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“张謇”号在新不列颠海沟探秘深渊

发布时间:2016-08-27


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凭海临风、极目远眺,浩瀚而涌动的靛蓝色海水,好像大自然布设的“结界”,将地球上的陆地和海洋,分隔成截然不同、生命迥异的两种世界。海水下6000米的深渊带,尽管仅占全球海底面积的0.2%,但却是“洋陆斗争”最重要的前沿阵地,是研究海洋重大科学问题的“天然实验室”。

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“张謇”号目前所在的新不列颠海沟,是太平洋众多的海沟之一。大致呈东西向延伸,总长度750公里,平均宽度40公里,最深处超过8000多米。新不列颠海沟夹杂在太平洋板块、澳大利亚板块和众多的小板块之间,是地球构造环境最复杂的区域之一,且距离人类居住的岛屿近,受人类活动影响较大。受当地矿业公司委托,“张謇”号在新不列颠海沟开展海洋环境调查。


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连日来,“张謇”号上的“彩虹鱼”项目团队战风斗浪、艰苦作业。为探寻深渊世界的一些“蛛丝马迹”,大家夜以继日,全力采集科学研究样品和数据。在房间里,经常听到窗外传来一阵阵有节律的清脆响声,这是“张謇”号上配置的全海深多波束测深系统、浅地层剖面仪、多普勒流速剖面仪等深海探测设备,在昼夜不停地工作。所测之处,先进的传感设备仿佛穿透了海水的“结界”,实时收集海底地形地貌的各类参数。在科研人员陈宗春绘制的3D地形图上,海水下方覆盖的是沟壑纵横的高山峡谷。

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在一个又一个海洋作业站位,为了采集深渊海水样品、捞一些海底的“泥巴”,一吨多重的CTD采水器、重力柱状采样器、箱式采泥器、原位大体积过滤器等科考设备,用钢缆悬挂在船侧和船尾的巨大吊架上,一次又一次用绞车放入深海。风浪颠簸中,每一个操作细节都充满着危险。在“张謇”号实验室,刘如龙等科研人员紧张进行现场海水样品的处理。这项科学研究主要是为了探寻深海里的“碳菌链”奥秘。

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“碳菌链”是“彩虹鱼”项目团队首席科学家方家松教授于2014年提出的一个深海碳循环模型。根据这一模型,海洋表层通过光合作用形成的有机物,最终会以颗粒有机物的形式在海水中沉降。在沉降过程中,海水中的“附生菌”会附着其上,通过释放“胞外酶”,将颗粒有机物分解为溶解有机物,并在海水中形成“羽流”。由于“羽流”中营养素高,滋生了海水中的“自由菌”生长。“自由菌”进一步将溶解有机物分解,直至形成不能降解的有机碳,深埋在海底的沉积物中。

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在新不列颠海沟,“彩虹鱼”项目团队采集了大量不同深度的海水样品。他们将分析不同海深的颗粒有机碳和溶解有机碳的浓度、成分和化学成分结构;研究海水中的附生菌和自由菌的种类、丰度、群落结构、多样性以及分布特征;探寻不同海深的细菌释放的“胞外酶”变化情况,尤其是深海嗜高压菌在碳循环中的作用。碳是组成生物体最重要的一种元素。海洋是地球上最大的生物活性碳“储库”,其中绝大部分储存在深海。近几百年来人类活动加剧,导致大气中的二氧化碳浓度增加、全球气候变暖。巨大的深海碳储库,对缓解全球气候变暖具有重要意义。

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古语说:“临渊羡鱼,不如退而结网”。在新不列颠海沟,“张謇”号上的“彩虹鱼”项目团队许强华教授已经“结”了很多网,但仍然在“羡鱼”,只因深渊太深。知性隽秀的许强华是“张謇”号上一位女海洋宏生物学家。来到新不列颠海沟,主要是想探寻海洋6000米以下的深渊极端环境下,生活了哪些宏生物?它们如何适应高压黑暗的深海环境?有哪些特殊的适应机制?深渊宏生物与近缘种有何区别?等科学问题。

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所谓海洋宏生物,是与海洋微生物相对应、眼睛能够看得见的海洋生物。这一科学术语太专业。在“张謇”号上,大家都将许强华的采样工作简称为“抓鱼”,她也时常笑称自己是“渔夫”。不过,在海下6000多米的深渊里“抓鱼”,很不容易。首先,海底有没有鱼不能确定;即使有鱼或其它底栖生物,会不会偶尔路过,正巧被诱捕到,更不能确定。其次,深渊太深,“渔具”放下去和收上来,极为不易,一上一下至少有12000多米,经过海流海浪的冲刷,“渔具”里的东西还会不会完好保存?

