再度挑战“挑战者深渊”

这是一个非常值得关注的事实：在月球表面行走过的人，比到过地球最低点的人还多。在1969～1972年的六次“阿波罗”任务期间，一共有12人进行过月面行走。然而，探索过地球终极深度的人迄今为止才只有区区两人――他们的名字分别是雅各・皮卡德和唐・沃尔什，他们对马里亚纳海沟最低点――所谓“挑战者深渊”(位于马里亚纳群岛附近的马里亚纳海沟南端的一个巨大凹陷，深约11000米，是迄今已知的地球海洋最深处)的探险发生在1960年1月，至今已过去了50多年。

的确，深海压力巨大，极端寒冷，要想到达那里十分困难。可是，把人类送到太空也同样很困难。那么，科学家对两者的探索为什么存在如此大的差异?这得回溯到冷战时期：美苏两国在太空探测方面你争我斗，在海洋探索方面却不存在这样的竞争。可喜的是，如今一些私人企业或组织已开始率先“接管”深海探秘。例如，美国著名电影制作人詹姆斯・卡梅伦计划把一艘载人潜艇送入马里亚纳海沟，为影片《阿凡达》的续集取景。2011年早些时候，英国维珍银河公司老板理查德・布兰森了他的单人“维珍海洋”潜艇计划，目的是造访地球全部五大洋的最深处，其中包括“挑战者深渊”。至本刊发稿时，“维珍海洋”潜艇仍在测试中，如果测试顺利，它的首次地球最低点潜水最早会在2012年进行。

维珍银河公司此前就已因开展私人太空旅游而声名大噪，而这次多名科学家又签约“维珍海洋”计划，他们希望通过该项目寻找一长串问题的答案，这些问题包括深海海沟的生态、海沟对地球地质的作用，等等。

皮卡德和沃尔什当年是乘坐“的里雅斯特号”――一艘形状像倒过来的热气球的奇异潜艇潜入马里亚纳海沟的。这艘美国海军潜艇靠自身重量进入海沟，然后丢弃数吨的铁让自己反冲上浮。它在“挑战者深渊”底部待了20分钟，在此期间，艇上二人一边吃巧克力一边透过潜艇舷窗观察外面。他们看见一只虾状动物漂浮在墨黑的海水中，这是生命能够在超过海平面压力1000倍的大洋深渊存活的首个证据。

1995年，日本无人深潜器“海沟号”在“挑战者深渊”拍摄到虫形动物、一只海参和一些虾的照片。2009年5月，美国麻省伍兹霍尔海洋学研究院的无人深潜器“海神号”从“挑战者深渊”底部搜集了海水和岩石样本。这些，就是人类与海洋最深处已有过的全部交往。

大约2500千米长、平均宽度为70千米的马里亚纳海沟，是地球表面一道长长的疤。它形成于大约5000万年前的地质潜没(指一个大陆板块降到另一个下面，发生这种情况时由于地球内部的高温会产生岩浆，世界上80％的火山都是这样形成的)，当时太平洋板块开始下降到西面较小的马里亚纳板块的下面。在地球大部分海底，洋流能把生物推来搡去，但马里亚纳海沟是如此之深，洋流根本不能影响其底部，这就使得这条海沟和其他海沟一样，成为了孤立的进化环境。

早在151年前，伟大的生物学家查尔斯・达尔文就向我们说明了一种类似的隔绝后果――加拉帕戈斯群岛动物群出现怪异的体态(例如乌龟的个头变得极大)，还创生了达尔文鸣鸟亚科的微妙多样性，其中每一种鸟都绝佳地适应了其所在岛上的独特生态环境。但岛屿大多是友善之地，飞行的动物、孢子和花粉都能上岛。而极大的水压、很低的温度，以及彻底的黑暗，使得海沟对大多数动物来说都是致命的。这意味着，在海沟里发现的生命很可能在海沟刚开始形成时就已经出现在那里，并最终缓慢适应了环境的变迁。因此，科学家推测海沟里可能存在微生物的“失落世界”。

不过，研究深海海底生态并非像把探测器系在缆绳上丢进海里、抓到什么东西拖回来这么简单，生活在如此深度的生物一般都挺不过浮上水面的过程――水压的改变足以杀死其中大部分生物。因此，研究深海海底生态不能依赖缆绳式探测器，而要依靠昂贵的自动登陆器，它们运用水泵、过滤器和诱饵收集微生物样本等，并就地进行分析。

这些仪器和工具听起来不错，但实际上还是不够的。海沟中的能见度太差，就算用光照，也很难看清楚探测器周围的环境。因此，经常会出现难以确定探测器是登陆在了悬崖上、沟壑里还是深海热泉(热液喷口)附近的情况。弄清登陆地点很重要，从地面生态可知，生物活性和多样性根据当地地质及化学特性的不同而呈现出很大的差异。在诸如马里亚纳海沟这样的潜没带，地质活动创生了深海热泉和海底火山，而这些地貌哪怕在很短的距离上也能产生截然不同的化学成分和水温。

