汪品先院士：發(fā)展深海科技的前景與“陷阱”
訪問數(shù)量：268發(fā)布時間：2023-03-21
發(fā)展深?？萍嫉那熬芭c“陷阱”
汪品先
同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
最近10年來，我國海洋科技突飛猛進(jìn)，尤其是挺進(jìn)深海遠(yuǎn)洋的“三深”（深潛、深鉆、深網(wǎng)）能力，取得了舉世矚目的發(fā)展。載人深潛器接連登場，從“蛟龍?zhí)枴薄吧詈Ｓ率刻枴钡饺畹摹皧^斗者號”探底馬里亞納海溝；2013年，國際大洋鉆探進(jìn)入新階段，我國晉升為全額成員，接連拿下南海三個半航次；海底觀測網(wǎng)的大科學(xué)工程立項(xiàng)建設(shè)，零星的海底長期觀測已經(jīng)開始。特別是南海，經(jīng)過大洋鉆探接連鉆探深海盆，投放數(shù)百個潛標(biāo)錨系探測深層水流，30余個單位通力合作，完成了空前規(guī)模的“南海深部”研究大計劃，進(jìn)入深部過程研究的前沿，在世界邊緣海研究中脫穎而出（汪品先，2020a）。
這些耀眼的進(jìn)展是在“建設(shè)海洋強(qiáng)國”決策背景下取得的。近10年來，我國的海洋事業(yè)無論是深海油氣、大洋礦產(chǎn)，還是極地探索和“一帶一路”的海洋考察，都取得了全方位的高速發(fā)展，在國際海洋科技史上罕見。我國海洋事業(yè)掀起了前所未有的高潮，挺進(jìn)海洋的大潮方興未艾。相信在既定國策的指引下，今后10年將有更大的發(fā)展。然而，挺進(jìn)深海事業(yè)，既有燦爛的前景，又有征途上的陷阱。本文試圖在大潮聲中提醒國人，在埋頭前進(jìn)時也要抬頭遠(yuǎn)望、放眼古今，在萬馬奔騰中保持冷靜，才能持續(xù)前進(jìn)。
海洋開發(fā)，改變著人類社會發(fā)展的軌跡。16世紀(jì)的所謂“地理大發(fā)現(xiàn)”，使歐洲國家崛起，依靠在平面上進(jìn)入海洋，越洋跨海去掠奪非洲奴隸和美洲礦產(chǎn)。“二次世界大戰(zhàn)”結(jié)束之后，歷史翻開了新的一頁：人類開始開發(fā)海底，不再借道海洋入侵其他大陸，而是到海洋深處去開發(fā)海洋本身。這導(dǎo)致了21世紀(jì)海洋經(jīng)濟(jì)的重心下移，也就是在垂向上進(jìn)入海洋內(nèi)部。最早注意到的海底資源，是近岸的石油和深海的錳結(jié)核。這些資源在19世紀(jì)都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，但是開發(fā)利用的命運(yùn)卻大不相同：石油成了海洋經(jīng)濟(jì)的“老大”，而錳結(jié)核至今沒有工業(yè)開采。根據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）的統(tǒng)計，在2010年，海上油氣占全球海洋經(jīng)濟(jì)的34%，高居榜首，預(yù)測到2030年將降至21%；如果把含義不清的“海洋與沿岸旅游”排除不計，海上油氣依然是最大的海洋產(chǎn)業(yè)（OECD，2016）。尤其突出的是深海油氣，目前占海上油氣總產(chǎn)量的30%。近年來，全球重大油氣發(fā)現(xiàn)有70%來自水深超過1000m的水域，并且呈現(xiàn)逐年升高的趨勢。深海金屬礦產(chǎn)的開發(fā)卻沒有那么順利。1965年，美國J.L.Mero發(fā)表了《海洋的礦產(chǎn)資源》一書，提到太平洋海底有上萬億噸的錳結(jié)核可以開采，而且增長速度比采礦還快。因此，海底的錳、鈷、鎳、銅取之不竭、用之不盡。這幅聚寶盆式的圖景，誘發(fā)了海底采礦的高潮。20世紀(jì)60—70年代，有上百個航次前往太平洋。但是Mero的描述言過其實(shí)，深海結(jié)核不但生長極慢而且開采不易，以至于至今沒有工業(yè)開采（Glasby，2000）。唯一的例外發(fā)生在1974年。美國造了36000t的巨型采礦船開采錳結(jié)核，后來真相大白，原來是中央情報局的騙局，以采礦作掩護(hù)，打撈蘇聯(lián)1968年沉沒在太平洋深處的核導(dǎo)彈潛艇。深海金屬礦有三類，除了錳結(jié)核，還有海山上的富鈷結(jié)殼和大洋中脊與弧后盆地的金屬硫化物，后兩者都比錳結(jié)核的水淺。其中，最有前景的是金屬硫化物。尤其是在2006年發(fā)現(xiàn)巴布亞—新幾內(nèi)亞海岸外硫化物含金，水深只有1600m，大大提高了開采價值。加拿大的鸚鵡螺公司準(zhǔn)備了種種先進(jìn)技術(shù)，想成為深海采礦的世界先鋒，不料開采計劃的環(huán)境影響引起當(dāng)?shù)孛癖姺磳?，開采計劃可能功敗垂成（汪品先，2020b）。除了獲取資源，開發(fā)海洋的另一方面，是海洋巨大空間的利用?？上徽`用作陸地廢棄物的歸宿，最為嚴(yán)重的是向海洋傾倒放射性的核廢料。