海洋是生命的搖籃，空間廣袤遼闊，資源豐富多樣。發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)國(guó)家主權(quán)、安全、發(fā)展利益具有重要戰(zhàn)略意義。
習(xí)近平總書(shū)記高度重視海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)，多次對(duì)海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)作出重要指示批示，強(qiáng)調(diào)要關(guān)心海洋、認(rèn)識(shí)海洋、經(jīng)略海洋，加快海洋科技創(chuàng)新步伐?？倳?shū)記在黨的二十大報(bào)告中，強(qiáng)調(diào)“發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”；赴地方考察調(diào)研時(shí)，多次到深?？茖W(xué)與工程研究所、海洋研究院等科研單位；連線“深海一號(hào)”作業(yè)平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)“要推動(dòng)海洋科技實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)，加強(qiáng)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備制造牢牢抓在自己手里”；會(huì)見(jiàn)載人深潛先進(jìn)單位和先進(jìn)工作者代表，勉勵(lì)大家為建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)作出更大成績(jī)；致信祝賀“奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器成功完成萬(wàn)米海試并勝利返航……總書(shū)記的重要論述和親切關(guān)懷，為我國(guó)深海探索注入了強(qiáng)大動(dòng)力、指明了前進(jìn)方向。
從“蛟龍”號(hào)到“深海勇士”號(hào)再到“奮斗者”號(hào)，從“深潛”到“深鉆”再到“深網(wǎng)”，我國(guó)深海探測(cè)開(kāi)發(fā)事業(yè)蓬勃發(fā)展，取得了舉世矚目的成績(jī)。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)一步探索深海的時(shí)代正在來(lái)臨。
一、深海探索的歷程
深海充滿神秘色彩，探索深海一直是人類的夢(mèng)想。歷史上，人類對(duì)深海的認(rèn)知非常有限。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著深海探測(cè)技術(shù)不斷突破，人類才慢慢揭開(kāi)深海未知世界的神秘面紗。
從海洋外面探索海洋。全球海洋平均深度約3680米。通常將海平面200米以下水深的黑暗海域稱為深海，所以大洋95%是永恒的黑暗。深度每下降10米，就會(huì)增加一個(gè)大氣壓，全球洋底平均有300多個(gè)大氣壓。黑暗無(wú)光、海水壓力巨大、海底地形復(fù)雜，想要進(jìn)行深海探測(cè)，就必須發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)。20世紀(jì)30年代，人們開(kāi)始使用物理波通過(guò)遠(yuǎn)距離非接觸的方法，從海洋外面來(lái)探索海洋。20世紀(jì)中期，遙感技術(shù)的發(fā)明帶來(lái)了海洋探測(cè)手段的革命。利用遙感技術(shù)，科學(xué)家能夠從空中對(duì)海洋進(jìn)行大面積觀測(cè)。但是遙感的電磁波局限在探測(cè)海洋的頂層，進(jìn)入不了深海。之后，能在海水中自由傳播的聲波，成為海洋水文測(cè)量和水下通訊的主要手段。對(duì)海底地震波的追蹤，也成為探索海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)、揭示地球內(nèi)部物質(zhì)組成的重要手段。
進(jìn)入海洋內(nèi)部的深潛技術(shù)。首先為人類進(jìn)入深海提供“入場(chǎng)券”的是深潛技術(shù)。最早的深潛器是兩位美國(guó)科學(xué)家乘坐的空心潛水球，1930年在百慕大首次成功下潛到水下183米。1960年，瑞士人設(shè)計(jì)的“的里雅斯特”號(hào)深海潛水器，承載兩人深潛到馬里亞納海溝的10916米處，停留了20分鐘，一舉打破深潛的最高紀(jì)錄。此后，又逐步出現(xiàn)能夠在水下移動(dòng)、采樣，具有探測(cè)功能的深潛器。目前，世界上只有中國(guó)和美、法、俄、日5個(gè)國(guó)家擁有載人深潛器。近年來(lái)，我國(guó)自主設(shè)計(jì)和研制的“蛟龍”號(hào)、“深海勇士”號(hào)和“奮斗者”號(hào)深潛器累計(jì)下潛超過(guò)1000次，下潛深度覆蓋了大洋縱深萬(wàn)余米的“全海深”。我國(guó)還陸續(xù)研制出應(yīng)用范圍更廣的無(wú)人深潛器和深海機(jī)器人，包括遙控水下機(jī)器人、自主水下機(jī)器人、混合式自主遙控水下機(jī)器人、水下滑翔機(jī)等，初步建立起全海深潛水器譜系，具備了全海深探測(cè)與作業(yè)能力。
