来自深海的启示录!这些深海技术加快人类探索自然脚步

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  • 科普中国
  • 2018-04-26 17:01

“十三五”海洋领域科技创新专项规划

出品:科普中国 

制作:中国科学院半导体研究所 王苻欢 

监制:中国科学院计算机网络信息中心 

说到深海,人类的足迹恐怕没有去宇宙的多。目前,只有三人成功下潜至马里亚纳海沟,他们分别是:美国海军中尉唐·沃尔什、瑞士工程师雅克·皮卡德、世界著名导演卡梅隆,这比登上月球的人少了四分之三。

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超声波成像下的马里亚纳海沟

虽然人迹罕至,但马里亚纳海沟对地球的环境调节起着重要的作用。

经采证,在马利亚纳海沟中发现的碳量甚至高于6km深的海沟,这些碳目前推测是由细菌转化而来,可见马里亚纳海沟对地球碳循环方面的作用还是十分重要的。对马里亚纳海沟碳的转化量进行量化,进而科学家们可以计算出海沟对地球大环境具体的调节量。

怎么样?海沟听上去还是蛮有意思的吧,但是以后再也不用人亲力亲为地去探险了,未来的水下机器人能搭载多种传感器,可以完全胜任勘探工作。

就在几天前的4月21日,我国的“向阳红18”科考船又一次来到了马里亚纳海沟附近。这次“向阳红18”搭载着31套我国具有完全自主知识产权的“海燕-4000”级水下滑翔机和“海燕-10000”米级水下滑翔机等设备奔赴马里亚纳海沟,下潜最大工作深度达到了8213米,刷新了下潜深度的最新世界纪录。深海设备的发展给人类带来了大量宝贵的数据,人类必将最后揭开深海的神秘面纱。

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海燕系列水下滑翔机入水图片 

如果你觉得在马里亚纳海沟探索还是一件遥远的事,那我们说说近海岸海底的情况。在稍微近一点的海岸海底,我们发现了可燃冰的踪迹。

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全球可燃冰分布图

难道深海里没有可燃冰,或者其他能源物质?并不是!只是现在我们连近海的能源还没有开发完全。任何科学的大发现,基本都是经过了几代人的努力才最终改变了人类的生活方式的。比如可燃冰的发现过程:

1810年英国化学家Sir Humphry Davy在实验室制出笼形水合物,其实就是一种水气分子类冰,这可以说是可燃冰类气水混合物头一次公开问世,虽然当时还很不被大多数科学家认可。

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英国化学家Sir Humphry Davy

到了1960年,俄罗斯科学家发现了自然界天然气水合物自然存在的重大证据,就是后来的可燃冰。

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可燃冰

2011 年,我国启动国家可燃冰计划,周期为20年,并于2017年5月18日,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功,成为全球首个在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。

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2017可燃冰试采成功

2017年9月,我国南海海域首次发现裸露在海底的可燃冰。2017年11月 3日,国务院批准将可燃冰列为新矿种。

可以说,从1810年实验室理论发现可燃冰,到2017年我国试采可燃冰成功的过程,这一过程经历了207年,这其中离不开以上这些科学家的共同努力。

然而,人类探索自然的脚步从未停止过,无论是开采可燃冰,探索马里亚纳海沟,还是以后我们有可能在海底栖息,这些其实都离不开深海技术的支持。

目前从类型上看,深海技术主要可以分为深海之探测技术、深海之资源开发技术、深海之空间利用技术以及深海之装备技术。

深海之探测技术是针对有关深海资源、构成物、现象与特征等资料和数据的采集、分析和显示技术,是深海开发前期工作的重要技术手段。

海洋调查船和潜航器将会是是深海探测的重要技术装备

深海之资源开发技术是针对深海大洋中资源和能源的开发技术,包括以石油、天然气、煤为主的碳氢化合物的油气资源开发技术;从海底开采或从海水中提炼的固体矿物的矿产资源开发技术。

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核动力水下供能及水下开采作业平台

深海之空间的利用,包括海上、海中和海底三部分。目前深海空间的利用已从传统的交通运输,扩大到通信和电力输送、储藏和军事等各个方面。而且可以为科学家提供原位数据,使人们的生活范围拓展至水下,未来水下有望成为人类的栖息地。

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我国的“龙宫”号深海空间站

深海之装备技术是指为深海开发提供保障和装备的技术,即包括用于深海作战的各类远洋作战舰艇,也包括用于深海探测与资源开发的民用装备技术,如航空母舰技术、巡洋舰技术、驱逐舰技术、护卫舰技术、两栖战舰技术、潜艇技术、载人和无人潜航器技术、深海钻采平台技术、海洋调查船技术以及各类资源开发船舶技术等。

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深海技术的部分装备

当然,以上提到的这些技术不是作者拍脑门想到的,各国对深海中蕴藏着的丰富的海流能、波浪能和温差能早有利用。

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如:1799年法国人申请了世界上第一个波浪能技术专利;2016年美国能源部水能技术办公室提出到2030年波浪能技术均化发电成本下降至0.84美元每千瓦时,潮流能技术均化发电成本降至0.58 美元每千瓦时。

目前我国的863计划和十三五规划也在多个项目上重视发展海洋领域相关的项目,也取得了一些比较重要的成果。

如:2014年我国的深海装备——“海马”无人潜水器作业系统成功下潜到4500米水下。这次下潜成功,使我们自主研发的大深度无人ROV实现了突破性的进展。

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“海马号”无人潜水器

还有在2015年,蛟龙号在印度洋海底发现了一处热液喷口,并发现了许多新的动物种类。海底温度最高可达379℃,竟然有可以抵抗70-80℃的水温以及高压的生存环境的生物大量富集,这些生物的发现,颠覆了人们之前对深海海洋的认识,对生物医药界都会产生一系列深远影响。但是,海洋下的“大烟筒”具体的生态环境,以及具体的环流方式还需要科学家们不断地探索。

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可以生活在80℃海水里面的庞贝虫

2017年,我国载人潜水器——“蛟龙号”完成了在马里亚纳海沟6699米的下潜任务。主要任务是对海底进行了沉积物取样,摄像,微生物和生物采样。这是我国对深海又一次大迈步。蛟龙号深海探测的屡屡成功,预示着我国在深海潜艇的外壳研制、水下监听系统升级已经具备了一定实力。

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“蛟龙号”载人潜水器

纵观中国历史,我们从来没有像今天这样重视海洋,我国有漫长的陆岸线和岛岸线,有美丽而且富饶的南海。这一切都需要我们有强大的海上实力,无论是科学考察实力还是海上的军事实力,因为我们的宝藏不仅在陆地上,也在海洋里,更在深海里。

参考资料:

Makogon Y F, Holditch S A, Makogon T Y. Natural gas-hydrates — A potential energy source for the 21st Century[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering, 2007, 56(1–3):14-31.

刘淮.国外深海技术发展研究[J].船艇,2007(02):30-41.    

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