今年是“科學(xué)”號科考船交付中國科學(xué)院海洋研究所（以下簡稱“中科院海洋所”）運行管理的第十年，隨著4月中旬完成國家自然科學(xué)基金委西太平洋共享航次返回青島，“科學(xué)”號實現(xiàn)了第十次跨赤道海洋科考。
跨越赤道走向更遠(yuǎn)的深?？瓶迹馕吨覈Ｑ罂瓶荚谕卣拐J(rèn)知自然邊界、開辟新的認(rèn)知海域方面有了進(jìn)一步提高。作為我國自主設(shè)計和建造的新一代海洋科學(xué)綜合考察船，“科學(xué)”號的入列，使我國海洋科考真正具備了走向深海大洋的能力，而十年十次跨赤道科考，推動了我國深海探測與研究能力跨入世界先進(jìn)國家行列。
我們花了幾十年，一步步走進(jìn)深海大洋
中科院海洋所坐落于市南區(qū)南海路7號，與大海隔路相望。在中科院海洋所前所長孫松辦公室里，面海的墻上掛著一幅醒目的豎版地圖。換個視角看世界，一切都會不太一樣。有一次閑聊中，孫松分析說，西太平洋是我國從近海挺進(jìn)大洋之要道，要實現(xiàn)海洋強國，一定要持續(xù)開展這個區(qū)域的綜合探測與系統(tǒng)研究。
在西太平洋開展海洋探測與研究，今天已是平常之舉，但曾幾何時，我們只能“望洋興嘆”?！昂Ｑ笫恰！c‘洋’的統(tǒng)稱。海處于洋的邊緣，與大陸相接。洋是海洋的主體，約占海洋面積的89%。我國從近海走進(jìn)深海大洋的過程，經(jīng)歷了很長一段歷史?！睂O松表示。
1957年，新中國第一艘專業(yè)海洋科考船“金星”號正式入列，交付中科院海洋所使用。以“金星”號為主力船，1958-1960年開展了新中國首次大規(guī)模全國海洋綜合調(diào)查，基本摸清了我國近海海域家底。
不過，“金星”號滿載排水量只有1700噸，近?？疾觳攀撬挠梦渲?。為了實現(xiàn)“查清中國海，進(jìn)軍三大洋，登上南極洲”的海洋夢想，20世紀(jì)60年代中期至80年代，我國自主設(shè)計建造了一批3000噸級的海洋科考船并投入使用。中科院海洋所“科學(xué)一號”是當(dāng)時海洋科考主力船之一，一直到2016年退役，功勛卓著。但“科學(xué)一號”服役36年，僅2次跨赤道進(jìn)行海洋科考。為加快深海探索步伐，我國自2004年開始自主設(shè)計和建造新一代科考船，最終建成了5000噸級、具有國際一流水準(zhǔn)的“科學(xué)”號。
“吊艙式推進(jìn)器，猶如一顆堅強的‘心臟’，高效為‘科學(xué)’號提供動力；動力定位系統(tǒng)，猶如定海神針，支撐‘科學(xué)’號在大海中‘巋然不動’；VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)，讓船隊員得以與家人交流，減輕寂寥之苦；兩臺海水淡化裝置，可保證80名船隊員日常用水。”孫松介紹，與我國當(dāng)時的其他科考船相比，“科學(xué)”號在電力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、續(xù)航能力及工作生活舒適度等方面都實現(xiàn)更新?lián)Q代，讓我國真正具備了走向深海大洋的能力。
“科學(xué)”號具有全球航行能力及全天候觀測能力，一次給養(yǎng)充足可持續(xù)海上作業(yè)60天，是至今國內(nèi)綜合性能最先進(jìn)的科考船之一?！翱茖W(xué)”號于2012年在青島交付使用，歷經(jīng)2年海試，正式投入海洋科考?？梢哉f，我國海洋科考從青島發(fā)端，歷經(jīng)60余年，從海到洋，不斷走向輝煌。
舉行跨赤道儀式，他們都是“走南闖北的人”
2014年，“科學(xué)”號從青島首航，航行約2000海里，第一次跨越赤道科考。
在航海業(yè)不發(fā)達(dá)的年代，船舶穿越赤道并非易事，因此一般會舉行各種儀式進(jìn)行慶祝。穿越赤道儀式是從大航海時代延續(xù)下來的古老傳統(tǒng)，有文字記載的最早歷史可追溯到18-19世紀(jì)。隨著我國海洋科考力量的崛起，跨赤道科考逐漸變得不再困難，但“跨赤道儀式”常常保留，以提振士氣。