圖為2023年5月26日，潛航員為“深海勇士”號(hào)載人潛水器解開(kāi)與“探索一號(hào)”科考船相連的纜繩，為載人潛水器下潛做準(zhǔn)備。 新華社記者 蒲曉旭/攝
“下海”加“入地”的大洋鉆探。在深海海底鉆探地殼，涉及深海探索中難度最高、耗費(fèi)最大的技術(shù)。國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃是由全球20多個(gè)國(guó)家參與合作的國(guó)際研究計(jì)劃，1968年正式運(yùn)作，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)在全球各大洋鉆井4000多口、取芯（即對(duì)地層進(jìn)行巖石取樣）超過(guò)49萬(wàn)米，所取得的研究成果證實(shí)了海底擴(kuò)張等理論，揭示了深海極端生命和資源的奧秘，從根本上改變了人類對(duì)地球的認(rèn)識(shí)。1998年，我國(guó)加入國(guó)際大洋鉆探計(jì)劃。1999年，我國(guó)科學(xué)家自主設(shè)計(jì)和主持的第一個(gè)南海大洋鉆探航次，實(shí)現(xiàn)了南海深海鉆探零的突破。2014年到2018年，我國(guó)又相繼完成3個(gè)鉆探航次探索南海成因，使南海成為大洋鉆探研究程度最高的邊緣海。從深海打鉆探索地球內(nèi)部是科研發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)，大洋鉆探在深海和地球科學(xué)中的地位還將繼續(xù)攀升。
常駐深海的海底觀測(cè)網(wǎng)。深海觀測(cè)，不僅需要從海面向下探索，而且需要從海底向上觀測(cè)。海洋科學(xué)也不滿足于短暫的考察，而是追求進(jìn)入海洋內(nèi)部進(jìn)行原位的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。于是，海底觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。海底觀測(cè)網(wǎng)將各種傳感器放到海底，用光電纜聯(lián)網(wǎng)接到岸上，把測(cè)量所得信息傳送回來(lái)。傳感器與穿梭在節(jié)點(diǎn)之間的自主水下機(jī)器人、著陸器等多種設(shè)備配合運(yùn)行，構(gòu)成功能強(qiáng)大的深海觀測(cè)系統(tǒng)，直接在水下分析信息，從而實(shí)現(xiàn)從海底到海面全天候、長(zhǎng)期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、綜合的原位觀測(cè)。海底觀測(cè)網(wǎng)是21世紀(jì)的新事物，第一個(gè)大型觀測(cè)網(wǎng)是2009年在加拿大建成的“海王星”網(wǎng)。2015年，日本建成纜線長(zhǎng)5700千米的海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)（S-net），專門(mén)預(yù)警地震海嘯。2016年，美國(guó)的海底觀測(cè)網(wǎng)（OOI）投入使用，包括區(qū)域網(wǎng)、近岸網(wǎng)和全球網(wǎng)三大部分，是目前規(guī)模最大的海底觀測(cè)網(wǎng)。我國(guó)也已經(jīng)啟動(dòng)了大科學(xué)工程，匯集各學(xué)科、各領(lǐng)域、各層次科技資源，正在東海和南海建造海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)。
“深潛”、“深鉆”、“深網(wǎng)”合稱“三深”，構(gòu)成當(dāng)前進(jìn)入深海內(nèi)部進(jìn)行科學(xué)探索的主力。經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的探索，人類極大拓展了對(duì)深海的認(rèn)知。
二、深海底部的科學(xué)發(fā)現(xiàn)
人們?cè)?jīng)以為，永恒黑暗的深海是沒(méi)有運(yùn)動(dòng)、沒(méi)有生命的死寂世界。隨著探索的深入，人們發(fā)現(xiàn)深海不但地形起伏，充盈著水流和生命活動(dòng)，而且充滿了想象不到的奧秘。