1946—1982年的36年間，投入海洋的核廢料的總放射性活度高達(dá)63PBq，相當(dāng)于每秒鐘發(fā)生6.3億億次（6.3×1016）核衰變的放射性（Calmet，1989）。除了核廢料，塑料垃圾也是“二戰(zhàn)”之后出現(xiàn)的新問題?，F(xiàn)在，塑料已經(jīng)成為海洋垃圾的主體，海洋塑料垃圾的總量從2010年的800×104t增加到2015年的900×104t，推測2025年將達(dá)1600×104t（Dauvergne，2018），嚴(yán)重威脅海洋的生態(tài)環(huán)境。尤其是微塑料，這些看不見的顆粒會通過海雪的沉降和濾食生物的吞用，從化學(xué)角度改變海洋生物，人類食用這些“海鮮”就會影響健康。總之，海洋開發(fā)在20世紀(jì)中期曾經(jīng)一度出現(xiàn)狂熱，到了后期已經(jīng)在某種程度上冷卻下來。通過實(shí)踐逐步意識到：海洋既不是“聚寶盆”，也不是“垃圾桶”。挺進(jìn)深海，并沒有可以縱橫馳騁的康莊大道。挺進(jìn)深海，說起來容易，做起來難。畢竟人類進(jìn)入深海不過半個多世紀(jì)，對深海的了解實(shí)在太少，更沒有學(xué)會如何和海洋相處。地球上三分大陸七分海，海水平均3700m深，所以主體就是深海，水深超過2000m的深海占了地球表面的2/5。然而，10m海水深處大氣壓力為1atm（101325Pa），200m海水下沒有光線，因而深海是個永遠(yuǎn)黑暗的高壓世界。物理學(xué)里講暗能量、暗物質(zhì)，其實(shí)深海就是地球表面最大的“暗世界”。直到19世紀(jì)中葉，人類仍然不知道深海究竟有沒有海底，認(rèn)為550m以下沒有生物存在。20世紀(jì)晚期，人類開始進(jìn)入深海，雖然取得了極大的進(jìn)步，但仍相當(dāng)于“瞎子摸象”，還不能急于開發(fā)。絕不能剛摸到個大象的腳趾頭，就忙著琢磨怎么個吃法。對于深海資源的知識，往往是根據(jù)個別站位的數(shù)據(jù)外推，由此得出的結(jié)果當(dāng)然會有數(shù)量級的出入。越是新發(fā)現(xiàn)的深海資源，數(shù)量估計的差別越大，因?yàn)檎{(diào)查測量太少。以熱液活動來說，其在深海的分布范圍很廣，沿著60000km大洋中脊和10000km的弧后裂谷以及俯沖板塊的海底火山都有出現(xiàn)?，F(xiàn)在全大洋發(fā)現(xiàn)的熱液口數(shù)目上千，但是面積都很小，全部加在一起也只有50km2，相當(dāng)四個舟山的普陀島，占世界大洋面積的比例不到0.00001%（VanDover，2019）。深部生物圈是深海探索的重大發(fā)現(xiàn)，深海底下的沉積物甚至玄武巖里都有微生物。然而，對深部生物圈微生物數(shù)量的估計，相差極為懸殊。20世紀(jì)90年代，根據(jù)太平洋六個站位的測量，推測全大洋海底下面有35×1029個細(xì)胞，占據(jù)地球上活生物量的30%（Whitmanetal.，1989）。之后測量點(diǎn)增多，尤其是經(jīng)過大洋鉆探的核實(shí)，估計值至少降了一個數(shù)量級，降為2.9×1029個細(xì)胞，與地球上活生物總量相比，只相當(dāng)于0.6%（Kallmeyeretal.，2012）。天然氣水合物（即可燃冰）的發(fā)現(xiàn)極其令人興奮。天然氣礦產(chǎn)居然會以結(jié)晶體的形式出現(xiàn)，出乎地球科學(xué)界的意料，可望成為新世紀(jì)的清潔能源，但是對其儲量的估計相差懸殊。1980年，美國學(xué)界對海洋可燃冰中甲烷含量的估計，從3.1×1015m3至7600×1015m3不等，相差三個數(shù)量級。原因在于最初的儲量計算是假設(shè)沉積巖孔隙里充滿可燃冰，飽和度為100%。經(jīng)過大洋鉆探取芯分析核實(shí)之后，飽和度的估計值降低了兩個量級（Boswelletal.，2011）。對海洋可燃冰總儲量的估計值也從20世紀(jì)70—80年代的1017～1018m3降到90年代晚期的1014～1015m3，下降了三個量級（Milkov，2004）。數(shù)量上的退步，卻是科學(xué)上的進(jìn)步，因?yàn)閷扇急恼J(rèn)識，從初始階段進(jìn)入了理性階段（叢曉容等，2014）。總體來說，深海是地球上尚待認(rèn)識的“暗世界”。經(jīng)過幾十億年的演變，現(xiàn)在地球的表面過程已經(jīng)在太陽輻射能驅(qū)動下快速進(jìn)行，從水流的物質(zhì)搬運(yùn)到生物的新陳代謝莫不如此。但是，深海不同，太陽能的產(chǎn)物只有極小部分到達(dá)深海底部，而溢出海底的地球內(nèi)能時空分布極不均勻，絕大多數(shù)深?，F(xiàn)象是在微少能量支持下的慢速過程。因此，深海過程往往要比陸地上慢幾個數(shù)量級：錳結(jié)核百萬年才長1cm，深部生物圈的繁殖周期以千年計。生活在陸地上的人類，首先要認(rèn)識深海，才能開發(fā)利用深海。深海容不得急性子的“淘金潮”。雖然海洋資源現(xiàn)在的估計并不準(zhǔn)確，卻動搖不了其開發(fā)的廣闊前景。