“那里可能蕴藏了地球上生命起源的奥秘，研究人员也希望通过对这些生物的研究，能够找到地球上生命起源的线索。”
去年年底，“大洋一号”从广州出发，进入印度洋作业区进行作业，正式开始了它的环球科考之旅。此次大洋环球科考共有来自国内37家单位的431名科考队员参加，这也是截止目前我国大洋科考中参航单位、参航人员最多和航行时间最长的航次。
“虽然与陆地上的生活相比，长时间大洋的生活要单调了很多，但是大洋生活也并有惊心动魄的日子，在这之中最激动人心的就是发现了海底‘黑烟囱’。” 在完成第一、第二航段的科考任务以后，中国大洋第22航次科考首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所研究员陶春辉从巴西东北部港口城市萨尔瓦多上岸返回国内，开始了对这两段航段的研究工作，而执行本航次科考任务的“大洋一号”科学考察船则继续进行它的环球科考之旅。
发现海底“黑烟囱”
陶春辉告诉记者，大约占地球表面积40%多的国际海域是地球上具有特殊法律地位的最大政治地理单元，具有广阔的空间、丰富的资源和无穷的奥秘，因此目前世界上不少国家都投入了大量科研力量进行相关研究。
地球表面有7大板块，板块与板块之间，总爱相互推搡，板块交界处就是海底最活跃的区域。因为海底扩张，深海底部形成了巨大山脉，它们在科学上被叫做大洋中脊，这样的中脊在太平洋、大西洋和印度洋3个大洋都有，全部连起来，长度有6万~8万公里，是地球上最大的山脉。在考察的过程中，科考船的行进线路也是沿着海底山脉前进。本次“大洋一号”的行走路线也不例外。
“很多人都以为大洋深处是一个平静沉寂的世界，事实上并非如此。”陶春辉告诉记者，由于板块运动，大洋中脊的扩张中心会产生很多裂隙和断裂，冷且密度大的海水在这种高渗透的岩石中下渗到较深的地壳下面，由于受到高热流或深部岩浆活动的热驱动，海水会从各种周边岩石中溶解出大量的矿物质，形成高温并富含多种金属成分的热液。
另外，由于受热膨胀的海水降低了密度，热液会沿裂隙上升喷发，它在与海底表面往往只有几摄氏度的冷海水混合时，溶解在其中的金属成分就会沉淀，而有的就会进一步形成“烟囱”，这些“烟囱”就像桂林山水的钟乳石或者是陆地上的烟囱一样耸立于海底。截至目前，我国科考人员发现的“烟囱”，最高的高达26米，大约等同于5层大楼高。
陶春辉说，这些海底“烟囱”有着要么拳头大，要么澡盆大的口子，昼夜不歇地向海水里喷射着热焰。目前世界各国的研究人员发现，海底的“烟囱”共有“白烟囱”、“黑烟囱”、“黄烟囱”三类，但是高温型的“黑烟囱”更为普遍，而现在我国大洋科考第22航次的科研人员也正在大洋上探寻一些新的“海底黑烟囱”。
找海底“黑烟囱”就像大海捞针
目前国内海洋科考圈的人都说，陶春辉是找海底“烟囱”的高手，只要他一上船，“烟囱”就跑不了。因此在业界，陶春辉有个“雅号”——“陶烟囱”。但是，寻找海底“黑烟囱”并不是一个容易的活儿。陶春辉说，在大洋中脊上，大约平均每隔90～100公里才有一个热液区，而海底“黑烟囱”只分布在百米左右的热液区范围内，大洋的深度常常又要达到数千米以下，没有一丝光亮，虽然海底“黑烟囱” 终日蒸气腾腾，烟雾缭绕，但是很难看见，哪怕有精确的经纬坐标，都不一定能找到，因此在海底寻找这些“黑烟囱”就像大海捞针一样。
当然研究人员也有自己的办法。在寻找“黑烟囱”的过程中，他们将一条缆绳一头系到船上，一头拽着仪器拖体，拖体上装上摄像头等探测传感器放入深海。船像放风筝一样拽着拖体航行，这时摄像头像手电筒一样探测海底，研究人员在船里进行监控观测，凭借各种传感器数据和经验判断“黑烟囱”的存在。一旦判断可能有“黑烟囱”，便用电视抓斗去抓去证实。