自投入使用10年來，“科學(xué)”號共完成10次跨赤道科考。在“科學(xué)”號上，跨赤道時最常規(guī)的是舉行升國旗儀式、鳴汽笛、進(jìn)行合影留念，但有時也有一些特色安排。“科學(xué)”號船長孫其軍經(jīng)歷過3次跨越赤道科考。“2015年，‘科學(xué)’號過赤道時正好臨近中秋節(jié)，船隊員就制作了一個赤道門，門兩側(cè)寫著：高高興興過赤道，歡歡喜喜迎中秋。大家先后穿行而過?！睂O其軍說，有時一些船隊員也會將自己穿過的鞋子分別扔向赤道兩側(cè)，寓意腳踏南北半球，成為走南闖北的人。
剛剛結(jié)束的西太平洋科學(xué)考察實驗研究航次第二航段，孫其軍等船隊員在“科學(xué)”號上舉行了第10次跨赤道儀式?？绯嗟喇?dāng)天，全體船隊員獲頒穿越赤道證書。證書正面是一副簡要的科考地圖，上有隊員姓名、科考船船長簽名、跨赤道時間，并標(biāo)記了跨赤道地點；背面則是全體船隊員的手寫簽名。
對于科研人員來說，一次出海動輒兩個月以上，跨赤道是一種特殊的體驗。因為海上有大風(fēng)大浪時，“科學(xué)”號常常左右搖擺20多度，不僅在床上睡覺需用腳頂住床頭、用手抓住欄桿，而且暈船嘔吐更是一種煎熬。而赤道附近南、北緯5度之間的地帶被稱為赤道無風(fēng)帶，風(fēng)浪較小，海面如鏡，是難得的舒適時刻。
不過，赤道附近陽光直射，白天“科學(xué)”號后甲板的溫度有時能超過70攝氏度。在這種情況下，科考隊員也不能放棄工作。孫其軍是一個積極樂觀的人，他在“科學(xué)”號甲板上搭建了一個方形澡盆，鼓勵大家常去泡澡。在茫茫大海上，活動空間、娛樂方式極其受限，大家就是這樣苦中作樂。
從零星潛標(biāo)到觀測網(wǎng)建成，深海探測進(jìn)入“直播時代”
“科學(xué)”號10次跨赤道科考，都是進(jìn)入西太平洋開展相關(guān)研究。中科院海洋所研究員胡石建四次隨“科學(xué)”號跨赤道，見證了我國首個深海實時科學(xué)觀測網(wǎng)成功建成。
“在熱帶太平洋強西邊界流區(qū)域，比如呂宋島以東及棉蘭老島以東海域，暗流涌動、地勢復(fù)雜，后者海深更是超過1萬米，布放深海潛標(biāo)是巨大挑戰(zhàn)?！焙ㄕf，在“科學(xué)”號投入使用以前，我國在這個海域僅利用“科學(xué)一號”成功布放過2個潛標(biāo)，不成體系。2014年，“科學(xué)”號第一次跨赤道航次就一次性布放深海潛標(biāo)10余套，初步構(gòu)建起西太平洋深?？茖W(xué)觀測網(wǎng)。
將萬米錨系潛標(biāo)系統(tǒng)成功布放海底，得益于“科學(xué)”號的先進(jìn)性?！安挤艥摌?biāo)時，科考船要有靈活的機動性能，否則受強風(fēng)浪和海流影響時，潛標(biāo)設(shè)備與科考船容易互相影響，不僅會破壞潛標(biāo)系統(tǒng)，還可能會損害科考船螺旋槳等設(shè)備?！焙ń榻B，“科學(xué)”號的動力定位系統(tǒng)通過自動控制系統(tǒng)，可實時改變推進(jìn)器的運轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速等，抵消風(fēng)力、浪流等變化影響，實現(xiàn)在海面上相對靜止，為深海潛標(biāo)布放提供了有力保障。
但潛標(biāo)的布放并非總是一帆風(fēng)順。據(jù)胡石建回憶，有一天布放基本結(jié)束，大家正準(zhǔn)備吃晚飯時，忽然發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)不對，原來是潛標(biāo)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，正浮出水面。由于潛標(biāo)錨系長幾千米，科考船不敢貿(mào)然靠近，他就帶領(lǐng)兩名水手下到小艇上，在海上架“一葉扁舟”尋找。“那時又逢夜里起風(fēng)，四級以上的海況卷起海浪很高，一個大浪經(jīng)過，‘科學(xué)’號都看不到了?！焙ㄕf，好在有驚無險，一直忙到凌晨，終于將潛標(biāo)收回，檢查后再成功布放。
