讲堂直击丨周怀阳：海底也有“兵马俑”？对！它还有四大谜

“谁住在深海的大凤梨屋里？海绵宝宝！”上个世纪就已经红遍全球的经典动画片《海绵宝宝》讲述了一群住在太平洋海底的海洋生物的日常生活。彼时人类刚刚掌握了探索深海的载人潜水器技术，当时的人们对深海的认识还只能依赖于想象。随着深海探索技术的更新与发展，人类对深海的认识也越来越多。通过载人深海潜行器的运用，人类用自己的眼睛开始亲眼去发现、去观测生活在海底的生物，而不是仅仅依赖想象。

今年八月，同济大学海洋与地球科学学院教授周怀阳（讲堂第111期对话嘉宾）、耿建华与海洋大学深渊科学技术研究中心主任崔维成齐聚科学会馆，在海洋能厅与听众分享他们在南海的真实所见，为听众读者展现了一个真实存在着的“海绵宝宝”的世界。

地质新三大法宝：深潜、深钻、深网

2010年7月，由国家自然科学基金委正式立项的我国海洋领域第一个大型基础研究计划“南海深海过程演变”又称“南海深部计划”，于今年年底就要进入最后的收官阶段。2013年，首位搭乘我国自行设计的7000米级载人潜行器“蛟龙号”深潜南海的科学家周怀阳，今年5月又以“南海深部计划”2018遥控深潜科考航次首席科学家身份，执行南海遥控深潜科学考察。再次探索南海深部回归的周怀阳，满载着科研成果和在南海新的发现。

▲今年5月，周怀阳以“南海深部计划”2018遥控深潜科考航次首席科学家身份，执行南海遥控深潜科学考察

毕业于南北京大学地质系的周怀阳回忆说，1991年以前，他的研究局限的是于陆地地质。陆地地质野外考察研究的三大法宝是锤子、罗盘和放大镜。锤子用于采样品、打标本，罗盘用于找方向做指示、告诉野外考察人员地质层位山脉走向和倾向、给样品量产状标位，放大镜则用于观察样品、帮助确定下一步的考察方向。一代又一代的地质学家借助三大法宝、踏遍了我国的山山水水，逐步渐建立完成了对我国整体地质地貌的基础考察。

然而一旦到了海洋，地质三大件却突然没有了用武之地，但在海洋地质探测中也同样需要采样、定位和观测，通过怎样的途径进行探索于是成为了海洋地质学家首先需要面对的问题。海洋坏境还不同于陆地，在深海领域还要面对黑暗、低温和巨大的压力。

周怀阳认为依靠先进的海洋探测技术，当前海洋地质探测与陆地考察已经拥有了几乎相同的起步点，在海洋探测中顶替陆地地质研究三大法宝的则是“三深”：深潜、深钻、深网。

深潜是指利用有人或者无人的潜水器，下潜至深海进行考察。周怀阳介绍说，2018年在南海的西部和东部， “南海深部计划”分别完成了两次深潜，一次由汪品先院士带领，藉由我国第二台深海载人潜水器，“深海勇士号”潜入深海。另一次则由周怀阳作为首席科学家，在厦门大学“嘉庚”号科考船上，利用加拿大遥控深潜机器人“ROPOS”，对从南海东北陆坡的冷泉、特殊沉积区到中南部海盆的海山进行了科学下潜考察。

▲“南海深部计划”分别完成了两次深潜，一次由汪品先院士带领，另一次则由周怀阳作为首席科学家

深钻则是指大洋钻探，在动力定位船上对洋底进行钻探工程。在“南海深部计划”中，也已经实行了三次航次，确认了南海的张开在3200万年前，直到1600万年前南海停止扩张。

深网则是用光电缆将各式传感器连接起来，实现在陆地上就可以实时并长期看到放在海里的传感器观测到的数据的目的。

生命的奇迹：冷泉与热液

深海没有太阳的照射并常年低温，在水深3000-4000米处，温度只有2°C左右。压力大、盐度高。缺乏光合作用，植物不能生长。依赖于植物初级生产的动物补给极其匱乏，在深海存在繁茂的生命是难以想象的。深海中底栖生物的食物主要来源于“海洋雪”，是表层海洋通过光合作用生成的养分逐渐沉入深海的一种方式。“海洋雪”在掉落过程中存在着相当大的消耗。周怀阳介绍说如果在表层海洋形成100%的碳，在掉落至深海后大约只剩下0.5%或更少。因此在深海食物十分匮乏。

▲现代海底热液与生物

然而，在深海的冷泉和热液附近却存在着神秘的黑暗生物链。这也是在周怀阳担任首席科学家的“ROPOS”号遥控深潜科学考察航次中一项主要的科研成果。在讲座中，周怀阳介绍说，在这次航次中，首次发现了南海古热液区并采集获得了古热液烟囱样品。并且对南海东北部的一处活动冷泉进行了系统的基线调查和环境原位观测，基本摸清了这一活动冷泉的发育区域以及分布特征。