在“大洋一号”的甲板上，可以看到装置在船尾的“电视抓斗”，连接它的缆绳有数千米长。该装置学名叫做深海可视采样系统，它的应用等于为科考安上了千里眼，可以在海底“走马观花”。陶春辉说，该系统能将水下4000米海底的地形地貌、矿物、生物的图像传到考察船上，并可根据需要随时抓取海底表面上的矿物样品和海底水样。
“在操作的过程中，船的速度、抓斗的偏角以及抓斗何时到底、何时闭合，都要配合得天衣无缝，否则就有可能前功尽弃。”陶春辉说，即使一切顺利，有时抓上来的也不是“烟囱”，而是被熏黑的岩石。
2007年我国科学家第一次完全依靠自己的力量在大洋中脊发现新的海底热液活动区，也是世界上首次在西南印度洋中脊和超慢速扩展洋中脊发现并“捕获”海底热液硫化物活动区及其样品。
寻找“黑烟囱”用上机器人
现在机器人的使用则让“大洋一号”的深海科考轻松了许多。陶春辉告诉记者，第22航次的大洋科考，在“大洋一号”上装备了很多最新的尖端武器，深海观测和取样型水下机器人“海龙号”就是其中之一。这也是目前我国最先进的深海作业机器人，其潜水深度可达3500米。
在陆地上，虽然“海龙号”的重量有3.5吨，但是到了3500米以下的深海区域，巨大浮力能抵消地心对它的引力，其重量就变成了零，只要缆绳把3000伏特的交流电送下去，驱动7个推进器，它就能在海底跑起来，它可以自如地前进后退、上下运动和侧移。它的身上，带着光源和雷达，会避开海底高山，将光亮的视频通过光纤送回“大洋一号”。
“海龙号”的两只机械手，能抓数吨的矿石，还能逮深海螃蟹，是中国最灵巧的深海物质抓手。只要电能源源不断，它想在海底抓多久，就能抓多久。
在此次科考中，“海龙号”通过其本身的照明、视频传感和机械手等系统，通过GPS定位等辅助手段，能准确发现海底“黑烟囱”并捕获样品。在距“黑烟囱”三四米的地方进行采样和拍摄。
但是陶春辉也表示，目前中国的深海科考，无论是在技术、装备还是科研成果都和美国、日本以及欧洲部分发达国家存在很大的差距，目前中国的科考人员还没有办法下到深海区域进行亲身考察。“而在另外一个方面，目前对于大海深处，人类的认识依旧十分有限。”陶春辉说，其实对大洋深处的探索并不比月球探索容易。现在我们能够获得月球表面的清晰图像，但是却拿不出一张清晰准确的海底图。
海底暗藏生命起源线索
究竟这些“黑烟囱”有什么魔力，让各国科学家争相对其研究呢？
在海底的热液区，高温、高压、缺氧，没有光线，还有剧毒的硫化物，按照常理这些地方不是生命存在的区域，但是一些生物的存在彻底颠覆了人类对生命的认识和理解。
目前科学家的考察证实，海底的热液区尤其是海底“烟囱”附近常常也是很多海底生物聚集的区域，这些不知名的生物和地球上的其他生物生存方式截然不同，他们不依赖于阳光，而是依靠无机物氧化释放的化学能的合成作用进行生长繁殖，这意味着大洋深处存在着与陆地上的生物世界截然不同的生物系统。
陶春辉等人的考察也发现，3000米以下的海底，居然还存在管状蠕虫、虾、蟹、牡蛎、贻贝等生物群落。
“虽然有些‘黑烟囱’附近的温度最高高达400℃左右，但是依旧可以看到一些生物活动的影子。”陶春辉说，就现有的生物学知识而言，这些“黑烟囱”附近生活的生物几乎代表了生命的极限。
并且陶春辉等研究人员还发现，在各个热液区，这些奇特生物的分布也不一样，另外，这些热液区的奇特生物在本区域环境发生突变时如何迁移，目前也还是一个谜团。
针对这些生物的研究也引起了世界上很多科学家的兴趣。有科学家推测地球形成初期，可能也和这样的环境相似，那么这种热液区可能蕴藏了地球上生命起源的奥秘，研究人员也希望通过对这些生物的研究，能够找到地球上生命起源的线索。
