“奋斗者”号究竟在奋斗些什么？

原创 陈驰 Discovery探索频道

1960年，美国海军上尉唐·沃尔什(Don Walsh)和瑞士探险家雅克·皮卡德（Jaques Piccard）驾驶深潜器“的里雅斯特”号（Bathyscaphe Trieste）代表人类首次接触了大洋最深处。海床上厚厚的沉积物被激起，持续了十多分钟。虽然那次在海底并没有留下太多影像资料，但他们的智慧和勇气却激励着更多的人揭开蓝色以下的秘密。唐·沃尔什与雅克·皮卡德在“的里雅斯特”号舱内

（图片来源：U.S. Naval Institute）

甲子轮回，北京时间2020年11月10日上午8时12分，中国的科学家与工程师用实际行动致敬人类探海先驱：全海深载人深潜器“奋斗者”号成功坐底地球第四极，海洋最深处——马里亚纳海沟挑战者深渊（Challenger Deep, Mariana Trench），坐底深度为10909米。

在“奋斗者”号接触洋底的一刹那，浮尘轻飞。这些沉静千年的泥沙物虽被这“不速之客”搅了安宁，但却用氤氲的舞姿诉说着自己的故事。那薄纱般的尘幕后就是我们人类渴望千年为之一瞥的大洋深处。大海最深处有种“荒凉的美感”，也埋藏了许多秘密。

“奋斗者”号触底瞬间激起了海底的沉积物

（图片来源：央视频）

为什么深潜困难重重？

11000米，这是地球海洋最深处的大概深度。

现在，我们虽可以“上九天揽月，下五洋捉鳖”，但去过深海（3500米以下的海域）的人数却远远少于宇航员的人数，更不用说到达深渊（6000或6500米以下的海域）的人数了。在人类即将踏上火星的今天，为什么深海的结界却如此难以逾越？为什么“奋斗者”号的成功如此宝贵？

深渊区的部分环境参数

深海之旅看似路途不远，却要面临层层阻碍。在无光，低温，高压，无线电屏蔽这几大挑战中，巨大的压强是这些挑战中最为棘手的问题，也是不能有任何闪失的问题。如果“奋斗者”号在水下有一道小裂缝从外部直通驾驶舱，则喷射而入的水流会像狂野的子弹让舱内的人员瞬间牺牲，没有任何补救的可能性。

水流速度的解释

（图片来源：Discovery探索频道公众号）

所以深潜，尤其是载人深潜，风险极大，危险性极高。

为什么我们要去海底万米？

既然深海探索苦难重重，我们为什么要冒着巨大的风险，花费大量的人力，物力，财力去探索深海呢？

好奇心就是我们的初心

好奇心是驱动人类了解未知的初心，从深海的探索成果中，我们可以了解到我们和地球的过去，现在与未来。长久以来，对于人类来说，所知的海洋深度仅为百米左右，无论是深海的资源、生物，还是地貌、环境，我们只能靠推测和想象。但这样一个神秘的异世界，随着深渊技术的发展，正在被层层揭开。

“深海路虎”（Deep Rover）常压单人潜水器

（图片来源：Instagram用户“Science channel”）

深渊探索的价值远超想象

深海的沉积物是地球的年轮，我们从中可以了解到地球过去的气候与生态环境。

由于深海中环境稳定，流速缓慢，沉降之后能够很好地“待在原地”，不被“吹走”，而且沉降速度较慢。这些沉积物一层层的稳定的累积就形成了在垂直方向上展示地球百万年生态的时间轴。这些沉积物中的化石，或者有机碳含量则向人们揭示着海洋，以及地球的气候变化。

位于上海彩虹鱼海洋科技股份有限公司的深渊海水

深渊沉积物冷库

深海的沉积物也蕴藏着生命起源的答案。

生命可能起源于深海的观点已经被许多科学家认可，而且科学家们还认为地球上早期的生命形式应该拥有耐压基因，所以这些生命体具有耐高压的环境适应性。在深渊微生物耐压机制上的探究工作，可以帮助我们加深对深海的理解，并且为生命的起源和进化提供一条新的线索。尤其是一些厌氧型微生物的探究也能够揭示有机生命体早期的新陈代谢模式和生存之道。帮助人类揭开生命起源的奥秘。

静谧的深处埋藏着生命起源的密码

（2018年12月，彩虹鱼二代着陆器在马里亚纳海沟

挑战者深渊10913米的底部拍摄的深海沉积物）

触底深海了解脚下的现在

虽然大陆漂移学说在德国气象学家尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）提出前就有相应的假设和猜想，但是验证该学说的强有力证据却来自海底。

