深潜、深钻、深网，中国勇攀深海科技高峰

　　除了中国，世界上没有一个国家的海洋科学在最近的十几二十年有这样突飞猛进的发展。

　　文 | 《中国报道》 李英菁

　　“我第一次听说深海研究的概念，是1978年去到美国。”当美国在上世纪70年代发起“深海钻探计划”（Deep-Sea Drilling Program）之际，中国对此还毫无知觉，中国科学院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授汪品先接受《中国报道》记者采访时感叹道：“我们起步太晚了。”

　　 作为世界上第一个提出并实施深海钻探计划的国家，美国成立了“地球深部采样联合海洋研究所”（简称“JOIDES”）。1968年，“格罗码·挑战者”号大洋钻探船首航墨西哥湾，自此开启了地球科学历史上历时最久、规模最大、影响最深的一项国际合作计划，10年内，苏联、德国、英国、日本和法国先后加入。

　　半个世纪以来，大洋钻探在全球各大洋钻井3600余口，累计取芯超过40万米，其成果不仅包括海底“深部生物圈”和“可燃冰”等新发现，也验证了板块构造理论，为探索气候演变规律作出了不可磨灭的贡献。

　　直到1998年，深海钻探计划的第二阶段——国际大洋钻探计划（Ocean Drilling Program，简称“ODP”）开启15年后，中国才正式加入，拥有了自己的深海基础研究队伍。此后20余年间，中国深海科学以惊人的发展速度埋头追赶。

　　从“蛟龙”号载人潜水器下水，到我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号完成首次试航，中国深海探索多次走到世界前沿。

　　剖解麻雀，夺回南海研究的主导权

　　2018年5月，年逾82岁的汪品先乘坐“深海勇士”载人深潜器，3次下潜至南海西沙海域1400多米深的海底。每次下潜，他都要在海底连续观测采样8个多小时。

　　“我把南海比喻成一只麻雀，研究海洋构造就相当于解剖麻雀。基底是它的骨头，沉积物是它的肉，海水是它的血，把骨头、肉和血连起来，才是一只完整的麻雀。”汪品先讲道。

　　南海是我国岸外最大、最深、自然资源最为丰富的海区，也是东亚岸外最大的边缘海，平均水深约 1212米，中部深海平原最深处达 5567 米。南海研究不仅对地球科学发展具有重大意义，也是我国油气资源开发至关重要的一环。

　　可以说，南海是中国深海探索的主战场。而在过去，由于研究水平和技术水平滞后，南海的科学主导权长期掌握在西方国家手中。

　　汪品先将中国的深海探测总结为三个阶段：“第一个阶段在上世纪七八十年代，国际深海事业方兴未艾，但中国基本不参与；第二阶段是90年代和00年代，属于中外合作阶段，中国虽参与其中，仍主要依靠国外的技术、设备和手段；第三阶段就是2010年以后，我们夺回南海的科学主导权，就在这10多年。”

　　1994年，中国大洋矿产资源研究开发协会从俄罗斯远东海洋地质调查局购买“大洋一号”，这是中国第一艘现代化的综合性远洋科学考察船，也一度成为我国远洋科学调查的主力船舶，同时期从乌克兰购买的“雪龙”号则是中国唯一能在极地破冰前行的船只。自此，中国开始在深海探索领域留下自己的足迹。

　　1998年，我国正式加入“大洋钻探计划”，汪品先提交的《东亚季风在南海的记录及其全球气候意义》建议书为南海争取到了第一个钻探航次，即由他本人担任首席科学家的ODP184航次。

　　1999年春，“JOIDES 决心”号大洋钻探船首次驶入南海，历时两个月，在南海南北6个深水站位钻孔17口，采集深海岩芯5460米，实现了我国深海科学钻探零的突破。此次钻探从南海取得了3000万年来的深海连续记录，成为西太平洋地区最好的深海地层记录，发现了气候演变长周期等多种创新成果，使我国一举进入国际深海研究的前沿，并为南海的资源勘探做好了准备。

