢獻不多?，F在，我國的海洋事業(yè)正在經(jīng)歷著(zhù)黃金時(shí)期，國內正值科教興國的高潮，國際恰逢世界經(jīng)濟發(fā)展放慢，為我們“彎道超車(chē)”提供了機遇。只要全國協(xié)力同心挺進(jìn)深海，過(guò)好華夏振興之路的“海洋關(guān)”，必將能對世界科學(xué)做出前所未有的歷史貢獻（汪品先，2017）。本文選自《新時(shí)代地質(zhì)工作方略》
本文來(lái)源：公眾號《自然資源之聲》
作者：汪品先