目前，我们人类已经了解到地质板块之间的相对运动在其边界主要有三种运动模式：

转换 Transform

离散 Divergent

汇聚 Convergent

地壳板块边缘的相对运动关系

（图片来源：美国海洋与大气管理局）

而深渊海沟的形成便是地壳板块汇聚过程的体现：较轻的洋壳被较重的陆壳压入地幔，形成俯冲带。

俯冲带示意图

（图片来源：维基百科词条“Subduction”）

也是由于海沟基本上都是地壳板块的边缘地带，并且产生汇聚运动，因此海沟所在区域也是地震频发区域。所以对于海沟的探究，能够很好地研究地壳板块运动和地震机理。

地壳板块边缘（不同色块交界处）

与地震（气泡）和火山喷发（三角）的关系

（图片来源：Interactive Map from National Geographic）

如果说海沟中的俯冲带是地壳走向“死亡”的通道，那么洋中脊则见证了地壳的“新生”。由于地壳版块之间的离散作用而在洋底形成了洋中脊。软流层中岩浆从洋中脊（也是洋壳最薄处）喷涌而出，海水将岩浆极速冷却后形成“新”的地壳。这些巨大的板块，托着我们的陆地在软流层上缓缓运动。

正是因为造地运动使地球变得温暖（二氧化碳通过火山来到大气从而温暖地球），如果没有造地运动，陆地无法产生，那么地球可能是一片汪洋，而更谈不上人类这种陆地生物的诞生。所以我们必须潜入深海之下，才能揭开其中的奥秘。

研究深海就是预研未来

随着人类技术的发展，以及空间与资源的限制，人类未来必定会飞向宇宙，殖民外星。一颗拥有液态海洋的星球将会是新家园的首选。

人类已经发现在木卫二（欧罗巴 Europa）和土卫二（恩塞勒达斯 Enceladus）已经有冰下液态海洋存在的证据。在木卫四（卡里斯托 Callisto）也发现了地下海洋的相关证据。另外，在土星，木星，海王星的一些卫星上均发现冰存在的痕迹。

木卫二（欧罗巴）的冰层下也许有生命的存在

（图片来源：NASA）

对于我们地球海洋了解得越多，我们也会对未来第二故乡的大海了解更多。

资源丰富的深海世界

多金属结合物（锰结核）是深海里的网红矿产；甲烷水合物（可燃冰）是被寄予厚望的能源。还有深海微生物以及其对应的生物勘探和生物技术是“最令人兴奋的科技领域之一”。

极端环境（例如极地区域、缺氧区、高盐湖泊）被认为可能是先前未知的新型生物化合物的储藏库，而这些化合物可能对于医药和生物技术都非常重要。但受限于我们对深海环境过于陌生，深海探测技术也还有待发展，这些资源的开发和利用都还在较早的阶段。

从左至右：锰结核，可燃冰，海洋生物技术

（海洋微生物技术为上海深渊生物医学工程有限公司工作照，其余照片来自网络）

深海污染是我们的警钟

由于深渊海沟离人类生活的范围极为遥远，所以许多人错以为深渊海沟还保持着“淳朴”的原生态，是深海生物的“香格里拉”。但最近的研究表明，人类活动已经对深海的环境造成了影响。而且脆弱的深海环境也更为敏感。

2019年5月，美国潜水器“限制因子”号

在海洋最深处发现了糖纸

（Record-breaking Mariana Trench Dive - What the Future）

2009年，美国“海神”号无人潜水器下潜至马里亚纳海沟挑战者深渊后在10900m的深度发现了雨衣。

2019年5月，美国探险家Victor Vescovo驾驶潜水器Limiting Factor成功挑战了马里亚纳海沟挑战者深渊最深处。但是当他潜入海底的时候，他却发现了塑料袋和糖纸。这些例子说明了海洋污染其实是一个全海深都共同面对的课题。不仅如此，更小尺度的污染——微塑料更是触目惊心。

目前，英国的一项研究表明，从马里亚纳海沟深渊处打捞上来的所有钩虾体内均含有微塑料。塑料的大规模使用开始于1960年代，但是现在造成的污染已经遍布整个海洋。

不同海沟中深渊生物体内微塑料的含量

另外，深海虽然寒冷且恒定，但全球变暖也威胁着深海环境。

由于深海的能量与食物大多数来自于浅层的沉降，但是由于全球变暖，可能会让浅层的水温升高，而让有机碎屑更加难以下沉。这样会让海洋在垂直方向上的混合减少。并且影响向深海的有机碳输送，人类对于全球环境的影响在深渊区中留下了不可忽视的痕迹，警钟也在深海长鸣。

即使深潜万米我们仍对大海无知

海洋占我们地球表面积的70.8%，平均深度约为3700米，总水量约为13.5亿立方公里约占全球水量的71%。但我们只探测了5%的洋底，剩下的95%仍是谜一般的存在。