2014年以后，“科學(xué)”號圍繞西太平洋深海科學(xué)觀測網(wǎng)開展了眾多工作。2015年，成功回收布放的潛標(biāo)陣列，取回深海探測數(shù)據(jù)；2016年，以實時傳輸為目標(biāo)，開展西太平洋深海科學(xué)觀測網(wǎng)升級工作。2017年，建成我國首個深海實時科學(xué)觀測網(wǎng)，深海數(shù)據(jù)實現(xiàn)一小時一次實時傳輸。2014-2017年，“科學(xué)”號四次跨赤道開展?jié)摌?biāo)布放等工作，促進(jìn)西太平洋深海探測進(jìn)入“直播時代”。
將實驗室搬到海底，在深海開展水下原位實驗
通過“科學(xué)”號，科研人員致力于實現(xiàn)西太平洋深海探測“測得準(zhǔn)”“看得清”。除布設(shè)深海實時科學(xué)觀測網(wǎng)之外，在海底建實驗室是科研人員的另一個夢想。
這其中有一個小插曲。為測試深海壓力威力，科研人員曾做過一個實驗：將一個重50千克的空心鐵球下放到水深1000米處，5分鐘后，鐵球變成了鐵餅。后來，中科院海洋所研究員張鑫等科研人員如法炮制，將空心鐵球換成生雞蛋、土豆和燈泡，結(jié)果燈泡碎裂，其他卻“完好無損”。
這揭示了海洋生物隨海水壓力的變化有著極強的適應(yīng)性。不過，生雞蛋、土豆從1000米深海取出后，變成了咸雞蛋、咸土豆。同理，深海生物從海到陸后，由于壓力、溫度等環(huán)境的驟變，其生理活動同樣發(fā)生改變，真實的深海生命過程無法被準(zhǔn)確認(rèn)知。
“受科技水平限制，深海樣品通常要被帶到實驗室開展后續(xù)研究。自‘科學(xué)’號首航以來，我們就有一個愿望，將實驗室搬到海底?！睆場握f。
2015年，“科學(xué)”號第二次跨赤道科考，張鑫擔(dān)任航次首席科學(xué)家，開始進(jìn)行布局。在該航次中，他將自主研發(fā)的國際首臺耐高溫（450℃）拉曼光譜探針進(jìn)行首次應(yīng)用，借助“科學(xué)”號上配備的“發(fā)現(xiàn)”號無人潛水器下海。
“在深海里，‘發(fā)現(xiàn)’號手持拉曼探針，指哪打哪。探針將一束光打出去，根據(jù)光的返回信號就可以得到相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)成分、生理狀態(tài)?！币驗椴粫茐暮Ｑ笊锛捌渖姝h(huán)境，張鑫把拉曼探針命名為RiP，意即“安息”。
利用拉曼探針，科研人員采集到大量原位光譜數(shù)據(jù)，但真正實現(xiàn)在海底建實驗室，這還不夠?！拔覀冇辛恕茖W(xué)’號支撐平臺，有了拉曼探針等原位探測儀器，隨后開始選擇將實驗室搬到海底的區(qū)域?！睆場握f，從2016年開始，他們在海底布設(shè)深海著陸器。
深海著陸器自帶高清攝像機，相當(dāng)于在深海海底安裝了24小時監(jiān)控，因此被他們稱為“海洋之眼”。2016-2020年，“海洋之眼”幾經(jīng)放置、回收，在水下工作總時長超800天，獲取到大量數(shù)據(jù)資料，最終助力科研人員選定適合做海底實驗室的南海冷泉區(qū)。
“冷泉是海底的一種極端環(huán)境，其周圍常常生活著不依靠陽光而生存的大量生物，是地球生命起源研究的熱點?！睆場谓榻B，他們選定的冷泉區(qū)約處于中老年時期，生物群落繁茂，基底為堅硬的自生碳酸鹽巖等巖石，適合建海底實驗室。
2021年，“海洋之眼”搭配自主研發(fā)的系列拉曼光譜探針，實現(xiàn)了對深海多類目標(biāo)物的原位長期連續(xù)探測。利用“科學(xué)”號，科研團(tuán)隊還在海底1100米處搭建了由原位環(huán)境傳感器、生物培養(yǎng)裝置和原位固定裝置組成的水下實驗平臺，科學(xué)家得以在深海開展水下原位實驗，最終實現(xiàn)了“將實驗室搬到海底”的創(chuàng)想。