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在新不列颠海沟一个6700多米深的站位,“张謇”号上布放了“彩虹鱼”万米级着陆器。着陆器的底部,搭载着许强华自己设计的“宏生物诱捕器”。用绿色渔网线编织的“诱捕器”里,设计了多个入口和“迷宫”,“迷宫”里放了很多散发出腐臭气味的诱饵。“腐肉沉降”是深渊宏生物重要的食物来源,腐臭气味最合它们的胃口。在海底“蹲守”了18个小时后,“彩虹鱼”万米着陆器第二天成功浮出海面。但在回收母船过程中,海面上阵风达到六七级,整个回收过程并不顺利。海浪进进出出地不断冲刷,“宏生物诱捕器”里的东西几乎已经荡然无存,只剩下一些零星的诱饵。

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在新不列颠海沟,尽管没有抓到鱼,但大家实实在在看到了海下5000米的鱼。那天,许强华再次进行宏生物采样。“张謇”号将宁波深蓝海洋信息技术有限公司自主研制的深海海底环境原位观测器,送到了新不列颠海沟5000多米深的海底。观测器携带了7个大大小小的宏生物诱捕笼。通过万米光纤数据传输系统,“张謇”号上同步进行了海底宏生物采样的“现场直播”。在设备控制室的电脑显示屏上,4个最大能承受6000米深海压力的摄像机和照明设备,将自己在南纬5度55分、东经151度45分的海底世界所见所闻,通过四种不同的角度,实时呈现,十分精彩。

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一路上,在灯光的照射下,黑色的海水背景中,时常出现漫天飞舞的白色“雪花”。“雪花”时而细密,如空气中漂浮的无数尘埃;时而稀疏,如空中飞舞的翩翩蝴蝶,在镜头前一闪而过。这些“雪花”学名叫“海雪”,是深海中的悬浮物。海水中各种各样悬浮着的大小颗粒、生物死亡分解的碎屑、海洋生物排放的粪便团粒、大陆水体带来的颗粒等,都是“海雪”形成的原材料。这些颗粒物在海水中相互碰撞结合,像滚雪球一样越滚越大,最终形成雪花似的絮状悬浮物。

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近两个小时后,一阵细腻的泥尘,像青烟一般在海水中腾起,漫卷而过之处,摄像机镜头前一片模糊。观测器携带着宏生物诱捕笼,终于“触底”了!过了好几分钟,海底的泥尘渐渐落定,神秘的新不列颠海沟海底风貌,越来越清晰地呈现在眼前。这是一片灰白、平坦如外星荒原的奇异世界!镜头所及之处,没有维度、没有方向、没有任何生命的迹象。起初,在很长一段时间,镜头中,只看到缆线带着诱捕笼,随着船身的颠簸,一上一下、起起伏伏。诱捕笼中,有一条海鳗被当做诱饵,长而柔软的身躯,在海水中孤寂地飘来荡去。

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突然,一只游动着的小鱼,将自己黑色的身影,倒映在灰白色的海底上,打破了死气沉沉的海底气氛,大家一阵惊喜。渐渐地,也许是受到灯光的吸引,生命的迹象越来越多。一只红色的小虾,嘴边拖着几乎与自己身体一般长的胡须,出现在绿色的捕捞笼边;一条优雅的白色鳗鱼,在镜头前婀娜多姿地游过来,又游了过去;一只胖胖的狮子鱼,受到了诱饵的诱惑,摆动着像缎带一般柔软的尾巴,冲了过来。却一不小心,一头撞到了周围的缆线上,吓得赶紧从镜头前溜之大吉。

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多么静谧、和谐、自然的海底世界!相当于人类来说,海水下方5000多米,相当于要承受500多个大气压。如此巨大的压力,可以把钢制的坦克压扁。但对于“深海居民”们来说,它们早已经进化出适应“深海家园”的生理机制。观测器抵达海底8个小时后,越来越多的海底生物,发现了这里“从天而降”的丰盛大餐,陆陆续续地赶到了。镜头中,一个个白色的小身影,串来串去、十分活跃,仿佛在热闹地赶着集市。只可惜,计划中的9个小时海底观测时间已到,观测器带着诱捕笼,被收回“张謇”号。许强华仔细检查了大大小小的诱捕笼,还是一无所获。许多小型宏生物,钻进诱捕笼里饱餐一顿后,又钻了出去。从吃剩的饵料看,带鱼、鲐鱼是它们偏爱的食物,大多吃得只剩下骨头了;而海鳗、大黄鱼、披肩瞻星鱼等饵料,碰也没碰。

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样品获取难度大,是研究深海宏生物的一大难题。跟随“张謇”号从上海到南海、从深圳到新不列颠海沟,一路上千里迢迢、风浪颠簸,许强华吃够了晕船之苦。船过西北太平洋的时候,她曾经长达一个星期都只能“蜷缩”在床上,每天仅靠啃一个冷馒头和极大的精神毅力坚持着。“吃尽千辛万苦我都不怕,最怕的是巧妇难为无米之炊。不过,宏生物是深渊中的高等生物,目前在世界深渊研究中,采到样品的概率都很低。但也正因为如此,才更有科学研究价值。”许强华说,“在船上,我曾经做过一个梦。在梦里,成功地在深渊里抓到了鱼。相信这个梦想,终有一天会实现!”

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在新不列颠海沟海域,“张謇”号上的“彩虹鱼”项目团队还收到了中国驻巴布亚新几内亚大使馆发来的慰问信。信中表示:“张謇”号一路劈波斩浪、风雨兼程,来到千里之外的巴新,对复杂陌生的海域进行环境测评,既对外展示现代中国的科技进步,又充分体现了中国人对利用科学技术保护海洋的积极姿态。这也是中国和巴新民间科考合作的一次有益尝试,相信可以进一步推动两国在海洋科技等领域的交流合作。