我们虽与大海相处了亿万年，但1890年代英国皇家海军“挑战者”号的环球科考才标志着现代海洋科考的开始。也就是那次举世瞩目的航次，我们发现了6500米（或6000米）以下的深渊区。所以，我们对于深海，以及深渊的了解更少。全世界超过6500米的深渊海沟有26条，其面积总和超过美国国土面积，但是我们仍旧一无所知。

大洋之下仍有许多奥秘等待被揭开

毫无疑问，“奋斗者”号的成功下潜无论是对于中国，还是世界范围内的深海探测事业都具有里程碑式的意义。但前路漫漫道阻且长，有许多的未知需要我们进一步去研究与探索。未来还需要更多的资源投入才能让我们更好地了解深海，利用深海。大洋之下，仍有许多奥秘等待你去探索。

参考文献

BC Campus. (2010). Physical Geology. Retrieved from Opentextbc: https://opentextbc.ca/geology/chapter/10-1-alfred-wegener-the-father-of-plate-tectonics/

Belyaev. (1989). Deep-sea Ocean Trenches and Their Fauna. Moscow: Nauka.

Bruce Buffett, D. A. (2004). Global inventory of methane clathrate: sensitivity to changes in the deep ocean. Earth and Planetary Science Letter, 227, pp. 185-199.

Cameron, J. (Director). (2014). Deepsea Challenge [Motion Picture].

Charette, M., & Smith, W. (2010). The volume of Earth's ocean. Oceangraphy, 23(2), pp. 112-114.

ENGINEERED SYNTACTIC SYSTEMS. (2019). Microshere Syntactic Foam. Retrieved from Official Website of ENGINEERED SYNTACTIC SYSTEMS: https://esyntactic.com/products-solutions/syntactic-buoyancy-materials/microsphere-syntactic-foam/

Hall, S. (2017, July 20). Earth's tectonic activity may be crucial for life and rare in our Galaxy. Retrieved from Scientific American: https://www.scientificamerican.com/article/earths-tectonic-activity-may-be-crucial-for-life-and-rare-in-our-galaxy/#:~:text=Still%2C%20astronomers%20suspect%20that%20as,lot%20of%20possible%20habitable%20worlds!%E2%80%9D

Imai, E., Honda, H., Hatori, K., Brack, A., & Matsuno, K. (1999). Elongation of oligopeptides in a simulated submarine hydrothermal system. Science, 283, pp. 831-833.

Jamieson, A. J., Brooks, L. S., Reid, W. D., Piertney, S. B., Narayanaswamy, B. E., & Linley, T. D. (2019, January 22). Microplastics and synthetic particles ingested by deep-sea amphipods in six of the deepest marine ecosystems on Earth. Royal Society Open Science, 6.

Jamison, A. (2015). THE HADAL ZONE: LIFE IN THE DEEPEST OCEANS. Cambridge: Cambridge University Press.

Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology. (2020, 11 17). Voyager Mission Status. Retrieved from JPL, NASA: https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/

Kato, C. (2011). Distribution of piezophiles. In K. Hriokoshi, G. Antranikian, A. Bull, F. Robb, & K. Stetter (Eds.), Extremophiles Handbook (pp. 644-653). London: Springer.

Kato, C., & Horikoshi, K. (1996). Gene expression under high pressure. In P. i. 13, R. Hayashi, & C. Balny (Eds.), High Pressure Bioscience and Biotechnology (pp. 96-99). Amsterdam: Elservier Science.

Lee, J. E. (2012). Ocean's deep, dark trenches to get their moment in the spotlight. Science, pp. 336, 141-142.

Morelle, R. (2019, May 19). Mariana Trench: Deepest-ever sub dive finds plastic bag. Retrieved from BBC News: https://www.bbc.com/news/science-environment-48230157

NASA. (2017, April 14). NASA Missions Provide New Insights into 'Ocean Worlds' in Our Solar System. Retrieved from Offical Website of NASA: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-missions-provide-new-insights-into-ocean-worlds-in-our-solar-system

Smith, C. R., De Leo, F. C., Bernardino, A. F., Sweetman, A. K., & Arbizu, P. M. (2008). Abyssal food limitation, ecosystem structure and climate change. Trends in Ecology and Evolution, 23, pp. 518-528.

Stern, R. J. (2002). Review of Geophysics. Subduction zones, 40(4), p. 1012.

朝闻天下. (2020年11月10日). 央视网. 检索来源: 中国“奋斗者”号载人潜水器万米级海试：“奋斗者”号突破海底万米，继续下潜: https://tv.cctv.com/2020/11/10/VIDEZc6h1aArCAnYEeGCk0Sf201110.shtml?spm=C45404.PS2uUdzI8xau.S28560.149

原标题：《“奋斗者”号究竟在奋斗些什么？》

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