深海底部的雙向運(yùn)動(dòng)。深海熱液是20世紀(jì)海洋科學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)之一，包括高溫?zé)嵋汉偷蜏責(zé)嵋骸?979年，美國(guó)的載人深潛器“阿爾文”號(hào)在東太平洋進(jìn)行深潛考察時(shí)，發(fā)現(xiàn)海底有2米高的“黑煙囪”向上噴出滾滾濃煙。原來(lái)，這是滲入地殼的海水與上升的巖漿接觸后，形成的富含金屬元素的熱液，即深海熱液。350℃的高溫?zé)嵋合蛏蠂姵?，在遇到海水冷卻沉淀后，所含的硫化物形成了像“黑煙囪”一樣的景觀。人們由此推測(cè)，深海熱液是巖漿活動(dòng)的副產(chǎn)品。此后，又經(jīng)過(guò)30年的探測(cè)，全球累計(jì)發(fā)現(xiàn)500多處活動(dòng)的熱液口，其中，一半分布在板塊擴(kuò)張的大洋中脊，一半分布在板塊俯沖的火山弧一帶。除了巖漿活動(dòng)，上地幔的橄欖巖在洋中脊或者俯沖帶出露，與海水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也能產(chǎn)生熱量而引起熱液活動(dòng)。不過(guò)，這種熱液溫度只有40℃到90℃，被稱為低溫?zé)嵋骸?000年，“阿爾文”號(hào)在大西洋中脊附近發(fā)現(xiàn)了方解石等構(gòu)成的“白煙囪”。“白煙囪”就是低溫?zé)嵋旱漠a(chǎn)物，可以形成10米到60米的尖塔。比深海熱液分布更廣的是冷泉，也就是天然氣水合物的甲烷泄出口。在深海海底高壓低溫的條件下，甲烷很容易被包在水冰分子里，形成天然氣水合物（可燃冰）。但是水合物在海底并不穩(wěn)定，溫度壓力稍有變化就會(huì)放出氣體，形成冷泉。熱液和冷泉從海底自下而上向海水輸送物質(zhì)，海水自上而下向地殼滲透、海底板塊向下俯沖，在深海海底形成雙向運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)和能量交換。
地球的第二生物圈。熱液生物群也是20世紀(jì)海洋科學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)之一。1977年，也就是發(fā)現(xiàn)“黑煙囪”的兩年前，人們?cè)跂|太平洋發(fā)現(xiàn)了熱液生物群。熱液動(dòng)物中，有螃蟹，有30厘米長(zhǎng)的白色大貝殼，還有長(zhǎng)著紅色鰓狀羽、成簇生長(zhǎng)的管狀蠕蟲(chóng)，等等。管狀蠕蟲(chóng)沒(méi)有消化器官，也沒(méi)有口和肛門(mén)，以體內(nèi)共生的硫細(xì)菌進(jìn)行化學(xué)合成為生。在無(wú)陽(yáng)光、無(wú)養(yǎng)分的大洋深處，熱液生物群生存的基礎(chǔ)是細(xì)菌。細(xì)菌依靠熱液的熱量和深源的硫化氫，通過(guò)化學(xué)合成制造有機(jī)物，支撐管狀蠕蟲(chóng)等熱液生物的生存。管狀蠕蟲(chóng)引來(lái)以它們?yōu)槭车能涹w動(dòng)物和魚(yú)類，又為微生物提供生存條件。就這樣，深海水底的“黑暗食物鏈”得以形成。熱液生物群的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們過(guò)去對(duì)生命必須依靠太陽(yáng)才能生存的基本認(rèn)識(shí)。1983年，墨西哥灣深海海底，在水溫只有4.5℃的冷泉口發(fā)現(xiàn)了管狀蠕蟲(chóng)簇，伴有成堆的貽貝、小蝦和海參等，也形成了與熱液口類似的“黑暗食物鏈”。深海探索發(fā)現(xiàn)，不僅太陽(yáng)可以通過(guò)葉綠素的光合作用在氧化環(huán)境下制造有機(jī)物，形成人們熟知的“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”的生物圈；在黑暗的深海海底，還存在依靠地球內(nèi)部的地?zé)崮?，通過(guò)微生物的化學(xué)合成作用，在還原環(huán)境（即沒(méi)有氧氣的同時(shí)存在大量還原性物質(zhì)，如甲烷、硫化物等）制造有機(jī)物的第二生物圈。這個(gè)發(fā)現(xiàn)，對(duì)人們認(rèn)識(shí)和探索生命起源和地外生命產(chǎn)生了重大影響。
深入海底探索地球內(nèi)部。地幔占地球體積的4/5、地球質(zhì)量的2/3。但是，隔著地殼，至今誰(shuí)都沒(méi)有見(jiàn)過(guò)原位地幔的真面目。大陸地殼的平均厚度為30千米左右，大洋地殼的平均厚度只有7千米左右，而深海地殼的平均厚度只有大陸地殼的1/5，所以，可以說(shuō)深海底是距離地球內(nèi)部最近的地表。尤其是洋中脊和俯沖帶深海溝，是地球內(nèi)部和表層交換物質(zhì)和能量的通道，也是人類探測(cè)地球內(nèi)部的最佳切入點(diǎn)。早在60多年前，學(xué)術(shù)界就曾經(jīng)發(fā)起過(guò)鉆穿地殼、探索地幔的“莫霍計(jì)劃”，但由于對(duì)技術(shù)和經(jīng)費(fèi)要求過(guò)高，直到今天這項(xiàng)計(jì)劃還是地球科學(xué)界未圓的夢(mèng)。近年來(lái)，深入海底探索地球內(nèi)部的需求和呼聲逐年增長(zhǎng)。地球系統(tǒng)科學(xué)理論把地球看作“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的完整系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)研究地球表層和深部的相互作用，認(rèn)為地球內(nèi)部的水、碳循環(huán)和地球表層是相互連接的，而且儲(chǔ)量遠(yuǎn)超地球表面?？梢韵嘈牛S著科學(xué)研究的深入，從深海探索地球內(nèi)部會(huì)成為科學(xué)界的熱點(diǎn)，人類對(duì)深海和地球的認(rèn)識(shí)將進(jìn)一步拓展。