此外，考察显示，热液区喷口的硫化物体、硫化物体形成的海底“黑烟囱”及其喷出的炽热溶液，一般都富含铜、铁、锌等金属物质，还有少量的铅、银、金、钴等金属和其他一些微量元素。
也正是上述原因， 一些发达国家已经对此进行了30多年的调查研究，而我国在2005年的首次大洋环球科考时才拉开了全面寻找海底硫化物的序幕。陶春辉说，我国尽管起步较晚，但进步神速，在将近6年的时间里，包括目前在内中国4个航次的调查，已经在东太平洋海隆和印度洋中脊发现了多处硫化物矿床。截至目前，我国科考人员发现的热液区几乎占到全球30年来所发现热液区的近1/10。不过中国科考人员现在主要还只是发现了它们，在以后，他们则还需要对其进行一些更加深入的研究。
中国潜航员可以巡游深海
中船重工第702研究所工程师胡晓函告诉记者，2010年7月份，我国第一台自行设计的“蛟龙号”载人潜水器载着3名潜航员在南海海域成功下潜至3759米。目前的实验室测试显示，“蛟龙号”从技术上可以下潜到7000米的深海区。大概在今年7月份左右，“蛟龙号”将会在继去年的3000米级海试以后进行5000米级的海试。
“在本次海试以后，‘蛟龙号’有可能会提供给中国远洋科考的研究人员使用。”胡晓函表示，在“蛟龙号”装载的3名潜航员中，有一个负责驾驶，而另外两个则是承担具体科学考察任务的研究人员。因此它正式投入使用以后，中国的大洋科考人员就可以像其他几个国家一样下到深海进行科学考察了。
“根据我们的设计，“蛟龙号”可以在深海中连续工作12个小时，但是这还只是最保守的估计，目前的测试表明，它甚至还能够在深海连续工作72个小时。因此，它基本能够满足我国未来进行深海科考的需要。”胡晓函说，目前中国的潜艇虽然也进行深度潜航，但是其深度也不能超过600米，而未来“蛟龙号”的使用将会将中国的潜航推进到五六千米以下。
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“大洋一号”原名“地质学家彼得·安德罗波夫号”，曾是前苏联的一艘海洋地质和地球物理考察船，1984年在前苏联基辅造船厂建成。1994年，为了中国大洋矿产资源调查的需要，中国大洋矿产资源研究开发协会从俄罗斯远东海洋地质调查局购买并经初步改装后，命名为“大洋一号”。改装后的“大洋一号”具备海洋地质、海洋地球物理、海洋化学、海洋生物、物理海洋、海洋水声等多学科的研究工作条件，可以承担海底地形、重力和磁力、地质和构造、综合海洋环境、海洋工程以及深海技术装备等方面的调查和试验工作。据悉，中国大洋第22航次科考任务计划时间为376天，航程约4.5万海里，共9个航段，期间分别停靠南非(开普敦)、巴西(萨尔瓦多)、巴拿马和厄瓜多尔(瓜亚基尔)，预计2011年12月18日返回青岛。
2005年4月2日“大洋一号”科学考察船从青岛起航，开始执行我国首次横跨太平洋、大西洋、印度洋三大洋的环球科学考察任务。此次大洋考察是我国大洋科考的第17航次科考，整个航次历时297天，航行43230海里，直到2006年1月21日才返回青岛。2009年7月～2010年5月，“大洋一号”历时315天又完成第21次大洋科考行动，即第二次大洋环球科考。
深海是当今重大科学问题、气候变化问题研究的前沿，是世界海洋界关注的重要领域。中国大洋第22航次科考集合了生物、化学、物理、地质等多个领域的专家，他们希望通过这种集合式的科考和研究，能够让中国一些领域的科学研究迅速迈向世界前沿。
根据安排，本航次科考主要有三大任务：一是对海底硫化物进行进一步探测和取样研究，二是进行海底生物多样性研究，三是进行海洋环境调查。
作者：
2011-4-24