“人類歷來是在海洋之外看海洋，看到的只是一個(gè)單向運(yùn)動(dòng)的世界；而當(dāng)人類潛入深海，立足海底向上看，才會(huì)看到更多的精彩，獲得更多的發(fā)現(xiàn)。”

隨著中國經(jīng)濟(jì)和科技水平日新月異的發(fā)展，國人“可上九天攬?jiān)拢上挛逖笞谨M”的豪情亦是節(jié)節(jié)高漲。近年來，如火如荼的載人航天、探月工程將人們的視線引向廣袤的太空，而與此同時(shí)，方興未艾的深海探測工程又使得大家將關(guān)注的目光匯聚在蔚藍(lán)的海洋。

日前，中國科學(xué)院院士汪品先應(yīng)中國科學(xué)院海洋研究所邀請，在其所慶60周年慶典上作了一場題為《從海底看地球》的報(bào)告，引起了廣泛關(guān)注。

報(bào)告中，汪品先指出，從海底看海洋是一個(gè)新的角度，應(yīng)當(dāng)下到海底看地球，建立海底觀測網(wǎng)絡(luò)，開展深海科技與技術(shù)研究，向深海進(jìn)軍。

汪品先說：“人類歷來是在海洋之外看海洋，看到的只是一個(gè)單向運(yùn)動(dòng)的世界；而當(dāng)人類潛入深海，立足海底向上看，才會(huì)看到更多的精彩，獲得更多的發(fā)現(xiàn)。”

從海底看上覆海水：海洋是一個(gè)雙向系統(tǒng)

“海底是‘漏’的，有下去的水，有上來的水。上來的水中，熱的叫熱液，冷的叫冷泉。海底以下的地下水，被比喻為‘海底下的海洋’。”汪品先說，“深海熱液不但會(huì)形成‘黑煙囪’，還會(huì)在其周圍形成特殊的生態(tài)系統(tǒng)，它是一個(gè)不靠陽光、不靠光合作用，而是依靠地球內(nèi)部熱量進(jìn)行化學(xué)合成作用的‘黑暗生物群’。近年來，我國‘大洋一號’考察船與美國伍茲霍爾海洋研究所合作，首次發(fā)現(xiàn)了西南印度洋‘超慢速擴(kuò)張’洋中脊的熱液噴出口。現(xiàn)在，在世界三大洋甚至北冰洋都采集到熱液口的硫化物和‘黑煙囪’。”

據(jù)汪品先介紹，全大洋海水每隔500萬～1100萬年都要到海底熱液系統(tǒng)里循環(huán)一周；如果把洋中脊兩翼的擴(kuò)散對流也算上，循環(huán)周期減為100萬年。地球內(nèi)部產(chǎn)生的熱通量，25%～30%由大洋熱液系統(tǒng)向外輸送。“這些都是影響到海水成分、影響地球環(huán)境的大事情”。

與熱液相對的是深海冷泉，最有名的是天然氣水合物，也叫“可燃冰”。它不光是一種潛在的能源，也是一種環(huán)境因素：只要溫度上升或者壓力減小，海底的可燃冰就會(huì)分解，甚至噴溢出來。“另外，冷泉在海底會(huì)形成碳酸鹽，形成特殊的冷泉生物群。”汪品先解釋說。

除熱液、冷泉之外，第三種水就是海底溢出的地下水。“實(shí)際上，世界各地海底都有地下水出來，在岸邊的可能是淡水，大洋底下的可能是咸水”。從香港吐露港到舟山群島，都發(fā)現(xiàn)有淡水從海底溢出。有人研究后提出，大西洋的海底地下水輸入量與河流的輸入量相當(dāng)；美國一條小河的測試表明，海底地下水輸入海洋的碳，居然比河流輸入的還多。

汪品先說，海洋是一個(gè)雙向系統(tǒng)，海面和海底是能量和物質(zhì)的上下兩個(gè)來源；海底是“漏”的，既有海水滲入地殼，又有流體從海底溢出，將海底以下以至于地殼深處的物質(zhì)帶入海水。因此，深海海底是地球表層和地球內(nèi)部之間的窗口，從海底就可以看到地球內(nèi)部發(fā)生的一些事情。

從海底看地球的內(nèi)部：貼近地球深部的窗口

水和碳是全球變化的兩大要素，也是目前被廣泛關(guān)注的問題。但鮮為人知的是，水和碳都會(huì)循環(huán)到海底底下，也會(huì)從海底底下循環(huán)上來。

