包括青島海地所在內的4家涉海單位聯(lián)合發(fā)起“中國海域冷泉深潛調查研究計劃”，首批次冷泉載人深潛任務由此開始——

乘坐“深海勇士”號，探秘深海冷泉

深海是地球上未被探索的最后疆域，相對于宇宙外太空，深海素有“內太空”之譽。深海之中，是神秘且瑰麗的世界，特別是存在著冷泉、熱液、深淵等極端環(huán)境，孕育著豐富的油氣、礦產和基因資源，不斷喚起人類探索的興趣和勇氣。

2023年6月，基于對深海冷泉研究的共同熱愛，上海海洋大學、自然資源部中國地質調查局青島海洋地質研究所（簡稱“海地所”）、中國科學院深海科學與工程研究所（簡稱“深海所”）和自然資源部第三海洋研究所（簡稱“海洋三所”）的冷泉科技工作者相聚青島，在海地所舉行了一場學術研討會。會上，這4家單位的“冷泉科學家”一致決定聯(lián)合開展“中國海域冷泉深潛調查研究計劃”。

該計劃的第一階段目標是：利用5年時間，使用水下潛器等裝備，對我國海域的代表性冷泉及其伴生的礦產資源、基因資源等進行深入調查并開展系統(tǒng)研究，促進我國深海冷泉科學的創(chuàng)新發(fā)展，支撐國家深海礦產資源開發(fā)。

于是，在去年12月，他們實施并完成了首批次冷泉載人深潛任務。

下潛1400米

在海底沉積界面（海底沉積物與海水交界面）之下，富含甲烷等主要成分的流體以噴涌或滲漏的方式從海底溢出，形成了深海冷泉。海底冷泉是典型的深海極端環(huán)境，既孕育著獨特的生物群落，又產生了豐富的天然氣水合物（可燃冰）資源，目前已成為世界深海探測的前沿領域。

如果有人問，目前我國海域共有多少個冷泉？坦白說，這個問題還無法確切回答。這是因為我國針對冷泉等深海極端環(huán)境的調查研究還處于起步發(fā)展階段，尚未摸清管轄海域冷泉“家底”。但近年來，隨著深海探測技術的突飛猛進，我國發(fā)展步伐明顯加快，極具代表性的是2015年在南海海底發(fā)現了“海馬冷泉”，這是目前我國發(fā)現的最大的冷泉系統(tǒng)，為深入開展冷泉調查研究提供了一個前沿陣地。

“中國海域冷泉調查研究計劃”的載人深潛第一站就選在“海馬冷泉”。去年12月的一天，作為深潛科學家之一的海地所副研究員曹紅登上深海所“探索二號”科考船，來到“海馬冷泉”海域，準備乘坐“深海勇士”號載人潛水器（HOV）下潛。近十年來，曹紅所在團隊在我國海域累計發(fā)現聲學氣泡羽流（這是存在深海冷泉的重要標志）數量兩百余個，并通過可視化有纜潛水器（ROV）證實冷泉10余個，是我國發(fā)現冷泉數量最多的團隊。當然，該團隊此前主要利用ROV、無人無纜潛水器（AUV）等手段對冷泉開展調查，乘坐HOV親臨海底，進行最為逼真的現場調查、取樣以及實驗，這還是第一次。

曹紅準備進入“深海勇士”號

因為是首次下潛，而且要在潛水器里待8個小時，曹紅還是有一些緊張。但她對海洋地質事業(yè)懷揣熱愛，并且在下潛前的培訓中已經了解到，一同下潛的主駕駛王碩已經駕駛“深海勇士”號下潛過80多次，副駕駛徐立達也已下潛過約30次，這給了她探索深海的勇氣。

上午8時許，王碩、徐立達、曹紅鉆進“深海勇士”號載人艙，開始下潛。工作人員先用“探索二號”船上的A架將“深海勇士”號吊放進海里，然后由蛙人乘坐橡皮艇登上“深海勇士”號解開A架的掛鉤?！吧顫撈髅撱^跌落水中的那幾分鐘著實讓人不舒服，但下潛到幾十米后就穩(wěn)定了?！蓖高^舷窗看著湛藍無比的大海，觀察著海里的一些藻類、蝦類，曹紅很快忘記了緊張，取而代之的是興奮，她渴望快點到達海底一探究竟。