　　2011年到2018年，汪品先担任国家自然科学基金委重大项目“南海深部过程演变”指导专家组组长。这是迄今为止我国海洋界规模最大的基础研究计划，共立项60个，完成了3个半大洋钻探航次和4个深潜航次，在南海深水区实施了数以百计的锚系作长期测量，完成了近底磁异常等多种深部地球物理测量和多学科的海上观测、试验。

　　“项目总共投入了6个多亿。这也是我们第一次打穿学科来做海洋研究，耗时8年，32个实验室、700多名科研工作者一起做了空前规模的研究。”汪品先回忆道，“尽管技术和设备有国外的，也有国内的，但中国主题始终占据主导。可以说，中国从此拿回了南海科学上的主导权。”

　　南海不是小大西洋，

　　要建立属于自己的中国学派

　　重点钻取深海的基岩，探索的南海成因，3次半大洋钻探完成后，汪品先兴奋地反复强调：“南海不是小大西洋。”

　　最早的海洋研究起源于欧洲，于是研究标准也多基于北大西洋。20世纪80年代以来，欧美学者普遍认为南海的形成过程就是大西洋的翻版，只是规模更小、年代更短。

　　但随着“南海深海过程演变”重大研究计划实施过程中我国科学家对南海的深度“解剖”，新发现不断涌现，在“陆地如何张裂成为海盆”和“气候如何进行周期变化”两大地球科学重大问题上取得突破性进展，挑战了此前的权威假说。

　　“大西洋的模型不能生硬地套在南海上，我提出中国学派，就是希望能摆脱欧洲影响，建立我们自己的标准。”汪品先说，“现代科学在欧洲产生，往往带有欧洲的‘胎记’，这在地球科学和宏观生物学中更加明显。”

　　汪品先认为，中国科研要真正实现转型，必须改变从外国文献里找题目、从外国买来仪器进行分析再写出论文送到外国发表这种缺乏真正创新的“外包工”模式。

　　他曾撰文指出：“科学真理只有一条，但是通向真理的道路不止一条，因此基础研究就会产生学派。以中国所在地区的特色为根据，以中国的文化作为土壤，我们的科学家可以发挥自己的研究特色，形成中国学派参与国际学术竞争。”

　　科学向来不仅仅受到科学影响。1979年底苏联出兵阿富汗后， 1980年以美国为首的深海钻探计划就剥夺了其参与权利， 直到现在，俄罗斯也不是大洋钻探的成员。

　　日本“地球”号大洋钻探船和欧洲联合体的“特定任务平台”上线后，2003年到2013年，大洋钻探进入第三阶段——“综合大洋钻探计划”（Integrated Ocean Drilling Program，简称“IODP”）。从1条钻探船变成3个钻探平台，汪品先将美国、日本和欧洲比作一条凳子的三条腿，“三条腿的凳子不够稳，我认为要有四条腿，中国就要做这第四条腿”。

　　2023年12月27日，“梦想”号首航成功，我国成为继美国和日本之后第三个有能力独立研制大洋钻探船的国家。作为全球最新的大洋钻探船，“梦想”号不仅钻探深度深，还建有面积最大、功能最全的船载实验室，涵盖海洋科学、微生物、古地磁等九大领域，总面积超300平方米。

　　随着美国宣布2024年后将暂时退出，有25国参与的大洋钻探计划第四阶段——国际大洋发现计划（International Ocean Discovery Plan）即将在今年结束，并迈入第五阶段。“JOIDES 决心”号不再参与大洋钻探计划后，中国的“梦想”号与日本的“地球”号，以及欧洲可能租用的船只，将承担起国际大洋钻探的海上任务。下一阶段，中国在深海科学领域扮演的角色将更加关键。

　　与此同时，经过50余年的发展，“一钻定天下”的机会已经越来越少， 仅靠单一手段难以解决更深层次的科学问题， 而与深网观测、深潜探索相结合的“三深”技术，正在成为未来深海科学发展的新形式。