海水超過13×108km3，相當(dāng)于全球河水總量的60萬倍。其中，溶解的鋰、鈾、金等眾多元素雖然含量很低，但只要有高效的提取技術(shù)，就有輝煌的開發(fā)前景。海洋的風(fēng)能、太陽能和波浪能，都是開發(fā)利用的候選對象，利用價值取決于技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程。最近突破性的新技術(shù)，是利用太陽能將海水分解出氫（Kuangetal.，2019）。氫燃料是不產(chǎn)生二氧化碳的清潔能源，而且太陽能和海水是取之不盡的原料，因此大有發(fā)展前景。海底蘊(yùn)藏的能源和資源更加豐富。近年來，太平洋海底稀土元素的發(fā)現(xiàn)，足以說明深海礦產(chǎn)不可估量的潛力。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，稀土元素的國際需求顯著增強(qiáng)?，F(xiàn)在，日本科學(xué)家先在太平洋中部及東南部發(fā)現(xiàn)3500～6000m深海底淤泥中含有大量稀土資源，聲稱其可開采量是陸地的1000倍（Katoetal.，2011）；后又在西太平洋接近南鳥島附近，在水深5700m處發(fā)現(xiàn)含稀土元素的軟泥，其儲量足夠全球數(shù)十年之用（Iijimaetal.，2016）。更加奧秘的是生物資源。提起生物資源，一定會想到漁業(yè)。不過，海洋生產(chǎn)力的重點(diǎn)不在深海，近海陸架和上升流區(qū)才是主要的漁業(yè)區(qū)；即便開發(fā)深遠(yuǎn)海，捕魚的目標(biāo)也在海水上層，并不是深海。然而，漁業(yè)恰恰是破壞深海底棲生態(tài)系統(tǒng)的元兇，關(guān)鍵在于海底拖網(wǎng)。20世紀(jì)50年代以來流行的拖網(wǎng)捕魚，能夠?qū)⒑５酌嫔系纳镞B同沉積物全部刮走。拖網(wǎng)捕魚歷來主要在陸架淺海進(jìn)行，但近年來正在向上陸坡和海山等深水區(qū)推進(jìn)。21世紀(jì)初估計，全球被拖網(wǎng)捕撈的海底，40%是在陸坡以外的深水區(qū)，但是深水魚比淺水魚更經(jīng)不起過度捕撈（Roberts，2002）。深水的底棲固著生物新陳代謝格外緩慢，因此受拖網(wǎng)捕魚的破壞更加致命。例如長壽的冷水珊瑚一年只長幾微米，一旦破壞，生態(tài)恢復(fù)的時間也要以千百年計?？傊?，深海生物資源的開發(fā)利用，需要轉(zhuǎn)換思路，另辟蹊徑。最值得注意的是生物基因資源。基因資源是個全新的方向，不是通過漁業(yè)從深海索取動物蛋白，而是著眼于深海的生物多樣性。世界大洋估計有220萬種動物，有10億個類型的微生物，尤其是深海的生物有著各種各樣的“特殊功能”—有的能適應(yīng)高溫高壓，有的能在還原缺氧環(huán)境繁盛，更有的有著驚人尺度的長壽能力。提供這些特殊功能的基因是無價之寶，可以為人類帶來無可替代的福利（Marlowetal.，2019）。現(xiàn)在，深?；蛸Y源已經(jīng)成功應(yīng)用于制藥保?。煌瑫r，在化學(xué)制品等許多方面都有廣闊的前景。半個世紀(jì)以來發(fā)現(xiàn)的黑暗食物鏈、深部生物圈，尤其是微生物研究的進(jìn)展，打開了科學(xué)界的眼界。生活在熱液和冷泉口的動物群，棲息在玄武巖孔隙里的微生物，以人類完全陌生的生命活動方式度過了千千萬萬個春秋。一旦解開這些生命之謎，相信將會進(jìn)一步明晰深海對于人類社會的價值所在。地球上的海洋比陸地大兩倍，人類在陸地上開發(fā)了幾千年，還沒有找到可持續(xù)發(fā)展的途徑；現(xiàn)在進(jìn)入海洋才幾十年，深海巨大的“黑暗世界”，絕不是靠人類星星點(diǎn)點(diǎn)的探測就能看得明白的。深海是人類正在打開的另一個世界，深海資源寶藏琳瑯滿目，但其開發(fā)實(shí)際上還處于準(zhǔn)備階段，人類要有自知之明，意識到現(xiàn)有認(rèn)識的局限性；而認(rèn)識深海的關(guān)鍵，在于技術(shù)的發(fā)展。從進(jìn)入深海，到認(rèn)識深海、開發(fā)深海，依靠的是高新技術(shù)。具體說，關(guān)鍵在于“三深”：深潛、深鉆和深網(wǎng)?！吧顫摗卑ㄝd人和不載人的深潛器；“深網(wǎng)”指的是用光電纜連接的海底觀測系統(tǒng)以及不聯(lián)網(wǎng)的水下觀測移動裝置；“深鉆”是從海底向下進(jìn)行科學(xué)鉆探，在“三深”里難度最大。“三深”技術(shù)的產(chǎn)生，主要是歐美科學(xué)家近半個世紀(jì)的貢獻(xiàn)。中國發(fā)展深海科技，基本是“跟”和“追”，技術(shù)和科學(xué)分頭模仿歐美。這樣的對策在起步階段不可避免，也無可厚非；但發(fā)展到一定程度就需要轉(zhuǎn)型：①將科學(xué)與技術(shù)放在一起，而不是分頭來規(guī)劃，這樣才會產(chǎn)生新意，才能創(chuàng)新；②要考慮成本和效果，要引入投入和產(chǎn)出的比值，并不是投入越多產(chǎn)出就越多。