【中國科學報】探秘深海 筑夢深藍——中科院海洋所科技報國70年系列報道之八

  ■本報見習記者 劉如楠 記者 廖洋 

  深海是地球上最后未被人類全面系統感知和利用的地理空間,充滿許多科學之謎,也蘊藏著人類社會未來發展所需的各種戰略資源和能源,成為國際海洋科技發展的熱點和焦點。

  在中科院海洋研究所(以下簡稱“海洋所”),有一支年輕善戰、富有特色的隊伍,他們肩負著從淺海走向深海、從蔚藍走向深藍的使命,堅持多學科交叉融合,集海洋地質、海洋生物、物理海洋等精銳骨干,一路劈波斬浪,在深海大洋中孜孜探索,試圖尋找生命最初的奧秘。

  這便是深海極端環境與生命過程研究中心(以下簡稱“深海中心”)團隊。自2017年成立以來,深海中心建立了國際先進的深海綜合探測體系;獲取深海熱液/冷泉/海山區大型生物樣品6000余號,發現1新科2新亞科6新屬82新種;建成我國迄今樣品量最大、物種數最多的深海大型生物樣品庫和唯一深海大型化能營養生物活體庫……

  布局籌備 

  進入21世紀,世界各國紛紛將目光轉向深海,我國也確定了拓展深海戰略發展空間、開辟國家安全新疆域、維護國家深海利益的深海戰略。為實現這一戰略目標,2016年,習近平總書記在全國科技創新大會上首次提出深海戰略“三部曲”,“深海進入、深海探測、深海開發”的計劃路線圖首次展現在世人面前。

  對此時的海洋所來說,經過60多年的耕海,在淺海生物種類與演化過程、生態與環境特征等領域已有了較為系統全面的積累。面對國家對深海探測研究的重大需求,海洋所充分發揮自身科研優勢,布局由海洋地質學、地球化學、海洋生物學、海洋生態學和海洋技術等多學科交叉組成的深海中心。

  談到深海中心的規劃初衷,時任海洋所所長孫松說,“‘科學’號建成之后,我們希望通過深海中心把探測體系、研究體系搭建起來,讓深海中心像一本指南或手冊,在前期準備、取樣、設備儀器、研究等各個方面都能建立起標準。”

  “深海研究是不分學科的,既獨立又不完全獨立,它要成為一個多學科交叉融合的平臺,從所里各實驗室汲取力量,所以是開放共享的。”孫松說。

  海洋所副所長、時任深海中心籌備負責人李超倫介紹,籌備前期,海洋所從各研究室抽調12名骨干,形成了最初的研究力量。這些人員的管理、評價、招生等都在原研究室進行,以項目帶動人員、帶動學科,最大程度地保證其開放性。

  為響應國家重大戰略布局,經過長達5年的精心籌備,2017年12月深海中心正式成立。

  深海中心致力于開展深海極端環境地質過程—水文過程—化學過程—生物過程的綜合性研究。研究方向主要分三部分:一是板塊俯沖造成的海底熱液、冷泉研究,二是深海極端環境下生物的演化與生命過程研究,三是深海探測技術設備研發。

  建立體系 

  走向深海建立國際一流的探測與研究平臺、取得國際一流的科研成果一直是海洋所科學家的夢想。但沒有現代化的科考船,如何進行深海探測與研究?

  2012年,我國自主研發和建造的新一代海洋綜合科考船“科學”號交付使用。“科學”號配備了大氣、水體、海底、深海極端環境等船載探測與實驗系統,搭載了高精度導航、纜控水下機器人、走航自動觀測等多種國際先進的探測設備,使我國真正有能力走向深海大洋。

  “科學”號搭載的“發現”號纜控水下機器人是國際上下潛作業能力最強的水下機器人之一,搭建了能夠搭載各種水下探測、取樣和實驗設備的綜合平臺,在“科學”號的深海科考中起到了至關重要的作用。

  面向深遠海探測的國家重大需求,依托中科院海洋先導專項,海洋所自主研發了世界首臺高溫熱液流體拉曼光譜原位探測系統、深水可視化沉積物柱狀取樣系統、“海洋之眼”深海著陸器等系列原位探測和取樣設備,成功構建了“宏觀與微觀、走航與定點、梯度與原位相結合”“船基—潛器—原位”一體化的國際先進的深海系統探測與技術體系。

  該體系突破了10000米深海定點探測、6000米深海探測與采樣等關鍵技術,實現了“室內模擬實驗→海洋移動實驗室→深海原位實驗室”的跨越,實現了深海探測“下得去、看得清、采得上、測得準、功能全、用得起”的目標,使我國深海探測與取樣能力達到國際先進水平。

  成果頻出 

  “深海中心像黏合劑,聯合不同學科、不同方向的研究者,不僅局限在所內,還積極尋求國內外的合作。”深海中心主任孫衛東說。

  持續的合作交流,碰撞出不少新的火花,也結出許多喜人的成果。

  依托深遠海綜合探測與研究平臺,海洋所取得了多項突破性成果:在南海首次觀測到裸露在海底的“可燃冰”,首次在自然界發現超臨界態二氧化碳,發現深海冷泉環境細菌氧化硫代硫酸鈉形成單質硫新型途徑;成功開展深海大型生物原位現場實驗和實驗室培養,揭示了溫度對熱液系統生物群落空間格局的影響,闡明共生體系的建立在深海化能生物的環境適應性中發揮重要作用;提出化能營養生物阿爾文蝦的系統演化新模式;在南海首次發現碳酸鹽質母巖漿向堿性玄武巖連續轉化的現象,對推動有關深部碳對巖漿活動、地表環境的影響等相關研究有重要意義;研究發現板塊俯沖樣式從地球早期的間歇式俯沖轉變為持續性俯沖會加快地幔的降溫速率,造成堿性玄武巖在全球范圍大量增加,并首次確定地質歷史時期的持續性板塊俯沖開始于21億年前。

  “目前地球上的資源越來越緊缺,將來的資源40%都在深海。因此,了解和認識深海對社會可持續發展至關重要。未來,深海中心將在深海環境與生命過程研究領域繼續發力,同時在維護國家權益、深海資源開發等方面展開探索。”李超倫表示,“我們對深海科學的發展充滿信心。”

  “我們還將關注資源環境、宜居地球等前沿科學問題,重點在板塊俯沖起始、碳氧循環、極端環境生命演化和深海原位觀測等方面發力。”孫衛東補充道。


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