通過“深海勇士”號監(jiān)視屏幕，曹紅看到潛水器的下潛速度是36米/分，所以只花了約5分鐘，潛水器就下潛到200米。200米到1000米這個水層被稱為“暮色帶”，因為穿透到這一層的光線已相當昏暗，已沒有地球生物能進行光合作用。這時，駕駛員打開了潛水器的照明燈，于是周圍漆黑的海洋又亮了起來，曹紅得以繼續(xù)觀察海洋生物。

大約40分鐘后，“深海勇士”號接近海底，停止下潛。曹紅看了下深度，接近1400米。在近海底，“深海勇士”號以每秒0.5米到1米的速度從冷泉邊緣區(qū)向核心區(qū)前行，曹紅的注意力也開始轉移到調查研究“海馬冷泉”之中。

徐翠玲（左）乘坐“深海勇士”號深潛

同樣的經歷，在另一個深潛航次里，也被深潛科學家、海地所副研究員徐翠玲體會到了。不過，在遇到“暮色帶”的時候，由于當時的深潛任務相對較多，為了省電，潛水器的照明燈并沒有打開。因為海洋一片漆黑，為了緩解緊張情緒，徐翠玲在下潛時一直寫樣品標簽紙，一直寫了幾百枚，這倒為后續(xù)的樣品處理和保存工作節(jié)省了一點時間，可以盡快把取回來的樣品保存起來。

當“深海勇士”號接近1400米的海底，停止下潛、打開燈光時，徐翠玲立刻湊到舷窗邊，她看到了比手掌大但已死亡的白瓜貝密密麻麻地覆蓋在海底，這時駕駛員像導游似的開始介紹，“這一片是白瓜貝的墳場，我們再往前開，可以看到活著的貽貝群……”如此歡快的氣氛讓她不自覺地放松了下來。

探索海馬冷泉

其實，中國海洋大學博士李萌在去年11月底就登上了“探索二號”科考船。近年來，海地所聯(lián)合中國海洋大學等單位研發(fā)了系列深海探測裝備，達到國際先進水平，獲得了2022年度海洋工程科學技術特等獎。李萌提前登上科考船的目的，就是將前期研發(fā)的甲烷和二氧化碳傳感器（用于冷泉流體成分的原位測試）和雙目相機（用于海底三維形貌精細刻畫）進行調試，并安裝在“深海勇士”號上，通過深潛來驗證這些裝備的性能，并獲取相關數據。

李萌安裝甲烷、二氧化碳傳感器等裝備并與“深海勇士”號合影

所以，在曹紅、徐翠玲深潛時，“深海勇士”號上已經搭載了常規(guī)的取水、取沉積物以及自主研發(fā)的甲烷傳感器等裝備。在近海底前行了約一個小時，一個冷泉噴口開始出現?！爸灰姼缓淄榈戎饕煞值牧黧w不斷從海底往上噴發(fā)，產生了大量氣泡，形成了幾十米的氣泡羽流，我一下子就想到了電視劇《西游記》中的龍宮?！笨拷淙獓娍?，曹紅被這種壯觀的景象深深吸引。

不過，僅僅隔了兩天時間，當徐翠玲來到這個冷泉噴口時，卻發(fā)現已沒有多少氣泡?！斑@鮮明地體現出冷泉具有易變性，一些冷泉可能僅僅過了幾個小時就不再‘噴發(fā)’，但過了幾天或幾個月時間又‘復噴’?！睘榱搜芯坷淙黧w到底能在海水中飄多遠，徐翠玲對冷泉噴口處的海水進行了分層取樣，并利用甲烷傳感器等裝備對冷泉流體成分進行了測試，以待后續(xù)進一步研究。