中國深?？萍及l(fā)展，還有許多值得深思之處。“三深”中，以載人深潛的社會影響最大，也是挺進(jìn)深海最直接的手段。載人深潛是深海探索的先鋒，深海的奧秘是科學(xué)家親身進(jìn)入深海發(fā)現(xiàn)的，身歷其境也是科學(xué)探索最可靠、最能產(chǎn)生新思想的途徑。經(jīng)過多年努力，我國已逐步提高自主國產(chǎn)水平。我國擁有不同深度的載人深潛器—能潛入深海4500m的“勇士號”、能潛入深海6500m的“蛟龍?zhí)枴焙腿f米全水深的“奮斗者號”，裝備的水平已進(jìn)入國際前列。載人深潛進(jìn)入馬里亞納海溝，在美國之后還只有中國，喜訊傳來令全球華人揚(yáng)眉吐氣。當(dāng)前面臨的任務(wù)，是配套設(shè)備和使用效率的提升，進(jìn)一步發(fā)展探索深海的實(shí)力。隨著遙控技術(shù)和人工智能的發(fā)展，許多極端環(huán)境的探索已經(jīng)可以由機(jī)器人代替，深海探索也不例外。現(xiàn)在，不載人的潛水器已經(jīng)成為深潛探索的主力，通過纜線（“臍帶”）連接的無人遙控潛水器（ROV），可以由科學(xué)家在船上操縱，代替自己在海底做為時更長、效率更高、能量更大的探索動作；而水下自主航行器（AUV）連纜線都不用，可以長時間在海洋內(nèi)部作業(yè)。這些不同種類的“水下機(jī)器人”已經(jīng)成為深海科學(xué)探索和工程服務(wù)的主力（封錫盛等，2013）。雖然科學(xué)家親歷其境的探索有著不可替代的價值，然而從成本和效率出發(fā)，非載人深潛才是大范圍推廣的發(fā)展方向。然而，即便無人的深潛器也不能總待在海里。于是，20世紀(jì)末開始發(fā)展海底觀測網(wǎng)：把傳感器放進(jìn)海底，通過光電纜連接實(shí)驗(yàn)室，相當(dāng)于將“氣象站”甚至“實(shí)驗(yàn)室”安置在海洋深處，對海洋內(nèi)部進(jìn)行長期、連續(xù)的原位實(shí)時觀測。2009年，加拿大建成了第一個大型深海海底觀測網(wǎng)Neptune—Canada，纜線長800km。2016年，美國建成海底觀測系統(tǒng)OOI，其中規(guī)模最大的是俄勒岡岸外的深海區(qū)域網(wǎng)。2015年，日本建成面對太平洋的海底地震海嘯觀測網(wǎng)S—net，纜線總長5700km，為世界第一（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2017）。海底觀測網(wǎng)的長期觀測是揭示深海奧秘的有效途徑，從連續(xù)測量深部洋流的流速流量，到臺風(fēng)來襲或者火山爆發(fā)時監(jiān)測海洋反應(yīng)，將傳感器放在海洋內(nèi)部是最好的選擇。由于觀測目標(biāo)和海洋條件的不同，海洋內(nèi)部的觀測裝置可以極其多樣，有聯(lián)網(wǎng)也有不聯(lián)網(wǎng)的，有固定的也有活動的，從海底爬行車到水下滑翔機(jī)，類型繁多，不一而足（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2017）。尤其是傳感器，更是隨著觀測目標(biāo)的不同而不斷發(fā)展。我國已經(jīng)立項(xiàng)建設(shè)東海和南海的海底觀測系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)充分考慮不同的目標(biāo)和條件，創(chuàng)造性地完成大科學(xué)工程的建設(shè)。在深海海底鉆探地殼，是探索深海難度最大、耗費(fèi)最大的技術(shù)。自從1968年美國啟動相關(guān)工作后不久，就發(fā)展為國際大洋鉆探計劃，由若干發(fā)達(dá)國家共同提供資金、選擇最佳技術(shù)，共同合作進(jìn)行，簡單地說就是全球支持一條船進(jìn)行鉆探。半個多世紀(jì)以來，大洋鉆探船成了海洋科學(xué)的“航母”，接二連三的重大發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了20世紀(jì)地球科學(xué)的大洋鉆探本身也成了為時最久、效果最好的大型國際科學(xué)合作計劃。我國在1998年加入國際大洋鉆探計劃，二十多年來實(shí)現(xiàn)了南海四個航次，鉆探了17個站位，為認(rèn)識南海深部做出了不可估量的貢獻(xiàn)（丁仲禮，2018）。可以預(yù)計，大洋鉆探在深海和地球科學(xué)中的地位還將繼續(xù)攀升。因?yàn)樯詈５貧さ暮穸戎挥写箨懙貧?/span>的1/5，在深海打鉆探索地球內(nèi)部，是未來地球科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。但是，年逾半百的大洋鉆探計劃，無論在技術(shù)上還是組織上都已經(jīng)難以適應(yīng)新時期的科學(xué)需求。