“维珍海洋”潜艇或许可以在海沟大显身手。按照计划，“维珍海洋”潜艇将潜至关岛的弧形列岛附近，然后沿斜坡缓慢下降到“挑战者深渊”。

科学家首先会将一系列登陆器沉到“挑战者深渊”，其中每艘登陆器上都装备有显微镜和DNA测序器等分析仪器，同时还搭载诱饵，以吸引和捕获游过附近的动物。然后，科学家将乘坐潜艇潜入海底，对登陆器周围区域展开调查。在沿着海底的两小时漫游过程中，他们将通过声纳和视频了解周围的地貌情况。他们会造访每一艘登陆器，潜艇上的质谱仪也将找寻与生命有关的氨基酸等化合物。

对于地质学家来说，他们则期待“维珍海洋”潜艇能帮助查明地球的大陆是怎样形成的。根据一种主流理论，地球的第一片干燥陆地诞生于地球历史的早期，当时水下潜没板块把上覆岩层强行往上推，最终推出海面形成弧形列岛。随着地质时代推移，板块沿着断层线进一步潜没，再加上其他的板块运动，导致弧形列岛不断迁移、碰撞、融合，最终创生了越来越大的陆地面积。要想检验这种理论是否正确，必须分析深海海底的岩石序列，而科学家迄今还只能盲干――把探测器盲目地扔到海底，如果扔错了地方，就意味着数百万美元的损失。

当板块间相互潜没或经过时，沿着潜没带累积的力量可能会突然释放，催生海底巨大地震，同时引发毁灭性大海啸，例如2011年3月袭击日本东北部沿岸的海啸。化学可能在其中起着重要作用：当一个海洋板块在进入地球内部的曲折旅程中被擦挂、挤压、加热时，会创生一大堆不同力量的岩石，这可能控制着地震活动何时发生以及在哪里更集中。对这些过程了解得越多，科学家就越能弄清地震将发生在何处。

按照计划，在下潜至马里亚纳海沟的过程中，“维珍海洋”潜艇将造访一系列泥火山。在马里亚纳海沟的斜坡上遍布泥火山，这些泥火山喷出的不是火，而是被磨细的潜没板块及上覆岩层材料。探查这些活跃的泥火山，有助于科学家了解泥火山下面的材料、监测发生在那里的化学过程。当然，这是有风险的。泥火山所在区域的地质活动十分活跃，潜艇有可能会遭遇热泉的爆炸性喷发等意外。海底悬石和洞穴的威胁更大，它们可能困住甚至损坏潜艇。

这就带来了一个问题：“维珍海洋”潜艇究竟有没有必要载人?事实上，探索

海洋最深处完全可以通过遥控无人潜艇或机器人来完成，就像“海沟号”和“海神号”任务，后两者都获得了成功。不过，载人深潜器对海底的探索，尤其是对意想不到而又令人感兴趣的那些位置的探索，不仅更加灵活，而且更能吸引公众关注。例如，对机器人登陆月球的公众关注度肯定会大大低于真人登月。实际上，布兰森的“维珍海洋”计划正是旨在引起当年载人登月那样的公众效应，激发世人像关注登月那样关注海洋探索。

把碳锁闭在海底

对马里亚纳海沟斜坡上的泥火山的探索，不仅有助于我们揭示地震的成因，而且有助于我们判断能否让它们成为天然的碳隔绝机器。所谓碳隔绝，也叫碳封存或碳固定。大规模的碳隔绝被认为是移除大气中二氧化碳、遏制全球变暖的一种快捷方式。不过，科学家对怎样以及在哪里进行碳隔绝迄今尚未达成共识。

在像马里亚纳海沟这样的潜没带，潜没岩石中的液体(其中包含溶解的二氧化碳)在高温高压作用下进入泥火山的管道。随着这些液体在火山管道里不断上升，它们与海水混合，并与海水中的钙、镁等发生反应，最终生成碳酸盐。就这样，二氧化碳被锁定数百万年。

科学家向大自然学习，希望能把二氧化碳压进海底火山里长期封存，这样一来，控制全球变暖的难题即迎刃而解。不过这种思路是否可行迄今未知，其中最大的问题是：泥火山是否透水?另外，还需要开发出在海底火山钻孔并灌入二氧化碳的低成本技术。科学家眼下首先要做的事情是为那些活跃的泥火山绘制地图，然后查明它们是否透水。或许，有朝一日我们终将把碳废物深埋在海底。

