探秘深海 筑梦深蓝——中科院海洋所科技报国70年系列报道之八

“发现”号深海缆控水下机器人

高温热液流体拉曼光谱原位探测

深海是地球上最后未被人类全面系统感知和利用的地理空间,充满许多科学之谜,也蕴藏着人类社会未来发展所需的各种战略资源和能源,成为国际海洋科技发展的热点和焦点。

在中国科学院海洋研究所(以下简称“海洋所”),有一支年轻善战、富有特色的队伍,他们肩负着从浅海走向深海,从蔚蓝走向深蓝的使命,坚持多学科交叉融合,集海洋地质、海洋生物、物理海洋等精锐骨干,一路劈波斩浪,在深海大洋中孜孜探索,试图寻找生命最初的奥秘。

这便是深海极端环境与生命过程研究中心(以下简称“深海中心”)。

自2017年成立以来,深海中心建立了国际先进的深海综合探测体系;获取热液/冷泉/海山区大型生物样品6000余号,发现1新科2新亚科6新属82新种;建成我国迄今样品量最大、物种数最多的深海大型生物样品库和唯一深海大型化能营养生物活体库……

布局筹备

进入21世纪,世界各国纷纷将目光转向深海。

我国也确定了拓展深海战略发展空间、开辟国家安全新疆域、维护中国深海利益的深海战略。

为了实现这一战略目标,2016年,习近平总书记在全国科技创新大会上首次提出深海战略“三步曲”,“深海进入”“深海探测”“深海开发”战略的计划路线图首次展现在世人面前。

对此时的海洋所来说,经过60多年的勤业耕海,在浅海的生物种类与演化过程、生态与环境特征等已有了较为系统全面的积累。

面对国家对深海科学探测研究的重大需求,海洋所充分发挥自身科研优势,开始布局由海洋地质学、地球化学、海洋生物学、海洋生态学和海洋技术等多学科交叉组成的深海中心。

谈到深海中心的规划初衷,时任海洋所所长孙松说,“‘科学’号建成之后,我们希望通过深海中心把探测体系、研究体系搭建起来,让深海中心像一个指南或手册,在前期准备、取样、设备仪器、研究等各个方面都能建立起标准。”

“深海研究是不分学科的,既独立又不完全独立,它要成为一个多学科交叉融合的平台,从所里各个实验室汲取力量,所以是开放共享的。”孙松说。

海洋所副所长、时任深海中心筹备负责人李超伦介绍,筹备前期,海洋所从各研究室抽调12名骨干,形成了最初的研究力量。

这些核心人员的管理、评价、招生等工作都在原研究室进行,以项目带动人员、带动学科,最大程度的保证其开放性。

党的十九大报告提出“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国。”为响应国家重大战略布局,经过长达5年的精心筹备,2017年12月,深海中心正式成立。

中心聚焦海山、热液及冷泉典型深海系统,以深海生态系统作为突破口理解生命起源、物种进化等重大科学问题,致力于开展深海极端环境地质过程-水文过程-化学过程-生物过程的综合性研究。

中心研究方向主要分三部分:一是海洋地质,板块俯冲造成的海底热液、冷泉研究;二是海洋生物,在深海极端环境下生物的演化与生命过程研究;三是深海研究技术设备研发,包括传感器、取样器、海底原位观测设备等。

建立体系

走向深海、建立国际一流的探测与研究平台、取得国际一流的科研成果一直是海洋所科学家的梦想。

但没有现代化的科学考察船,如何进行深海大洋探测与研究?

2012年,我国自主研发和建造的新一代海洋科学综合考察船“科学”号交付使用。

“科学”号配备了大气、水体、海底、深海极端环境等七大船载科学探测与实验系统,搭载了高精度导航、缆控水下机器人、走航自动观测等多种国际先进的探测设备,具备全海域长周期科考能力,使我国真正有能力走向深海大洋。

“发现”号缆控水下机器人是“科学”号搭载的重要深海调查设备,是国际上下潜作业能力最强的水下机器人之一,搭建了能够搭载各种水下探测、取样和实验的综合平台,在“科学”号考察船的深海科考中起到了至关重要的作用。

面向深远海探测的国家重大需求,依托中科院先导专项,海洋所自主研发了世界首台高温热液流体拉曼光谱原位探测系统、深水可视化轻型沉积物柱状取样系统、“海洋之眼”深海着陆器等一系列原位探测和取样设备,成功构建了“宏观与微观、走航与定点、梯度与原位相结合”“船基-潜器-原位”一体化的国际先进的深海系统探测与技术体系,建成了我国迄今样品量最大、物种数最多的深海大型生物样品库并实现样品共享。

该体系突破了10000米深海定点探测、6000米深海探测与采样等关键技术,实现了“室内模拟实验→海洋移动实验室→深海原位实验室”的跨越,实现了深海探测“下得去、看得清、采得上、测得准、功能全、用得起”的目标,我国深海环境探测与取样能力达到国际先进水平,并广泛应用于西太平洋深海极端环境探测。

成果频出

“深海中心像粘合剂,联合不同学科、不同方向的研究者,不仅局限在所内,还积极寻求国内外的合作,虽然人数不多,但涉及的面宽、范围广。”深海中心主任孙卫东说。

持续的合作交流,碰撞出不少新的火花,也凝结出许多喜人的成果。

依托深远海综合探测与研究平台体系,海洋所取得了多项突破性成果:在南海首次观测到裸露在海底的“可燃冰”,首次在自然界发现超临界态二氧化碳,发现深海冷泉环境细菌氧化硫代硫酸钠形成单质硫新型途径;成功开展深海大型生物原位现场实验和实验室培养,揭示了温度对热液系统生物群落空间格局的影响,阐明共生体系的建立在深海化能生物的环境适应性中发挥重要作用;提出化能营养生物——阿尔文虾的系统演化新模式;在南海首次发现碳酸盐质母岩浆向碱性玄武岩连续转化的现象,对推动有关深部碳对岩浆活动、地表环境的影响等相关研究有重要意义;研究发现板块俯冲样式从地球早期的间歇式俯冲转变为持续性俯冲会加快地幔的降温速率,造成碱性玄武岩在全球范围大量增加,进而通过统计学手段首次确定地质历史时期的持续性板块俯冲作用开始于21亿年前。

与美国蒙特利湾海洋研究所彼得•乔治•布鲁尔教授在深海探测技术与体系构建方面积极开展国际合作,并获得2018年度中华人民共和国国际科技合作奖。

“目前地球上的资源越来越紧迫,将来的资源40%都在深海。因此,了解和认识深海对社会可持续发展至关重要。未来,深海中心将在深海环境与生命过程研究领域继续发力,同时在维护国家权益、深海资源开发等方面展开探索。”李超伦表示,“我们对深海科学的发展充满信心。”

“我们还将关注资源环境、宜居地球等前沿科学问题,重点在板块俯冲起始、碳氧循环、极端环境生命演化和深海原位观测等方面发力。”孙卫东补充道。

 

2020-08-31智邦网

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