|
作为今年最燃的好莱坞特效大片之一，《海王》中的哪一幕使你印象深刻呢？ 充满童年回忆的水族馆？  风情万种的西西里岛？  “海王”与湄拉公主充满罗曼蒂克的爱情？  还是神秘莫测的海底王国？  如果你对“亚特兰蒂斯”王国充满好奇，恭喜你，来得正是时候！ 今天由蛟龙号副总设计师、中科院声学研究所海洋声学技术中心主任朱敏先生为我们揭开“蛟龙号”与海底深处的奥秘。  朱敏 蛟龙号副总设计师 中科院声学研究所海洋声学技术中心主任 完整视频请戳👇： 载人潜水器与“蛟龙号” 载人潜水器指具有水下观察和作业能力的潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水人员水下活动的作业基地。载人潜水器可以完成多种复杂任务，包括通过摄像、照相对海底资源进行勘查、执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测等。 真正能在海底进行作业的载人潜水器共5艘。下图最左边的是美国“Alvin号”，它的下潜深度只有4500米，但它是所有载人潜水器中下潜次数最多、相关论文发表最多、科学发现最多的一艘，所以是公认的最成功的一艘。还有法国的“鹦鹉螺号”、俄罗斯的“和平号”下潜深度可达6000米，日本1989年建成的“深海6500”潜水器下潜深度达6500米，我国的“蛟龙号”是7000米，是其中下潜深度最深的载人潜水器。  载人潜水器下潜最深的记录由美国的“Trieste号”创造，它在1960年下潜至10916米，但由于技术条件限制，它的功能比较简单，在海底待了二十分钟就上来了。下潜深度第二的记录是由美国导演卡梅伦在2012年出钱建造的潜水器所创造的，下达10898米，但该潜水器建造的初衷是为拍电影服务，灯光、摄像等设备较多，真正意义上不能进行水下作业。
这些潜水器的设计理念、功能相似，以美国的“Alvin号”潜水器为例，它有一个大的金属球，人坐在金属球里可抵抗巨大的水压，金属球上有由有机玻璃制成的窗户，透过窗户可观察海底周围的环境。金属球前有两个电池供电的机械手用以作业，用螺旋桨运动，通过固体浮力材料提供浮力。  “蛟龙号”载人潜水器是一艘由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器，也是863计划中的一个重大研究专项。2010年5月至7月，蛟龙号载人潜水器在中国南海中进行了多次下潜任务，最大下潜深度达7020米。这个深度打破了作业型载人潜水器下潜深度的世界纪录，它也是国际上在役的下潜深度最深的载人潜水器。 下图即为“蛟龙号”，除了下潜深度最深外，“蛟龙号”还有两个比较领先的技术。  一是能源和控制，它有较先进的自动控制能力，从而减少驾驶员的操纵难度，它非常灵活，可以悬停在水底。
二是非常先进的水声通信功能，“蛟龙号”下潜到深海如何进行通信？无线电设备在深海无法使用，要完全靠水声通信。把海底的信息转换为声音，传达到水面后再转换为信号，这套系统在国际上比较先进，它可以把潜水器里的很多数据传到水面，水面和水下也可以通过文字、语音、图片进行交流，被称为“水下QQ”。 为什么研制“蛟龙号” 主要是两个方面：科学与资源。
我们赖以生存的星球——地球，是一颗蓝色的行星，它表面70%以上的面积被海水覆盖。平时提及海洋，大家首先想到的可能是辽阔的海面，会想到阳光沙滩、巨浪、台风等。如果提及深海，大家会想到什么呢？美丽的珊瑚礁？还是漫漫无边际的黑暗？
对于人类来讲，深海是一个非常神秘、充满未知的领域。下图是借助声纳技术绘制出来的全球海底地图，这个地图里有很多黑色的区域，都是海底板块之间的裂缝，这些裂缝里不断地有火山活动，它也在不断地扩张。这些裂缝还隐含着很多科学问题去探索。 
