挺近深渊:人类对海洋最深处的探险

2020年06月30日
长期以来,我们对海洋的了解一直集中在最上层的水域——从海洋表面到200米深处的光合作用带(Epipelagic Zone)。在这一层,阳光中大部分的可见光都可以照射进来,海洋表层的浮游植物就生存在这里。我们认识的大多数海洋生物都是生活在这个深度范围里,但是这层海洋仅占海洋总量的5%。
再向下走,我们来到200~1000米的中层带(Mesopelagic)
中层带有时候也被叫作暮色带(twilight zone) 或者中水带 (midwater zone),穿透到这一层的光线已经相当昏暗,也就是从这一层开始,我们能够看到产生冷光的生物发出的闪烁光线;许多相貌奇特,长得奇形怪状的鱼都在这一地带生活。人类制造的大部分潜艇的常规作业深度也都是在这个区间范围。
再往下就是从1000米深度延伸到4000米深的深层带(Bathypelagic Zone)
这里唯一的可见光是那些发光生物产生的,尽管这里的水压巨大,但大量生物在此生存,抹香鲸也可以潜到这个深度来寻找食物。由于缺少光线,这个深度中的多数生物都是黑色或者红色。
之后便来到了深度从4000米延伸至6000米的深渊带(Abyssopelagic Zone)
这里不仅黑暗,而且寒冷,水温接近冰点。在这里存在的生物多数是无脊椎动物。
从深层带开始,便没有光合作用了,因此也就没有植物,极少有动物有能力生活在深海中。所以说90%以上的深海我们没有探索过,那里要不就是一片荒芜,要不就是充满惊喜。
而这其中最大的未知领域位于深海海沟内几千米处的水下
深海带(深渊带以下的地方,也被称为超深渊带)的黑暗吞没了一切,压力超过了海平面的几百倍,这一层从6000米深一直下降到10000多米,一般只有在海沟和海底峡谷中才能找到这么深的地方。尽管这里有难以想象的压力和冰冷的海水,但依然可以发现生命,如蓝海星和管虫(tube worm)这样的无脊椎动物在这里兴旺地生长。
无法预知的深渊
海洋最深处是无法预测的,海底的巨大压力有可能造成舱体爆裂,从而使探险者直接压扁在潜水器里;若出现机械故障,探险者则可能被困在海底冻死;潜艇里若零配件着火,探险者可能会被烧死……
尽管要面对各种风险,但依然有若干探险家挑战了地球最深的深渊——马里亚纳海沟。不过,要想完成这种万米深潜,潜水器需要足够坚固以承受海底高压,需要足够敏捷以应对崎岖的深海地形,需要足够大以容纳驾驶员和科学家,需要配备足够维持生命的系统,同时又要足够轻便以便随船运输。在巨大的压力下,那些线缆、螺栓、电路板和电池都必须在腐蚀性盐水中具有防故障功能,它们必须维持高标准状态,标准越是高,设计越是昂贵。
马里亚纳海沟
60年前的潜水发现
1960年,美国海洋摄影师唐·沃尔什(Don Walsh)和瑞士海洋学家雅克·皮卡德(Jacques Piccard)对马里亚纳海沟进行了首次科学探险,只是在5小时的下潜后,两人只在洋底停留了短暂的20分钟,并测量出下潜的深度为10916米。令人惊奇的是,在这样的海底,两位科学家竟看到有一条鱼和一只小红虾在游动!
挑战自我的探险家
54岁的探险家维克托·维斯科沃(Victor Vescovo)在完成攀登完七大洲最高峰和到达南北两极的“探险家大满贯”之后,觉得这些探险其实也没那么难,他得找更艰难的挑战任务。于是,他把目光瞄向海洋,并设计了一次探险征程——一年内完成“五大洋最深点”的探险目标。
探险家维克托·维斯科沃(Victor Vescovo)
维斯科沃设计的这次探险航行,途中不仅绘制了深海的许多区域,这个科研小组也收集了深海样本用于研究,包括栖息地测绘、描述新的地质特征、发现新物种以及研究遗传连通性和对这些极端海洋环境的生物适应性。他自己打趣说,这个任务的难度介于“近地轨道漫步”和“逃离火星”之间,毕竟有12个人曾经在月球表面行走过,但是只有3个人去过地球的最深处。
他的潜水器高3.66米,重12.5吨,看起来像一个巨大的软垫信封,通体白色,正方形边缘逐渐变细。潜水器大部分由高度专业化的特殊材料组成,球体的三个可视窗口由悬浮在聚合物树脂中的微小陶瓷球制成,这是唯一能够提供浮力并保持不破碎的材料。
潜艇底部的压力船壳是个钛球,厚度达8.89厘米,直径为1.52米,座舱内有两个座位。在最深的海沟中,这个金属球承受的压力相当于在上面放一架满负荷的747巨型喷气机。钛是一种坚硬的金属,圆形能承受最大压力,但是当球体上出现窗口时,受力结构就很容易被水压挤瘪。为此,设计师选择了一个杯形窗户来处理这个问题,玻璃材质是丙烯酸,玻璃和窗框之间有部分空隙。海底的水压会把玻璃往里挤7毫米,但玻璃的韧性依然能抵御巨压。
球体的三个可视窗口使它看起来像外星人的脸
2019年4月,维克多·维斯科沃驾驶自己的深潜限制因子号潜水器成功下潜到马里亚纳海沟底部,创造了10928米的人类深潜全新世界纪录,他也完成了一年五大洋多个最深点的下潜,完成了这个难以置信的海洋大挑战。
深海探险商业尝试
很多国家有两个方向的科学探索计划:一个是宇航探险,另一个则是海洋勘探,但这两种科研计划都很困难且昂贵,且国家对海洋勘探的支持远远小于宇航探险。比如,美国给予美国国家航空航天局探测太空的年度预算有40亿美元,而给与国家海洋与大气管理局的勘探研究预算仅有3600万美元。因此,商业化的介入有可能对海洋探险有所帮助。
潜水器内部图景
比如,现如今私人潜水艇行业仍处在萌芽阶段——毕竟能买得起潜水艇的研究机构不多,而保养维护和运输的成本也太高。目前全世界共有若干家潜艇公司,保有20~30艘私人载人潜水艇。这些潜水艇的拥有者常常提供租赁服务,价格范围不等,租金有的达到一天3万美元。一些人希望租用潜水艇来获得新的旅游体验,也有研究团体租用潜水艇去搜寻新的海洋生物或探索海底沉船。
海沟八日游旅行包括3次下潜和3天的休息,这方便潜水器的下潜维护
又比如,现如今马里亚纳海沟已经有4位探险家涉足,而第五位很可能是一个付钱的旅游观光客——购买价值75万美元的船票就可以享受到海沟八日游。近期,维克多·维斯科沃的深潜限制因子号开始进行商业化尝试,可以说它是世界上第一个商用的深海潜水服务。据报道,已经有一人报名,很多人都在期待看到这种新技术对未来海洋探险的影响。
另外,超深度潜水器的商业化尝试也是一种补充,这能让更多人去关注海洋。
诗人奥登(Auden)说过,“千万人的生活里可以没有爱,却没有一个人能离开水”地球上97%的水体是海洋,没有蓝色的海洋,就没有绿色的地球,让我们对海洋以敬畏的心态来学习、了解、探索和保护它。
来源:知识就是力量公众号