人們常說“海納百川”，但汪品先在介紹水循環(huán)時(shí)指出，水到海底并沒有結(jié)束，還要繼續(xù)往下走，進(jìn)入地殼甚至循環(huán)到地幔里去。水本來是無法進(jìn)入地幔的，但有了礦物（蛇紋石）作為載體，就可以進(jìn)入地球深處。一旦橄欖石由地幔上升到海底，吸收水分后就會(huì)變成蛇紋石，叫做蛇紋巖化。蛇紋石含水量達(dá)13.8%，是向地幔送水的載體。從橄欖石變成蛇紋石的過程要吸水，每立方米橄欖石的蛇紋巖化需用去300公斤水，同時(shí)放出6.6億焦耳能量。大西洋Lost City低溫?zé)嵋鹤饔眯纬商妓猁}的“白煙囪”，能源就是橄欖石的蛇紋巖化。等到蛇紋石隨著板塊俯沖到地球深處，又會(huì)把水送出來，如此進(jìn)行著地球深部與表層的水循環(huán)。

汪品先在談到碳循環(huán)時(shí)表示，地球內(nèi)部有碳是公認(rèn)的，但對碳的數(shù)量估計(jì)眾說紛紜。有人推測地球內(nèi)部的碳占據(jù)重量的0.07%，也有人估計(jì)占1.5%，相差20多倍。俄羅斯很早就有學(xué)者提出石油天然氣的“無機(jī)成因?qū)W說”，其出發(fā)點(diǎn)也是地球深部有碳。地幔里有金剛石、火成碳酸鹽，而地核里碳可能更多。大家熟悉的可燃冰，它的碳和能量從哪里來？是不是從地球內(nèi)部來？這一直是一個(gè)爭論。

汪品先認(rèn)為，人們對于深海碳循環(huán)知道得太少，其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是微生物的作用。海洋生物量的90% 屬于微生物，海水里90%的有機(jī)碳是只能為微生物所用的溶解有機(jī)碳；水深越大，微生物的作用也越大。海底的沉積物、甚至于玄武巖里，也都存在大量微生物，幾十萬年甚至幾百萬年前的微生物還在生存。這種海底以下的“深部生物圈”大概占到全世界生物量的30%，它們的能量從哪里來？它們的碳從哪里來？深海微生物和有機(jī)碳在碳循環(huán)中起何作用？……

汪品先提醒大家，深海海底是不是碳循環(huán)研究的缺口？如果確實(shí)如此，我們就疏忽了一個(gè)非常重要的碳源反應(yīng)——深海海底的碳或許就是人們在研究地球上碳平衡時(shí)遺漏的重要環(huán)節(jié)。

此外，汪品先在報(bào)告中指出，病毒在生物循環(huán)中扮演著極為重要的角色，是深海海底碳循環(huán)中的重要一環(huán)。在深海海底，病毒是微型生物群的主要“殺手”，在深海碳循環(huán)中起重要作用。他認(rèn)為，深層水的演變可以影響“深部生物圈”，有可能是大洋碳儲(chǔ)庫長周期的變化機(jī)制。

“我們從海底看地球內(nèi)部，不光有水循環(huán)，還有碳循環(huán)。深海海底是離地球內(nèi)部最近的地方，也是將來鉆穿地殼的地方，更是我們研究地球深部的窗口。這應(yīng)該是我們需要關(guān)注并投身其中的一個(gè)新領(lǐng)域。”汪品先高屋建瓴地說。

從海底看地球的平臺：建立海底觀測網(wǎng)

回顧科學(xué)發(fā)展歷史，觀測地球系統(tǒng)有三個(gè)平臺：第一個(gè)平臺是在海面和地面的觀測，第二個(gè)平臺是在空間通過遙測遙感來觀測地球，第三個(gè)平臺是人類潛到海底，到海底進(jìn)行觀測，即建立海底觀測網(wǎng)。

海底不僅向上可以觀測水層、向下可以觀測地球內(nèi)部，而且是觀測海洋最安全的去處——不受海洋風(fēng)浪、能源等限制，能長期連續(xù)實(shí)時(shí)原位地觀測海底以下地震、地殼內(nèi)流體和生物等活動(dòng)。