我们人类如何下到好几千米深的海底？载人潜水器是非常有效的作业工具。利用这些工具人类已取得了一些新的发现。比如美国的“ALVIN号”载人潜水器，普遍认为生物的生存需要有阳光、空气，一般认为深海是生命的荒漠，没有多少生命的存在，但实际上“ALVIN号”的发现完全颠覆了这个概念，深海的生物完全不依赖于阳光，可依靠热液或冷泉提供的能量生存。
热液是海底溢出的热水，其温度最高可到四百摄氏度。冷泉富含甲烷、硫化氢和二氧化碳等组分，深海生物不依靠阳光，而靠海底溢出流体中的能量支持整个生态系统。下图中上半部分的是热液区的生物，下半部分则是冷泉区的生物。
 深海生物数量巨大，完全不依赖阳光，就靠海底溢出的甲烷气体，细菌吃甲烷，大的生物吃细菌，形成了完整的生态系统。
这样颠覆性的发现也引发了更多的思考。木星土星等行星的冰冻海洋是否也有生命的存在？对于地球来说，我们认为很多生物起源于陆地，那么实际上会不会起源于深海，然后才到达陆地。
海底还有什么？非常丰富的资源。 主要有四种：最左边是锰结核，富含金属成分。第二是海底溢出的热液，像黑烟囱一样，热液中有些溶解的矿物质遇到冷水凝固、沉降后形成大量的硫化物矿，富含金、银、铜等很多元素；第三是富钴结壳，长在海山的坡壁上，富含钴、铂等金属；第四是可燃冰（天然气水合物）。 这些资源在海底的储量非常丰富，可能比陆地的储量高十几倍，甚至成百上千倍。比如可燃冰里储藏的甲烷气体，是陆地上所有的煤、石油、天然气蕴含甲烷总量的两倍。我们现在尚不具备对这些资源的开发能力，但它们是人类未来发展非常重要的后备资源。所以现在我们需要更深入的了解海洋。 “蛟龙号”的日常工作 “蛟龙号”一直承担着“实验性应用”的任务，主要前往中国南海、马里亚纳海沟、东太平洋、西太平洋、印度洋等海区作业。 下图是“蛟龙号”2013年在我国南海蛟龙海山海域下潜中发现的一片矿区。 东太平洋有一片多金属结合调查区，这个地方有2001年中国大洋协会争取到的7.5万平方公里的一块矿区——锰结核矿区，还有2015年五矿集团申请到的7.3万平方公里的矿区。西太平洋有些富钴结壳的矿区，根据联合国海底管理委员会规则，必须调查清楚、提交资料、通过审核后成为该国的专有矿区。“蛟龙号”正在进行工作就是为我国争取更多的矿区。 事先调查还有一个重要意义，开发海底海底矿区时不可避免地会对生物环境造成破坏，但我们要想办法尽量减少对生态环境的破坏，因此生态环境调查也十分重要。 下一步计划 主要有两个方面： 4500米载人潜水器已研发成功准备启用，事实上，“蛟龙号”使用的很多技术材料依旧依靠国外，但4500米的载人潜水器可完全由我国自主研制，通过4500米载人潜水器的研制有助于解决钛合金材料、加工制造、浮力材料的制备、机械手推进器等问题，进而有助于我国载人潜水器技术的进一步提升与发展。
下一步是更加激动人心的计划——走向11000米，我们希望通过足够的技术积累，能够自主研发耐水下11000米压力的载人球、浮力材料、机械手、声学设备等装备，挑战11000米的深度。 “蛟龙号”是我国自主研制载人潜海器，对于科学研究与资源勘探具有重大意义。然而，资源问题与环境问题是世界各国广泛关注的重要问题，影响着人类未来的发展与进步。资源开采对自然环境会造成一定破坏，不合理的开采也会造成严重的资源浪费，因此，有效的开展资源开采，并做好开采中的环境保护工作十分必要。我们尊重自然、顺应自然、保护生态，致力于促进人与自然和谐共处。 本文转载自公众号“SELF格致论道讲坛”（ID：SELFtalks） |
|
|