與徐翠玲不同，曹紅并沒有把精力過多放在冷泉流體上，因為研究冷泉等深海極端環(huán)境的礦物巖石才是她的興趣。在冷泉噴口到處觀察時，她很快注意到海底裸露的白色天然氣水合物。以往的研究證明，與冷泉活動有關的淺表層天然氣水合物分布廣泛，在有限區(qū)域內可以高度富集，例如墨西哥灣地區(qū)的淺表層天然氣水合物可達5-6米，具有可觀的資源價值。實際上，深海冷泉之所以備受社會關注，一個重要的原因就是存在這種特殊的優(yōu)質清潔能源。

“深海勇士”號搭載自主研發(fā)的甲烷、二氧化碳傳感器和雙目相機開展冷泉區(qū)流體成分原位測試以及三維形貌精細刻畫。圖中除了儀器設備，還可以看到冷泉氣泡羽流和海底的貽貝群。

“在冷泉噴口區(qū)對沉積物和生物等進行取樣后，我當時有一個遺憾，就是沒有發(fā)現和獲取冷泉活動的主要產物——冷泉碳酸鹽巖。冷泉碳酸鹽巖的形成，一般需要歷經上百年、上千年的沉淀，在古冷泉（活躍時間比較長的冷泉，但目前處于休眠或停止噴發(fā)狀態(tài)）發(fā)現的幾率更大一些?！庇谑?，曹紅提出了自己的需求，王碩、徐立達就駕駛潛水器去尋找?！爱敃r已12點多，大家午飯也顧不上了，駕駛員不斷跟船上的工作人員確定古冷泉的坐標，最終在1個多小時后找到了一處古冷泉，獲得了碳酸鹽巖樣品?！?/p>

在完全黑暗、低溫高壓的深海海底，先后下潛的曹紅、徐翠玲除了分別關注冷泉礦物巖石、冷泉流體之外，還在冷泉區(qū)看到和獲取了貽貝、海螺等冷泉生物，這些具有獨特生理結構和代謝機制的生物，隨著冷泉活動的變化而興盛、衰亡，在荒蕪的海底形成了一片“深海綠洲”，顛覆了人類對“萬物生長靠太陽”的傳統(tǒng)認知。當前，國際主流觀點認為，熱液、冷泉等深海極端環(huán)境很可能就是生命起源的初始地。所以對深海冷泉開展系統(tǒng)研究，不僅是因為存在天然氣水合物這種深海礦產資源，而且關乎生命起源、生命極限等系列重要科學問題的解決，對深海生物資源開發(fā)利用，例如海洋藥物與生物制品研發(fā)，都具有重大價值。

打造自家“后花園”

按照慣例，“深海勇士”號每天上午8點50分下水，下午約5點浮出水面。這是“深海勇士”號團隊精心設計好的時間，在確保電池續(xù)航安全的前提下，讓深潛人員盡可能做滿8小時水下作業(yè)時長，并且也可以趕上船上的早餐和晚餐。不過，曹紅下潛的那個航次，因為擔心海況不好，提前了約1小時，所以下午4點就浮出了水面?；氐娇瓶即虾螅芗t、徐翠玲等工作人員旋即開始對樣品進行處理和保存。另外一邊，等待深海探測裝備上岸的李萌，則著手導出測試數據，查看自主研發(fā)裝備的性能。

“我們研發(fā)的甲烷、二氧化碳傳感器等裝備，通過搭載‘深海勇士’號載人潛水器，以及搭載科考船上的溫鹽深儀器進行了試驗，進一步驗證了裝備的先進性?！崩蠲扰e例說，在保證測量精度的前提下，國外同類商業(yè)化二氧化碳傳感器的響應時間需要3-5分鐘，而國產自主研發(fā)的二氧化碳傳感器只需要幾秒鐘，“這在深海極端環(huán)境探測中，意義巨大。比如要得到不同深度海水中的溶解二氧化碳濃度，如果讓潛水器或其他平臺靜止不動地測五分鐘，是有難度且容易產生誤差的，而如果只需幾秒鐘就可以準確測出，那就太方便了?！?/p>

