今年是“科學”號科考船交付中國科學院海洋研究所（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基金委西太平洋共享航次返回青島，“科學”號實現(xiàn)了第十次跨赤道海洋科考。
跨越赤道走向更遠的深?？瓶?，意味著我國海洋科考在拓展認知自然邊界、開辟新的認知海域方面有了進一步提高。作為我國自主設計和建造的新一代海洋科學綜合考察船，“科學”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國家行列。
我們花了幾十年，一步步走進深海大洋
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?？疾觳攀撬挠梦渲亍榱藢崿F(xiàn)“查清中國海，進軍三大洋，登上南極洲”的海洋夢想，20世紀60年代中期至80年代，我國自主設計建造了一批3000噸級的海洋科考船并投入使用。中科院海洋所“科學一號”是當時海洋科考主力船之一，一直到2016年退役，功勛卓著。但“科學一號”服役36年，僅2次跨赤道進行海洋科考。為加快深海探索步伐，我國自2004年開始自主設計和建造新一代科考船，最終建成了5000噸級、具有國際一流水準的“科學”號。
“吊艙式推進器，猶如一顆堅強的‘心臟’，高效為‘科學’號提供動力；動力定位系統(tǒng)，猶如定海神針，支撐‘科學’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?！睂O松介紹，與我國當時的其他科考船相比，“科學”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”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，是至今國內綜合性能最先進的科考船之一?！翱茖W”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”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。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”號共完成10次跨赤道科考。在“科學”號上，跨赤道時最常規(guī)的是舉行升國旗儀式、鳴汽笛、進行合影留念，但有時也有一些特色安排?！翱茖W”號船長孫其軍經(jīng)歷過3次跨越赤道科考?！?015年，‘科學’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，寓意腳踏南北半球，成為走南闖北的人。
剛剛結束的西太平洋科學考察實驗研究航次第二航段，孫其軍等船隊員在“科學”號上舉行了第10次跨赤道儀式?？绯嗟喇斕?，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。因為海上有大風大浪時，“科學”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帶，風浪較小，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”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”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。
從零星潛標到觀測網(wǎng)建成，深海探測進入“直播時代”
“科學”號10次跨赤道科考，都是進入西太平洋開展相關研究。中科院海洋所研究員胡石建四次隨“科學”號跨赤道，見證了我國首個深海實時科學觀測網(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、地勢復雜，后者海深更是超過1萬米，布放深海潛標是巨大挑戰(zhàn)?！焙ㄕf，在“科學”號投入使用以前，我國在這個海域僅利用“科學一號”成功布放過2個潛標，不成體系。2014年，“科學”號第一次跨赤道航次就一次性布放深海潛標10余套，初步構建起西太平洋深?？茖W觀測網(wǎng)。
將萬米錨系潛標系統(tǒng)成功布放海底，得益于“科學”號的先進性。“布放潛標時，科考船要有靈活的機動性能，否則受強風浪和海流影響時，潛標設備與科考船容易互相影響，不僅會破壞潛標系統(tǒng)，還可能會損害科考船螺旋槳等設備?！焙ń榻B，“科學”號的動力定位系統(tǒng)通過自動控制系統(tǒng)，可實時改變推進器的運轉方向、轉速等，抵消風力、浪流等變化影響，實現(xiàn)在海面上相對靜止，為深海潛標布放提供了有力保障。
但潛標的布放并非總是一帆風順。據(jù)胡石建回憶，有一天布放基本結束，大家正準備吃晚飯時，忽然發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)不對，原來是潛標系統(tǒng)出現(xiàn)故障，正浮出水面。由于潛標錨系長幾千米，科考船不敢貿然靠近，他就帶領兩名水手下到小艇上，在海上架“一葉扁舟”尋找?！澳菚r又逢夜里起風，四級以上的海況卷起海浪很高，一個大浪經(jīng)過，‘科學’號都看不到了。”胡石建說，好在有驚無險，一直忙到凌晨，終于將潛標收回，檢查后再成功布放。
2014年以后，“科學”號圍繞西太平洋深?？茖W觀測網(wǎng)開展了眾多工作。2015年，成功回收布放的潛標陣列，取回深海探測數(shù)據(jù)；2016年，以實時傳輸為目標，開展西太平洋深?？茖W觀測網(wǎng)升級工作。2017年，建成我國首個深海實時科學觀測網(wǎng)，深海數(shù)據(jù)實現(xiàn)一小時一次實時傳輸。2014-2017年，“科學”號四次跨赤道開展?jié)摌瞬挤诺裙ぷ鳎龠M西太平洋深海探測進入“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”號，科研人員致力于實現(xiàn)西太平洋深海探測“測得準”“看得清”。除布設深海實時科學觀測網(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確認知。
“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’號首航以來，我們就有一個愿望，將實驗室搬到海底。”張鑫說。
2015年，“科學”號第二次跨赤道科考，張鑫擔任航次首席科學家，開始進行布局。在該航次中，他將自主研發(fā)的國際首臺耐高溫（450℃）拉曼光譜探針進行首次應用，借助“科學”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物質的化學成分、生理狀態(tài)。”因為不會破壞海洋生物及其生存環(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’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，他們在海底布設深海著陸器。
深海著陸器自帶高清攝像機，相當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)了對深海多類目標物的原位長期連續(xù)探測。利用“科學”號，科研團隊還在海底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的實驗室。不僅僅使用拉曼光譜技術，而且要把更多的光譜技術都用于深海海底。只需要一束光打出去，就可以得到需要的信息?！睆場握f。
不斷刷新深海認知，得到國際社會高度關注
在“科學”號歷次跨赤道航次中，科考內容計劃豐富、各有側重。例如，“科學”號執(zhí)行國家自然科學基金委2019年西太平洋科學考察共享航次時，科研人員既對成功構建的西太平洋實時科學觀測網(wǎng)進行了升級維護，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”號科考船和“發(fā)現(xiàn)”號等先進裝備，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”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”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隊，基于深海實時科學觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，在國際上首次把西太平洋暖池的三維熱鹽結構刻畫出來，闡明了暖池溫鹽變異引起的氣候效應，并發(fā)展出新型氣候變化預報系統(tǒng)，提高了我國對厄爾尼諾事件的預報能力，為天氣預報提供了新的工具。
“印太交匯區(qū)資源環(huán)境效應是全球科學界關注的難點和熱點，存在一系列重要且未解的前沿科學問題。在西太平洋持續(xù)開展科考的同時，我們也關注印太交匯區(qū)的重大科學問題。”王凡表示，他們正通過承擔中科院先導科技專項及國家自然科學基金委重大項目，以及主導發(fā)起“印太交匯區(qū)多圈層相互作用”國際大科學計劃，開展綜合研究，解決未知關鍵科學問題。
應該說，如今眾多科考船跨越赤道早已不是問題，但能夠像“科學”號一樣實現(xiàn)深海探測“下得去、看得清、采得上、測得準”等目標，才真正標志著海洋科考能力的提高和水平的跨越。借助于“科學”號這一大國重器，科研人員跨越赤道、走向深海，不斷擴展著對西太平洋海域的認知水平。在國際社會，“科學”號跨越赤道的海洋科考也受到高度關注，其中，《自然》期刊將“科學”號在西太平洋的科學考察，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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