隨著技術(shù)水平的不斷提高，在海底設(shè)立觀測網(wǎng)已經(jīng)標(biāo)志著海洋科學(xué)的新階段：從船上的“考察”發(fā)展到在海洋內(nèi)部的“觀測”。

據(jù)汪品先介紹，美國的海底觀測始于冷戰(zhàn)期間的軍事需求。冷戰(zhàn)結(jié)束后，這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)為民用，被科學(xué)家用來監(jiān)測海底的地震波和鯨魚群的活動(dòng)與遷移。自上世紀(jì)90年代至今，美國從近岸淺海海底觀測站開始，至今已在幾千米的深海海底建造了用上千公里光電纜連接的海底觀測網(wǎng)。目前，海底觀測計(jì)劃正在發(fā)達(dá)國家積極推行。

汪品先表示，這是海洋科學(xué)的一場革命性變化：不再是從海里采樣送到實(shí)驗(yàn)室分析，而是把實(shí)驗(yàn)室送進(jìn)海里去。通過聲學(xué)設(shè)備、水下質(zhì)譜儀、微型基因組探頭以及海底井下實(shí)驗(yàn)裝置、海底化學(xué)與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室等，來監(jiān)測海底地震，觀測“海底下的海洋”及其生物地球化學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)的觀測，從而改變?nèi)祟惻c海洋的關(guān)系。

汪品先在報(bào)告中還提到對海底甲烷滲漏的觀測——這種應(yīng)用在墨西哥灣海底井噴事件發(fā)生后變得尤為突出。隨著世界深海采油量的日漸增多，如何保證它的安全已成為無法忽略的問題。為保障海底采油的安全、檢測海底井下碳積存，美國和挪威正在實(shí)施海底油田長期觀測項(xiàng)目，包括海底井下連續(xù)觀測和海底連續(xù)地震觀測等。汪品先強(qiáng)調(diào)，對海底甲烷滲漏的觀測也是深海觀測的重要任務(wù)，我國亦應(yīng)加強(qiáng)這方面的部署。

2009年春，東海小戢山已建成我國第一個(gè)小型海底觀測試驗(yàn)站，這標(biāo)志著我國邁出了海底觀測系統(tǒng)建設(shè)從無到有的第一步，現(xiàn)在正期盼著“十二五”期間國家的海底觀測網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃。

向深海進(jìn)軍！

“我國的海洋事業(yè)正在經(jīng)歷鄭和下西洋六百年來最好的時(shí)機(jī)，我們現(xiàn)在確實(shí)要向深海進(jìn)軍了！”汪品先興奮地說。

今年8月，56位院士向國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)提出建議，要爭取設(shè)立深海科學(xué)工程專項(xiàng)。其中提出，從“十二五”開始，建造我國自己的深海鉆探船、海底觀測網(wǎng)、深潛設(shè)備等一系列深海高新技術(shù)裝置，同時(shí)建設(shè)科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合的深海基地。這引起了國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)的高度重視。

同時(shí)，國家自然科學(xué)基金委最近批準(zhǔn)的“南海深海過程演變”重大研究計(jì)劃，也將于2011年1月1日正式啟動(dòng)。該計(jì)劃預(yù)計(jì)用時(shí)8年，政府投入1.5億元人民幣。

汪品先說：“該計(jì)劃從現(xiàn)代過程和地質(zhì)記錄入手，解剖一個(gè)邊緣海的發(fā)育史。通過對地球物理與地球化學(xué)的研究，構(gòu)筑其生命史的‘骨架’；通過對深海沉積學(xué)與古海洋學(xué)的研究，來研究其生命史的‘肉’；通過對生物地球化學(xué)的研究，來研究其生命史的‘血’。我們希望構(gòu)筑一部‘有血有肉’的南海歷史。”

“然而深海和海底研究絕不是海洋地質(zhì)一家的‘專利’，它是海洋科學(xué)各個(gè)學(xué)科共同發(fā)展的新天地，也是發(fā)展地球系統(tǒng)科學(xué)的捷徑。中國地球科學(xué)的‘海、陸、空’三軍當(dāng)中，‘海軍’起步最晚，我們只有另辟蹊徑，爭取超水平發(fā)揮，才能符合我國發(fā)展的需求，才能與國際潮流同步。”汪品先說。

董軍摘自：《科學(xué)時(shí)報(bào)》(2010-12-08 A3 要聞)