三、深海資源開(kāi)發(fā)
隨著全球海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，深海資源逐漸成為人類探索的新熱點(diǎn)。深海資源包括海底礦產(chǎn)資源、生物資源以及能源等。這些資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)于滿足人類的需要、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
海底油氣資源開(kāi)發(fā)。石油是最早被注意到的海底資源之一，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值在海洋經(jīng)濟(jì)中位居前列。全球發(fā)現(xiàn)的重大油氣田有70%來(lái)自水深超過(guò)1000米的海域?？茖W(xué)家估計(jì)，在北冰洋下面儲(chǔ)存著大量的原油和天然氣，分別占尚未開(kāi)采儲(chǔ)量的13%和25%。目前，我國(guó)在深海油田的勘探開(kāi)發(fā)上取得了卓越成績(jī)，建成鶯瓊盆地“深海一號(hào)”超深水大氣田、投產(chǎn)珠江口“深藍(lán)探索”智能深水鉆井平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了深水油氣技術(shù)上的重大突破。
深海金屬礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)。深海金屬礦產(chǎn)包括多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物三大類。多金屬結(jié)核分布在水下4000米到5000米深海平原的表面；富鈷結(jié)殼呈層狀附著在海山的巖石表面，鈷含量最高可達(dá)1.7%；多金屬硫化物分布在深海熱液區(qū)，是塊狀的金屬硫化物礦，成分包括硫化鉛、鋅、銅、金、銀等。深海金屬礦藏中，錳結(jié)核發(fā)現(xiàn)得最早。20世紀(jì)六七十年代，歐美國(guó)家派出了數(shù)以百計(jì)的航次前往太平洋，試圖開(kāi)采錳結(jié)核。但是，受限于技術(shù)條件和環(huán)境保護(hù)需要，錳結(jié)核一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采。富鈷結(jié)殼礦藏位置較淺、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、儲(chǔ)量豐富。據(jù)估計(jì)，僅太平洋的鈷儲(chǔ)量就達(dá)5000萬(wàn)噸，相當(dāng)于陸地儲(chǔ)量的7倍。但是，貼在巖石上的結(jié)殼只有幾厘米厚，開(kāi)采起來(lái)并不容易。相較而言，多金屬硫化物最可能率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)采。近年來(lái)，隨著清潔能源技術(shù)快速發(fā)展，深海金屬礦產(chǎn)開(kāi)采再度被提上日程，但是采礦可能帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題尚未找到解決辦法。如何實(shí)現(xiàn)深海礦藏綠色開(kāi)發(fā)，已成為海底資源開(kāi)發(fā)利用的重要議題。
圖為遙控?zé)o人潛水器拍攝到的“海底花園”。 新華社發(fā)
深海生物資源開(kāi)發(fā)。近年來(lái)，海底拖網(wǎng)等過(guò)度漁業(yè)作業(yè)，對(duì)深海海底生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重破壞。深海生物資源的開(kāi)發(fā)利用，必須改換思路、另辟蹊徑，避免過(guò)度捕撈，轉(zhuǎn)而著重于海洋生物多樣性的開(kāi)發(fā)。全球大洋大約有220萬(wàn)種動(dòng)物、10億種類型的微生物。探索發(fā)現(xiàn)，不但深海沉積物里有細(xì)菌，海底玄武巖甚至下地殼里也有微生物。這類生活在地下深處巖石孔隙里的微生物分布極廣，構(gòu)成了地球上最底層的“深部生物群”，是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)。這些微生物生活在“水深火熱”的條件下，新陳代謝極其緩慢，“壽命”可以萬(wàn)年計(jì)算。深海生物具有各種各樣的“特殊功能”，有的能適應(yīng)高溫高壓，有的能在還原缺氧環(huán)境下繁盛，提供這些特殊功能的基因是無(wú)價(jià)之寶，可能給人類帶來(lái)全新福祉?？梢?jiàn)，基因資源是深海生物資源開(kāi)發(fā)的全新方向，相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)初見(jiàn)端倪，在制藥領(lǐng)域有較為突出的潛力，在美容保健等領(lǐng)域也有廣闊的前景。