　　“三深”结合，建设新时代的海洋强国

　　从进入深海，到认识深海、开发深海，人类在深海的成功离不开“三深”技术——深潜、深钻和深网。“深潜”包括载人和无人深潜器 ；“深钻”是从海底向下进行科学钻探；“深网”指的是用光电缆连接的海底观测系统以及水下观测移动装置。

　　2010年，中国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器“蛟龙”号3000米级海试取得成功，实现了我国深海装备技术的跨越式发展。自此，我国“三深”技术开始了飞速发展。

　　“除了中国，世界上没有一个国家的海洋科学在最近的十几二十年有这样突飞猛进的发展，这是因为我们有集中力量做大事的传统和体制上的优势。”谈及中国在深海领域的成就，汪品先这样告诉《中国报道》记者。

　　作为我国深海科学领域的先驱，他一直积极推动我国深潜科学考察、南海大洋钻探、国家海底科学观测网建设“三深”事业不断向前发展。

　　汪品先认为：“三深”中以载人深潜的社会影响最大，也是挺进深海最直接的手段。载人深潜是深海探索的先锋，深海的奥秘是科学家亲身进入深海发现的，身历其境也是科学探索最可靠、最能产生新思想的途径。

　　深潜是我国发展最早，也是成就最突出的领域。除了“蛟龙”号，中国先后研发出能潜入4500米深度的“勇士”号和万米全水深的“奋斗者”号载人深潜器，不断刷新人类深潜的极限，改写了世界深海探索的格局。

　　遥控技术和人工智能的引入让深海探索迎来了新的时代，“无人”成为深潜探索的大势所趋。“通过缆线连接的无人遥控潜水器，可以由科学家在船上操纵，代替自己在海底进行时间更长、效率更高、能量更大的探索；而水下自主航行器连缆线都不用，可以长时间在海洋内部作业，这些不同种类的‘水下机器人’已经成为深海科学探索和工程服务的主力。”

　　2016年，我国自主研制的“海斗”号无人潜水器下潜深度超过万米，使我国成为继日、美两国之后第三个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家。

　　2021年10月10日，中国科学院沈阳自动化研究所宣布，“海斗一号”在无缆自主模式下成功在万米深的海底连续进行10个小时以上的探测，最大下潜深度达到10908米，打破了多项无人潜水器的世界纪录，首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测，中国深潜再次领跑世界。

　　而随着海洋奥秘的不断揭开，从海洋外面观测海洋的方式已经不再满足科学发展的需要，20世纪末，进入海洋内部设置海底观测网这一全新技术出现了。

　　2009年，加拿大建成了第一个大型深海海底观测网Neptune-Canada，缆线长800千米；2015年，日本建成面对太平洋的海底地震海啸观测网S-net，缆线总长5700千米，论长度至今仍位列世界第一；2016年，美国建成更加多样性的大型海底观测系统OOI。

　　将传感器放在海洋内部，通过光缆上传数据到陆上实验室，不用担心天气和风浪的影响，实时监测、实时上传，海底观测网可以连续测量深部洋流的流速流量，以及台风、火山活动时海洋的实时反应，实现真正的长期观测。

　　2017年中国决定设置大科学工程，投资超20亿元，在东海和南海分别建立海底观测系统，并在上海临港建设监测与数据中心，实现从海底向海面的全天候、实时和高分辨率的多界面立体综合观测。

　　汪品先认为，作为“三深”中最年轻的一项技术，深网将成为中国弥补与美欧日间差距的重要一环，但学科间“联合作战”能力的不足仍是中国深海科学发展的掣肘之处。

　　“本质上讲，‘三深’中的每一项作为探索深海的单项技术，在未来的科技史里只不过是挺进深海的入门过程，发展的方向必定是众多技术结合起来解决科学或者工程问题。欧盟在几年前提出‘深海与海底科学前沿’（Deep Sea and Sub-Surface Frontiers）计划，就体现了‘三深’结合的新思路，很值得我们注意。”

　　“海陆结合，是中国海洋科学发展的一大优势”，他讲道。未来，如何实现不同学科间的贯通，充分发挥“海陆结合”的优势，将成为中国建设海洋强国的重点课题。

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