當(dāng)年發(fā)起大洋鉆探的“初心”在于鉆穿地殼探索地幔，然而這項(xiàng)地球科學(xué)界夢寐以求的“莫霍鉆”至今尚難實(shí)現(xiàn)（Michibayashietal，2019），呼喚著原創(chuàng)性的技術(shù)改進(jìn)。例如，要鉆探地幔頂部，鉆頭就要求有耐高溫高壓的新型材料；鉆探船也可能要將泥漿泵甚至鉆機(jī)放到海底，以減少幾千米穿越海水的鉆具。挺進(jìn)深海是人類社會拓展空間的新方向，大量的技術(shù)創(chuàng)新等待著有心人。本質(zhì)上講，“三深”都不過是探索深海的某種單項(xiàng)技術(shù)，在未來的科技史里只不過是挺進(jìn)深海的入門過程，發(fā)展的方向必定是眾多技術(shù)結(jié)合起來解決科學(xué)或者工程問題。經(jīng)過50多年的鉆探，僅靠鉆探單一手段解決科學(xué)問題的時代正在消逝，而與深網(wǎng)觀測、深潛探索相結(jié)合的“三深”聯(lián)合技術(shù)，正在成為未來大洋鉆探的新形式。歐盟在幾年前提出“深海與海底科學(xué)前沿”（deepseaandsub—surfacefrontiers，DS3F）計劃（孫珍等，2020），就體現(xiàn)了“三深”結(jié)合的新思路，很值得我們注意。除了科學(xué)上的探索，在歷史上深海探索的開始具有軍事背景。19世紀(jì)，完成首個環(huán)球航次探索深海的“挑戰(zhàn)者號”，就是英國的軍艦；20世紀(jì)，一些深海觀測技術(shù)，也是“軍轉(zhuǎn)民”來自美國海軍。美國海軍有大量的科學(xué)項(xiàng)目，打著科學(xué)旗號到各國海域進(jìn)行海底測量，或者以勘探名義實(shí)現(xiàn)軍事目的。除此之外，還有作為探險活動的海洋深潛，其中最有名的是潛入馬里亞納海溝。繼1960年美國“Trieste”號深潛到馬里亞納海溝10916m之后，2012年電影導(dǎo)演J.Cameron、2019年億萬富翁V.Vescovo先后潛入海溝探底，都是追求創(chuàng)紀(jì)錄的探險之旅。深潛的工具也可以有選擇。上述的潛水器，都是金屬外殼留出玻璃窗口來觀察深海，但如果采用玻璃外殼，就可以得到更大的視野。具體說，葡萄牙的LILLA1000載人潛水器就用玻璃外殼提供了1.4m寬的大視域，但是只能潛入1000m，不失為深海生物觀測攝影的理想設(shè)備。玻璃殼的載人深潛器一般被作為游樂工具，下潛深度只能到達(dá)數(shù)百米。從整體上講，深海探索要求的大規(guī)模投入，主要是政府或者大企業(yè)的行為，而且很容易產(chǎn)生政治影響。世界大洋是連通的，任何一個國家的深海探索都會產(chǎn)生國際后果，包括海上權(quán)益之爭。例如，在美國、日本的無人深潛器探索馬里亞納海溝之后，2020年中國的“海斗一號”和俄羅斯的“勇士號”無人深潛器也都先后潛入馬里亞納海溝底部，“勇士號”在萬米海底插了個三角旗，紀(jì)念衛(wèi)國戰(zhàn)爭勝利75周年。這令人想起2007年，俄羅斯的載人深潛器“和平一號”在北冰洋破冰下潛，把一面1m高的鈦合金國旗插在4261m深的海底，一度掀起北冰洋權(quán)益之爭的國際大浪。因此，和16世紀(jì)歐洲國家間的海上之爭一樣，幾十年來的深海探測史也貫穿著海上的國際斗爭。大洋鉆探作為最大的國際合作，必然涉及政治元素。1997年，我國決定加入“大洋鉆探計劃”，據(jù)悉受到美國國防部的阻撓，經(jīng)過科學(xué)界力爭，一年之后方才成功?！按笱筱@探計劃”作為深海探索的國際合作項(xiàng)目，也是國際爭奪海上領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的舞臺。20世紀(jì)90年代，日本向美國叫板，在21世紀(jì)之初建造了一艘比美國鉆探船大幾倍的“地球號”鉆探船，以期爭奪國際領(lǐng)導(dǎo)權(quán)，“大洋鉆探計劃”國際總部也一度從華盛頓搬到了東京。可惜，由于經(jīng)費(fèi)和技術(shù)上的困難，后來國際總部又返回華盛頓，仍舊由美國主持工作。深海開發(fā)權(quán)益的國際較量屬于外交之爭。1982年，聯(lián)合國通過了《聯(lián)合國海洋法公約》，規(guī)定除了12海里的領(lǐng)海之外，還有200海里的“專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)”（EEZ），沿海國對于該區(qū)內(nèi)的海底和上覆水域的資源開發(fā)和研究具有主權(quán)。于是，只要在大洋里有一個小島，就可以獲得大片海域，使得過去無人問津的荒島，一夜之間變成國寶。法國的陸地占世界陸地總面積的0.5%，但是EEZ的面積卻占全球EEZ的8%，依靠的就是海外領(lǐng)地。日本可以作為EEZ根據(jù)的離島共有99座，其中多數(shù)還沒有名字，但是據(jù)此就提出了450×104km2EEZ的要求，面積相當(dāng)其本土的12倍。