在冷泉附近拍攝的深海魚

曹紅、徐翠玲之外，“深海勇士”號還開展了5個航次。也就是說，首批次冷泉載人深潛任務共執(zhí)行了7個航次。在上海海洋大學、深海所科研人員深潛時，他們自主研發(fā)的多個裝備也進行了驗證。例如，深潛期間，上海海洋大學自主研發(fā)的全海深原位培養(yǎng)與取樣裝置開展了測試工作，完成了國內首個冷泉環(huán)境耗氧通量的觀測實驗，以此評估冷泉中甲烷被周圍生物的消耗量及環(huán)境效應，填補了國內海底冷泉環(huán)境耗氧通量評估研究的空白。

回頭來看，國際上第一次發(fā)現冷泉，是在1983年的墨西哥灣的佛羅里達陡崖深海海底，至今已有40余年。我國冷泉研究始于2002年，至今也有20余年。但由于隔著巨厚的水層，深海探測的過程困難重重，人類對冷泉甚至深海的探索仍然非常有限。據統(tǒng)計，人類已探索的深海區(qū)域僅占整個深海面積的5%，可以說，人類對深海的了解程度還比不上對月球表面的認知，所以科學家都深知深海探測裝備的重要性。我國先后研發(fā)出“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮斗者”號載人潛水器，各海洋單位紛紛研發(fā)甲烷傳感器等國產深海探測裝備，不斷向深海進軍。

正是有了這些基礎，“中國海域冷泉深潛調查研究計劃”才得以進行。2023年，當上海海洋大學教授馮東跟海地所研究員孫治雷商議在深?！白鳇c事情”時，孫治雷的腦海中立刻想起了“深潛”、“冷泉”這倆關鍵詞。多年來，孫治雷帶領曹紅、徐翠玲等團隊成員深耕冷泉、熱液等深海極端環(huán)境，與馮東團隊一樣，熱衷深海冷泉研究。不過，他們都沒有載人潛水器，于是邀請深海所研究員李季偉加入，從而可以使用深海所的“深海勇士”號。之后，海洋三所研究員尹希杰因為海洋三所在深海地質樣品檢測方面的優(yōu)勢，加入這個團隊。

事實上，馮東、孫治雷、李季偉、尹希杰曾在中國科學院廣州地球化學研究所一起讀過書，都是同學。馮東的導師是陳多福教授，作為將“冷泉”概念引入中國的第一人，陳多福教授帶領團隊開展的相關工作，奠定了我國深海冷泉研究基礎；孫治雷、李季偉、尹希杰的導師是周懷陽教授，在我國還沒有研發(fā)出載人潛水器之前，周懷陽就曾作為中方首席科學家，策劃、組織和領導了首次中美聯(lián)合深潛科學航次，幫助完善了我國載人潛水器的工程體系設計，推動了我國深海熱液的研究。

冷泉區(qū)貽貝群

“其實，陳多福教授也是我們的老師。我們四個人畢業(yè)之后，仍然聚焦深海極端環(huán)境，相當于把冷泉、熱液研究傳承了下來，所以能夠在‘中國海域冷泉調查研究計劃’上一拍即合。”將近20年了，孫治雷仍然清晰記得老師們曾跟他描述過美國人怎么搞深海極端環(huán)境研究，“他們的駕駛員和科學家進入深海熱液區(qū)，就像走到自己家的街道一樣熟悉，他們在熱液噴口布置了很多裝備開展探測試驗，就像管理自己家的后花園。”后來，我國有了自己的載人潛水器，從那時起，孫治雷也有一個夢想，就是圍繞熱液或者冷泉，打造自家的“后花園”。

而要做到這一點，首先要摸清這些深海極端環(huán)境在哪里，繼而利用深海探測裝備，較長周期探測且分門別類地進行研究。“中國海域冷泉深潛調查研究計劃”就是要圍繞深海冷泉做這些事。這群“冷泉科學家”相信，我國深海冷泉調查研究盡管起步比國際稍晚，但近年來在深?？茖W基礎理論研究、深海技術裝備研發(fā)等方面都趕了上來。對人類而言，深海進入、深海探測、深海開發(fā)的大幕剛剛拉開，探秘深海冷泉，我們的機會無限。（青島日報/觀海新聞記者 李勛祥）