四、現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)與未來(lái)前景
近年來(lái)，深海技術(shù)的不斷創(chuàng)新，深?？茖W(xué)的飛躍發(fā)展，為人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)海洋、開(kāi)發(fā)海洋創(chuàng)造了條件。同時(shí)，隨著深海探索的拓展，海洋資源開(kāi)發(fā)保護(hù)也面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。
深海探測(cè)是高科技的挑戰(zhàn)，必須重視防范技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。日本萬(wàn)米級(jí)無(wú)人深潛器“海溝”號(hào)一度是世界深潛器的翹楚，卻因纜繩斷裂于2003年在太平洋永遠(yuǎn)消失。2010年，墨西哥灣“深水地平線”鉆井平臺(tái)防噴系統(tǒng)失靈等原因?qū)е掠途ǔ翛](méi)，11人遇難、17人受傷，漏油長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月，造成海上9900平方千米的巨大油污帶，成為損害極其嚴(yán)重的海上事故。這些事故警示人們，深海探索面臨極高的科技風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)故障引發(fā)的意外可能需要付出經(jīng)濟(jì)、環(huán)境甚至生命的代價(jià)。深海神秘也危險(xiǎn)、美麗也脆弱，人類大意不得，要高度重視技術(shù)安全。
人類探索深海，也要保護(hù)深海。如何在保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，推動(dòng)科學(xué)研究不斷深入、實(shí)現(xiàn)深海資源可持續(xù)利用，這是深海探索面臨的又一個(gè)挑戰(zhàn)。與陸地相比，深海的時(shí)間往往比陸地慢幾個(gè)量級(jí)，比如錳結(jié)核百萬(wàn)年才長(zhǎng)一厘米，深部生物群的繁殖周期以千年計(jì)。人類排放的污染物質(zhì)一旦進(jìn)入深海造成生態(tài)環(huán)境破壞，后果比在陸地嚴(yán)重得多，可能帶來(lái)不可逆的、難以彌補(bǔ)的損失。當(dāng)前深海探索的首要任務(wù)是發(fā)展深?？萍?，絕不能帶著“淘金”的狂熱竭澤而漁、“挖空”深海，而是應(yīng)通過(guò)科技發(fā)展促進(jìn)海洋的開(kāi)發(fā)與保護(hù)。
事實(shí)上，我們?cè)谏詈Ｃ媲斑€是小學(xué)生。人類在陸地尚且歷經(jīng)幾千年才學(xué)會(huì)利用資源，從采集和漁獵進(jìn)步到農(nóng)耕畜牧，發(fā)展起農(nóng)牧業(yè)；同樣，人類進(jìn)入深海也不可能一蹴而就。目前，深海探索只相當(dāng)于中石器時(shí)代人類對(duì)陸地資源的開(kāi)發(fā)利用，相當(dāng)于“采集”和“漁獵”水平，未來(lái)還有很遠(yuǎn)的航程。
我國(guó)海洋事業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一系列突破性進(jìn)展，形成了一系列標(biāo)志性成果。進(jìn)入新時(shí)代以來(lái)，我國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)保護(hù)重大工程扎實(shí)推進(jìn)，海洋重器接連問(wèn)世，我國(guó)首艘大洋鉆探船試航圓滿成功，海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)水深3000米的跨越，“藍(lán)鯨1號(hào)”在南海成功試采可燃冰，海洋經(jīng)濟(jì)向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變?nèi)〉蔑@著成效，海洋生態(tài)安全屏障進(jìn)一步筑牢。我國(guó)全面推動(dòng)海洋命運(yùn)共同體理念走深走實(shí)，深度參與并支持全球海洋治理。深耕藍(lán)色國(guó)土，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，我國(guó)海洋事業(yè)正在向海洋深處挺進(jìn)。