近年來，一些國家之間的島嶼之爭，根源都在于深海資源。深海探索整體上是高科技的挑戰(zhàn)，因此技術(shù)事故屬于家常便飯。就南海來說，“大洋鉆探計劃”自1999年實(shí)施以來的20年內(nèi)鉆探了17個站位，其中最深的U1503A井，水深3868m，加上井深1710m，總深5578m，按深度在大洋鉆探50年歷史上排名第五。但是好事多磨，這口井在2014年的349航次、2017年的368航次都曾經(jīng)打過，369航次還下了上千米的套管，最終還是因?yàn)榫录夹g(shù)事故，炸斷了鉆具忍痛放棄。直到2018年大洋鉆探再安排了368X航次專攻該井，終于取得了南海張裂最初的大洋殼巖芯，達(dá)到了原定目標(biāo)。但是，多數(shù)的深海工程事故，并不是以喜劇告終。日本萬米級無人深潛器“海溝號”（Kaiko）曾在1995年在馬里亞納海溝深潛10970m，在世界深潛器中高居榜首，但是2003年在日本南部水深4673m的太平洋海域作業(yè)時，因臺風(fēng)來襲，在回收時與母船連接的纜繩斷裂，重達(dá)5.6t的深潛器永遠(yuǎn)消失在海底。最為嚴(yán)重的技術(shù)事故，應(yīng)當(dāng)是2010年墨西哥灣“深海地平線”鉆井平臺的爆炸。在完井階段，由于防噴系統(tǒng)失靈，油井爆炸沉沒，造成11人遇難、17人受傷。但最大的災(zāi)難還不在鉆井平臺，而是海底油井漏油，幾個月里從1500m深海底涌出了50×104m3原油，造成墨西哥灣北部面積9900km2的油污帶，英國石油公司損失177億美元。挺進(jìn)深海的征途上，技術(shù)事故是最大的挑戰(zhàn)；然而，決策上的失誤，可以造成更大程度的損失。這是因?yàn)樯詈Ｌ剿鞒３Ｓ龅骄薮蟮耐顿Y規(guī)模和技術(shù)難度，一旦決策失誤就會造成很嚴(yán)重的后果。以日本為例，為了預(yù)警海底地震與海嘯，日本決定建造深海海底觀測網(wǎng)；2003年打造了ARENA計劃，在其東面太平洋俯沖帶兩側(cè)布網(wǎng)；2006年，改變主意，改為在日本南邊沿南海海槽建設(shè)DONET網(wǎng)。不料，就在DONET建成的2011年，9.2級的特大地震發(fā)生在日本東邊而不是南邊，于是又用四年時間，在東邊的太平洋俯沖帶建起了5700km長的S—net計劃實(shí)施，規(guī)模比原來的ARENA計劃大得多（海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2017）。在大洋鉆探方面，日本于1994年制定了OD21計劃，投入8.5億美元巨資建造“地球號”鉆探船。2002年下水時，由日本公主剪彩，2007年正式啟用服務(wù)大洋鉆探時，向全世界宣稱要去“打穿地殼”。可惜事與愿違，因?yàn)槭芾в诮?jīng)費(fèi)與技術(shù)，2013—2020年，一共才執(zhí)行了四個大洋鉆探航次，平均2.5年才有一個，處于半停頓狀態(tài)。今天的冷清，與當(dāng)年的歡騰恰成對照。當(dāng)然，也有立項(xiàng)時就夭折的。例如，德國設(shè)計的破冰鉆探船“北極之光”（AuroraBo—realis），2007年歐盟撥出近700萬美元進(jìn)行設(shè)計、籌備，2009年因?yàn)橘Y金鏈斷裂，雄偉計劃胎死腹中（中國大洋發(fā)展計劃辦公室，海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2018）。深海探索中的失誤和事故絕非危言聳聽，也不想“嚇?！边M(jìn)軍海洋的勇士們。它警告我們：挺進(jìn)深海的征途上有陷阱，深海容不得“淘金”的狂熱。原因很簡單：深海太大，我們的認(rèn)知太少；深海和陸地太不相同，原有的經(jīng)驗(yàn)并不見得適用?，F(xiàn)在，人類對深海的開發(fā)，不外乎采集和漁獵，相當(dāng)于陸地上中石器時代人類利用資源的水平。但是與陸地不同，深海過程往往比陸地慢幾個數(shù)量級：錳結(jié)核百萬年才長1cm，深部生物圈的繁殖周期以千年計。在陸地上，人類經(jīng)過了幾千年的時間，才發(fā)展起農(nóng)牧業(yè)，從采集和漁獵進(jìn)步到農(nóng)耕畜牧，學(xué)會了利用陸地資源，進(jìn)入深海也不可能一蹴而就。因此，深海計劃的制定和實(shí)行，要考慮到經(jīng)濟(jì)、政治、技術(shù)上的“陷阱”，戰(zhàn)略考慮不周、形勢發(fā)生變化，都會前功盡棄。除了自然因素之外，還有人為因素的“陷阱”，包括政治和科學(xué)兩類。一類是政治原因，不少設(shè)計精細(xì)的科研航次，就是因?yàn)楹Ｓ虻闹鳈?quán)聲索國不予批準(zhǔn)，出了海也只能無功而返，這在海洋界已經(jīng)常見不怪。另一類是科學(xué)家有意無意地夸大，比如前述1965年Mero對太平洋礦產(chǎn)資源的夸大，以及后來有的科學(xué)家對深海能源、資源儲量的夸大，導(dǎo)致決策層的判斷失誤。將計劃的制定建立在可靠信息的基礎(chǔ)之上，防止在片面信息或者夸大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上匆忙做出決策，是深?？萍汲晒Πl(fā)展的要訣。