“我未來的夢想是在深海建立一個光譜學(xué)的實驗室。不僅僅使用拉曼光譜技術(shù)，而且要把更多的光譜技術(shù)都用于深海海底。只需要一束光打出去，就可以得到需要的信息?！睆場握f。
不斷刷新深海認(rèn)知，得到國際社會高度關(guān)注
在“科學(xué)”號歷次跨赤道航次中，科考內(nèi)容計劃豐富、各有側(cè)重。例如，“科學(xué)”號執(zhí)行國家自然科學(xué)基金委2019年西太平洋科學(xué)考察共享航次時，科研人員既對成功構(gòu)建的西太平洋實時科學(xué)觀測網(wǎng)進(jìn)行了升級維護(hù)，也開展了大面站觀測及走航海流與氣象觀測等。綜合來看，依托“科學(xué)”號科考船和“發(fā)現(xiàn)”號等先進(jìn)裝備，科研人員還在西太平洋熱液、冷泉、海山等深海環(huán)境中采集到大量海洋樣品，其發(fā)現(xiàn)和研究不斷刷新著我們的認(rèn)知。
發(fā)現(xiàn)于西太平洋卡羅琳海山1549米水深的紫柳珊瑚，高約33厘米，呈扇狀、紫色亮麗；發(fā)現(xiàn)于卡羅琳海山888-980米巖石底的鏢毛鱗蟲，體覆閃亮金色魚叉狀剛毛，猶如“黃金戰(zhàn)甲”……深海中生存著眾多海洋生物，許多新種在“科學(xué)”號首次發(fā)現(xiàn)之前都是難以想象的。目前，中科院海洋所基于其發(fā)現(xiàn)和采集，建成了我國迄今樣品量最大、物種數(shù)最多的深海大型生物樣品庫和唯一深海大型化能營養(yǎng)生物活體庫，促進(jìn)我國深海海洋生物分類與多樣性研究居于國際前列。
近年來，科研人員還利用“科學(xué)”號獲得的大量海洋數(shù)據(jù)、樣品，開展系統(tǒng)性研究，通過科研獲得了一系列新發(fā)現(xiàn)、新認(rèn)知，并在悄無聲息之處影響著普通人生活。例如，中科院海洋所所長王凡團(tuán)隊，基于深海實時科學(xué)觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，在國際上首次把西太平洋暖池的三維熱鹽結(jié)構(gòu)刻畫出來，闡明了暖池溫鹽變異引起的氣候效應(yīng)，并發(fā)展出新型氣候變化預(yù)報系統(tǒng)，提高了我國對厄爾尼諾事件的預(yù)報能力，為天氣預(yù)報提供了新的工具。
“印太交匯區(qū)資源環(huán)境效應(yīng)是全球科學(xué)界關(guān)注的難點和熱點，存在一系列重要且未解的前沿科學(xué)問題。在西太平洋持續(xù)開展科考的同時，我們也關(guān)注印太交匯區(qū)的重大科學(xué)問題?！蓖醴脖硎荆麄冋ㄟ^承擔(dān)中科院先導(dǎo)科技專項及國家自然科學(xué)基金委重大項目，以及主導(dǎo)發(fā)起“印太交匯區(qū)多圈層相互作用”國際大科學(xué)計劃，開展綜合研究，解決未知關(guān)鍵科學(xué)問題。
應(yīng)該說，如今眾多科考船跨越赤道早已不是問題，但能夠像“科學(xué)”號一樣實現(xiàn)深海探測“下得去、看得清、采得上、測得準(zhǔn)”等目標(biāo)，才真正標(biāo)志著海洋科考能力的提高和水平的跨越。借助于“科學(xué)”號這一大國重器，科研人員跨越赤道、走向深海，不斷擴(kuò)展著對西太平洋海域的認(rèn)知水平。在國際社會，“科學(xué)”號跨越赤道的海洋科考也受到高度關(guān)注，其中，《自然》期刊將“科學(xué)”號在西太平洋的科學(xué)考察，贊譽為“鄭和下西洋600年后又一壯舉”。
□青島日報/觀海新聞記者 李勛祥
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