“海沟号”任务

“海沟号”是日本海洋一地球科技署为进行深海探索而开发的一艘遥控深潜器，也是到2010年为止到达过“挑战者深渊”底部的仅有的三艘深潜器中的第二艘。从1995～2003年，这艘10.6吨重的无人深潜器进行了超过250次潜水，搜集了350种生物样本(包括180种细菌)，其中一些可能拥有医疗和工业方面的用途。

说到海洋深测，首先必须提到英国皇家海军勘测船“挑战者号”在1872年12月-1876年5月进行的探险，正是这次探险所获数据使得科学家绘制出了一些重要的海底地貌(例如大陆架边缘和大西洋中脊)的大致轮廓地图。这些探测数据是通过一种简单技术取得的，即从船上放长线到海底，以此测量水深。这种方法虽然原始，“挑战者号”仍然获得了许多重要发现，其中就包括对“挑战者深渊”的辨识。1875年3月23日，搭乘“挑战者号”的科学家首次报告了“挑战者深渊”的深度――8184米。

1960年1月23日，皮卡德和沃尔什乘坐“的里雅斯特号”深潜器下潜到“挑战者深渊”底部，成为世界上最早到达那里的人。最初的报告说他们到达了11521米深度，但后来的计算把这一深度修正为10911米。在如此深度，水压已经超过海平面标准大气压的1000倍。然而，在这样的深度和重压之下，深潜器的聚光灯仍然照射到了游弋的疑似比目鱼。但从那以后，再也没有载人深潜器重返“挑战者深渊”。

1995年3月，“海沟号”成为继“的里雅斯特号”之后第二艘抵达“挑战者深渊”底部的深潜器。这次潜水测到的最大深度是10911.4米，也是迄今为止无人深潜器到达过的最大深度。“海沟号”在这一深度为大洋底生物(底栖生物)，包括管虫(多毛虫)和虾子等，拍摄了照片和视频。

1996年2月，“海沟号”重返“挑战者深渊”，这一次它搜集了10898米深海海底的沉积物和微生物样本。

1997年12月，“海沟号”在冲绳沿岸海底发现了“对马岛丸号”的遗骸，这艘没有标记、日方声称为客货船的船只在“二战”期间被美国海军潜艇“弓鳍鱼号”击沉。

1998年5月，“海沟号”再返“挑战者深渊”，这次它搜集到了属于海洋片脚类家族的一种甲壳纲动物。

1999年10月，“海沟号”在琉球海沟附近冲绳海域的2150米深度，实施了一次机器人机械操作，把测量设备与海底缆线连接起来，并于5110米深度发现了一种细菌，其包含的某些化合物有可能应用于美容品及半导体业。

1999年11月底，“海沟号”在小笠原群岛附近海域的2900米深海海底，发现了日本宇宙开发事业团“H-2第八号”火箭的残骸，这枚火箭于1999年11月15日发射升空后不久因引擎功能失调而自毁。

2000年8月，“海沟号”在印度洋中脊附近的2450米深度，发现了深海热泉群及与之相关的深海生物群落。印度洋中脊位于西印度洋，是非洲板块和印澳板块之间的一道发散板块边界。

2003年5月29日，“海沟号”在台风“灿鸿”肆虐期间丢失于大海。当时，连接它与水面发射器的钢缆在四国岛海岸断裂。

“海神号”任务

2009年5月31日，美国的“海神号”抵达“挑战者深渊”底部，成为造访“挑战者深渊”的第三艘深潜器，它到达的最大深度为10902米。

“海神号”由美国伍兹霍尔海洋研究院研发，是一艘用于探索11000米深度的混合式自动深潜器，其设计目的就是探索全球海洋最低点――“挑战者深渊”。“海神”的英文名字是“涅柔斯”，涅柔斯是希腊神话中有着人身鱼尾的海洋巨人――海神。

所谓混合式深潜器，是指深潜器能在海面附近无系缆运作，因此能探索更大的范围。但为了在进行深潜的同时又具有高度的可操作性，深潜器系有一根由船上操作员控制的光纤光缆，其直径与一根人发大致相当，只能承重4千克。“海神号”携带大约40千米长的光缆。这些光缆缠在两个小罐子里，在“海神号”下潜过程中释放出来。

“海神号”的重量约3吨，长度4.25米，宽度2.3米，由2000枚锂离子电池为它供能。“海神号”运用两个精确设计的陶瓷球或称船身作为漂浮工具，而未采用深潜器常用的、重得多的复合泡沫塑料。每个船身包含700～800个直径为9厘米的空心球，这一特殊设计的目的是应对极高的水压。“海神号”还利用液压操控的轻质机械臂来取样，而且能在很高的水压下操作。

在海底，“海神号”转换为自由游弋模式，既可以像飞机那样飞掠海底的大片区域，也可以在小区域内翱翔，开展实验或搜集样本。事实上，“海神号”在“挑战者深渊”底部上方翱翔了超过10小时，在此过程中向母船发回了现场视频。