無論挺進(jìn)深海的道路如何崎嶇甚至驚險，大洋以其無邊的體量和無窮的遠(yuǎn)景，始終鼓舞著海上勇士們勇往直前。同時，挺進(jìn)深海要求了解深海，只有腳踏實(shí)地的調(diào)查研究才會取得成功。例如，開發(fā)海底要求了解海底，海底的地形就需要調(diào)查?，F(xiàn)在大洋的地形圖主要依靠衛(wèi)星測量，水平分辨率只有2～5km，真正經(jīng)過多波束測深、制作了地形海底圖的區(qū)域只有海域面積的5%。從2021年開始，聯(lián)合國發(fā)起的“海洋可持續(xù)發(fā)展十年（2021—2030）”科學(xué)計劃，所提出的第一項(xiàng)任務(wù)就是測制海底地圖（Ryabininetal.，2019）。為了可持續(xù)發(fā)展，在這10年里，要在全球范圍內(nèi)推進(jìn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，為海洋進(jìn)行“體檢”（Duarteetal.，2018）。當(dāng)然，聯(lián)合國一百多個國家參加的計劃不可能以深海為主題，因?yàn)閾碛猩詈８呖萍寄芰Φ膰也欢唷?/span>現(xiàn)在，我國就是其中舉足輕重的一個國家。在過去的10年里，我國在深海科技中取得了突破性進(jìn)展，在未來的10年必將再接再厲，乘勝前進(jìn)。我們不但要充滿激情，也需要汲取國內(nèi)外的教訓(xùn)，避開前進(jìn)路上的陷阱。這可以分國際和國內(nèi)兩方面來討論。國際合作是深?？萍嫉闹匾矫?。我國深?？萍计鸩酵?，“三深”的三大方面都需要通過國際合作繼續(xù)提高，其中最為重要的是大洋鉆探。過去10年，我國在國際大洋鉆探計劃里的作用大幅度提高，計劃在接下來的10年里也能運(yùn)行鉆探航次，和美國、日本、歐盟并列為鉆探平臺的提供者。國際計劃的運(yùn)行很容易摻入非科學(xué)因素，加強(qiáng)我國在大洋鉆探中的地位，并非沒有阻力。例如，2017年我國倡議制定2023—2033年的大洋鉆探國際計劃，主辦國際學(xué)術(shù)研討會，受到許多國家支持；但是，由美國主持匆忙制定的“2050年科學(xué)框架”（Koppersetal.，2021），淡化了國際學(xué)術(shù)討論。作為應(yīng)對，我國可以在聯(lián)合國際力量的前提下，立足自身的力量主動出招，制定既有新意又有可操作性的10年科學(xué)計劃（2024—2033年），同時動員有關(guān)的發(fā)展中國家加入大洋鉆探的科學(xué)實(shí)踐，推進(jìn)新一輪的國際合作。歐洲幾年前提出“深海與海底科學(xué)前沿”（DS3F）計劃（Kopfetal.，2012），體現(xiàn)了“三深”結(jié)合的新思路，就值得我們在制定計劃時密切注意。在“建設(shè)海洋強(qiáng)國”國策的指引下，我國的深海探索已經(jīng)走出毗鄰海域，結(jié)合“一帶一路”等國際合作，挺進(jìn)三大洋和南北兩極，包括近年在太平洋馬里亞納海溝探索的成功。與此同時，最大水深5500m的南海，是我國岸外主要的深水海域，也是我國發(fā)展深海科學(xué)的首選。2011年，國家自然科學(xué)基金委員會啟動“南海深部過程演變”的重大研究計劃，專攻深海盆的基礎(chǔ)科學(xué)問題，在9年時間里將50多個基金重點(diǎn)項(xiàng)目和“三深”技術(shù)相結(jié)合，在海上組織了一個個有聲有色的科學(xué)戰(zhàn)役，取得了一次次的學(xué)術(shù)突破，使我國掌握了南海深海研究的科學(xué)主導(dǎo)權(quán)。南海近10年的進(jìn)展，提出了“板緣張裂”“低緯驅(qū)動”等挑戰(zhàn)流行觀點(diǎn)的新假說，產(chǎn)生了一系列具有挑戰(zhàn)性的新問題，使南海成為國際海洋科學(xué)的天然實(shí)驗(yàn)室，有待在新的10年里向南推進(jìn)，聯(lián)合周邊國家，以更大的力度做進(jìn)一步的研究。南海深海探索的意義，超越了科學(xué)本身。美國作家R.Kaplan認(rèn)為，現(xiàn)在中美的南海之爭，相當(dāng)于百年前歐美的加勒比海之爭；能否在南海取得成功，將決定我國大國崛起的命運(yùn)（Kaplan，2014）。法國的F.Gipouloux將南海比喻為“亞洲的地中?！保瑢喼薜慕?jīng)濟(jì)交流與發(fā)展，起到關(guān)鍵性的歷史作用（Gipouloux，2011）。進(jìn)一步確立我國在南海深?？茖W(xué)上的主導(dǎo)權(quán)，是國家海洋戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。