讲座现场，周怀阳利用“海底热液循环成矿的一般模式图”为现场听众解释了海底热液的形成原理，简而言之，海底的岩层或沉积物不是严丝合缝的，冰冷的海水会慢慢沿着缝隙往下渗漏，在底下深处被岩浆热源加热变性之后成为不同成分的流体再向上向海水中喷溢。并裹挟出氢气、硫化氢、甲烷等组分。这些组分成为了黑暗生物链的初级补给。

▲周怀阳通过“海底热液循环成矿的一般模式图”为现场听众解释了海底热液的形成原理

到目前为止，全球共有554处被发现的热液场，在西太平洋也有一些尚在活动的热液场。南海由于已经停止扩张，地下岩浆也已经停止了活动，因此热液也已经停止了活动，成为了古热液区。这次在南海发现的两处古热液区分别被周怀阳他们团队命名为“楼兰”和“南溟”。

除了热液，在南海北部至今仍处于活跃状态的另一处黑暗生物链则是冷泉。冷泉附近的生物共生方式与热液附近相似。大生物为微生物提供栖息场所，同时又利用微生物通过合成地下冒出的甲烷等元素形成的有机碳。

热液和冷泉生命在海底就像沙漠中的绿洲。在活动的热液和冷泉附近，生物密度相当之高，甚至可以与热带雨林相比较。在极冷或极热之地、在压强极大的极端生存条件下，在不可生存的环境下存在着的生命，不可不说是生命的奇迹。

▲去年6月，周怀阳（左）与“蛟龙号”海试现场总指挥刘峰（右）做客第111期讲堂《中国：正走向深海舞台中心》

铁锰结核：出现在海底的兵马俑

占地球表面积71%海洋，人类对它比较仔细的探索不到10%。深海里还有许多人们所不知道的秘密。铁锰结核的出现就是其中之一。

2013年，在“蛟龙号”下潜之前，我国科考人员曾通过拖网的方式从南海深海打捞出铁锰结核。然而，当时不能正确确认铁锰结核的存在。在这次今年南海航次上，在海深3500处的海山上，发现了大量的铁锰结核。周怀阳回忆起当时发现铁锰结核的经过，他说好像发现了海底的兵马俑，并被当时场景所震撼。在寻找铁锰结核时，周怀阳团队在事前划定地点行进5、6个小时，但依然只发现沉积物，毫不见结核的踪影。正当周怀阳开始对自己的选点产生怀疑时，前方却突然出现大量铁锰结核，好像以集团军的状态突然呈现。打破了周怀阳原本想象的从少至多、慢慢过渡的猜测。

▲深海里的铁锰结核

铁锰结核也和秦兵马俑一样，身怀着许多令人不解的谜团。其一，比较重的铁锰结核没有和同时期的沉积物一样被掩埋，而是浮在海底表面。周怀阳介绍说，铁锰结核的生产十分缓慢，几个厘米的结核成长的时长有好几个百万年，与结核内部组分同一时期的沉积物已经被掩埋至海底几千米以下，而铁锰结核依然能够在表层持续“生长”。其二，剖开铁锰结核，利用原位光谱进行分析。可以发现同一个地方采集的结核，其内部核心并不完全相同。周怀阳原本以为铁锰结核的核心应都是常见的玄武岩、海底沉积物或者生物碎屑，但事实却并非如此。有些铁锰结核的核心来自于哪里也成为了一个迷。其三，铁锰结核中的铁锰含量是周边海水中铁锰含量的109倍，怎么富集的机制也还不十分清楚。其四，铁锰结核之间的分布十分均匀，好似兵马俑一般经过人为的排列。

深海的考察、探测异常之艰难，在那里可见光按指数衰减，15-20米的理论光照范围，在那里实际上只能实现3-5米。定位、测量精度都受到考验。采集一次样品耗时耗力。但正是如此，依靠先进的深海探测新利器、依赖科学家的不懈精神，海底世界正在逐步揭开它的神秘面纱。最早出海时也晕船的周怀阳逐渐摸索出抵御晕船的方式——只要对工作全神贯注，身体就无暇顾及恶心和眩晕了。2005年，他曾坐美国深潜器出海，当2013年6月，他作为首位搭载“蛟龙号”载人潜水器下潜南海的科学家，曾动情地说，在潜水器里说中国话感觉真好。“周怀阳们”将带领更多后人揭开海底谜面。

▲报9月3日第2版刊发关于周怀阳的报道《坐中国的深潜器下海，感觉真好》

作者：童毅影
编辑：周俊超

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