“建設(shè)海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略確定以來不到10年，我國在深海科技中取得了歷史性的進(jìn)展。展望未來，未來10年的成功將首先取決于宏觀決策。當(dāng)前，我國的深海研究走到了歷史的十字路口，格外需要以史為鑒，研究國際先行國家的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，至少應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)。（1）轉(zhuǎn)型發(fā)展。我國的科技正在從模仿、“跟跑”轉(zhuǎn)型，未來將是發(fā)展中國特色的10年。真理只有一條，通向真理的道路卻不止一條，不過這種道路都是靠人走出來的。海洋科學(xué)在歐洲產(chǎn)生、在歐美發(fā)展，帶有嚴(yán)重的大西洋“胎記”。我們面對西太平洋，地處世界最大大洋和最大大陸之間，有責(zé)任擺脫“大西洋中心論”的束縛，從科學(xué)理論和技術(shù)手段兩方面進(jìn)行自己的探索。與許多兄弟學(xué)科相比，我國的深?？萍计鸩礁?、落后更多，因此與國際前沿有更遠(yuǎn)的差距，轉(zhuǎn)型的路程也更加艱難。（2）科技結(jié)合。國際深海探索，是一部科學(xué)和技術(shù)攜手發(fā)展的歷史，而我們走的卻是追趕國外論文、仿造國外設(shè)備和分頭發(fā)展的道路，新“科”與“技”設(shè)備驗(yàn)收之后再來征求“用戶”。經(jīng)過多年的努力，我國的深?！翱啤焙汀凹肌币呀?jīng)具備條件，可以兩者結(jié)合起來共創(chuàng)新路。例如，俯沖背景下的西太平洋海區(qū)，揭示其演化過程，就迫切需要發(fā)展新技術(shù)向深部推進(jìn)。（3）頂層設(shè)計。與海洋對等的是大陸，海洋科技的學(xué)科種類極其繁多。同時，深海探索又比一般學(xué)科更加要求協(xié)同作戰(zhàn)。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界分散化、小型化的作業(yè)方式，可能有利于文章數(shù)量的飆升，卻不利于重大科學(xué)問題的研究，迫切需要在國家層面推進(jìn)頂層設(shè)計，握成拳頭出擊。剛結(jié)束的“南海深部過程演變”重大計劃，是一個成功的例子，應(yīng)當(dāng)以更大的力度推進(jìn)全國性的協(xié)作。（4）錯位發(fā)展。海洋科技在我國屬于新興領(lǐng)域，近年來得到沿海和內(nèi)地的熱烈響應(yīng)，新單位如雨后春筍紛紛成立，我國海洋事業(yè)出現(xiàn)了空前興旺的大好形勢。與此同時，也出現(xiàn)了一些重復(fù)建設(shè)甚至惡性競爭的現(xiàn)象。其中一個原因，是對海洋本身的了解不深，往往以模仿作為方向。海洋學(xué)科的發(fā)展只能立足于聯(lián)合協(xié)作，海洋開發(fā)也遠(yuǎn)非簡單的“淘金”，容不得“大躍進(jìn)”式的投入。當(dāng)前，我國迫切需要相互協(xié)調(diào)，在全國一盤棋的前提下，錯位發(fā)展，各展所長。（5）國際聯(lián)系。與許多相近的學(xué)科相比，我國的深海科技起步更晚。因此，與國際前沿有更遠(yuǎn)的差距，國際協(xié)作應(yīng)當(dāng)更為加強(qiáng)。除了與發(fā)達(dá)國家合作外，未來10年還需要與“一帶一路”等政策相配合，推進(jìn)與發(fā)展中國家的國際聯(lián)系。深?？茖W(xué)不應(yīng)當(dāng)只是“富國俱樂部”，我國應(yīng)當(dāng)出手，團(tuán)結(jié)發(fā)展中國家也來加入深?？蒲小？梢詫l(fā)展國際科技合作納入外交戰(zhàn)略，通過科技合作推進(jìn)“民間外交”，在重點(diǎn)海域確立我國的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位，形成以我為主的國際科學(xué)群。回顧海洋科學(xué)的歷史，16世紀(jì)歐洲“地理大發(fā)現(xiàn)”，我國卻逆向發(fā)展，開始“海禁”；19世紀(jì)產(chǎn)生“進(jìn)化論”時，我國正遭受英法聯(lián)軍入侵；20世紀(jì)“活動論”發(fā)展，我國正深陷“文革”災(zāi)難。因此，我國對海洋科技發(fā)展貢獻(xiàn)不多。現(xiàn)在，我國的海洋事業(yè)正在經(jīng)歷著黃金時期，國內(nèi)正值科教興國的高潮，國際恰逢世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展放慢，為我們“彎道超車”提供了機(jī)遇。只要全國協(xié)力同心挺進(jìn)深海，過好華夏振興之路的“海洋關(guān)”，必將能對世界科學(xué)做出前所未有的歷史貢獻(xiàn)（汪品先，2017）。本文選自《新時代地質(zhì)工作方略》
本文來源：公眾號《自然資源之聲》
作者：汪品先
