海洋網絡世界

------神奇的海底觀測站

央視國際 2004年06月02日 11:12

　　海底世界一直都是令人無限神往的地方，但是你可能並不想永久地生活在那裏。現在，那些既想洞悉海浪下面所發生的故事又不願親臨其境的人們有了新的選擇空間。海洋學家正在計劃建造全球性的海底無人觀測站網絡。這個海洋網絡世界由光纜連接而成或與海面上的人造衛星浮標相連。有了它，海洋學家不用離開辦公桌便可以完成深海的長期測量與實驗工作。

　　為了顯示人類可以在水下生活的前景，雅克伊夫庫斯托創建了著名的Conshelf實驗室。這個海底家園能夠在10~100米水下容納幾個人。此外，該實驗室還配有一個“潛水碟”（由噴水式推進器驅動，可承載兩人用於淺海探測的潛水裝置）修理場。但是，在大陸架上建造人類生活居所無疑是代價昂貴和極其危險的。現在，只有美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）下屬的位於佛羅裏達州拉哥礁外灘20米下的“寶瓶座”實驗室仍在用做研究基地。

　　然而，在海洋深處建立一個長期的“哨點”仍然是海洋學家執著的夢想。從船舶一側投放實驗儀器來收集海洋信息的傳統方法不可避免地存在著一個固有的問題。該方法只能提供個別水位點海水的溫度、鹽分以及其他特性的瞬時數據。要從這些隨機的數據中分析出未來的發展趨向可能是很困難的。即使人造衛星可以提供巨大海洋帶的大量連續性數據，仍無法描繪出海面以下所發生的許多故事。從理想上説，海洋科學家需要能夠記錄海水時間與空間變化的工作站網絡。水下觀測站恰好能滿足這一條件。

　　今年1月初，科學家齊聚波多黎各商討未來美國在這一領域的優勢地位。作為新海洋觀測站計劃的一部分，美國國家科學基金會（NSF）已經撥款2億美元作為沿岸與深海觀測站基礎設施建設的投資基金。與此同時，歐洲和日本的研究人員也在雄心勃勃地規劃建立大批海底觀測站的計劃。

　　建立長期海洋監視觀測站網絡系統的想法最初是在冷戰時期從美國海軍的水聲監視系統（SOSUS）獲得的啟示。該系統由安置在大西洋和太平洋中的大量水下聽音器組成，用來監聽蘇聯潛水艇的動向。1990年代，SOSUS開始用於民用。科研人員利用它探測到了以前無法預知的中洋脊地震以及鯨魚遷徙的訊息等。這些結果進一步證實了持續觀測海洋的科學價值。

　　NEPTUNE海底網絡實驗

　　【提出者】華盛頓大學與伍茲霍爾海洋研究所的科學家

　　【目標】在整個胡安德富卡板塊上安裝3000公里長的光纜網。

　　安插在網絡節點處的觀測站將為海洋學家提供多學科的探索空間以及太平洋西北部地區的早期地震預警系統。科學家們認為，NEPTUNE計劃將從根本上改變人類研究海洋與地球的方式。

　　去年10月，加拿大宣佈為該項目投資4750萬美元。另外，NSF用於海洋觀測站建設的大量資金也有可能最終投向NEP-TUNE。與此同時，美國和加拿大已經為作為該計劃試驗平臺的兩個小型光纜觀測站提供了資金支持。一個是維多利亞海底實驗網絡（VENUS），預計明年在喬治亞海峽和英屬哥倫比亞附近的胡安德富卡板塊動工鋪設光纜。另一個為蒙特利加速研究系統（MARS），計劃在加拿大蒙特利灣設立觀測站。它們將使科學家更加密切地監測海岸周圍的水域，同時也為開發NEPTUNE技術提供廣闊的競技舞臺。

　　科學家表示，建設諸如NEP-TUNE這樣的地區性網絡系統面臨的首要技術挑戰就是系統的長期維護問題。NEPTUNE有長達3000公里的光纜線，連接著20或30個觀測站，每個觀測站可能還有支路延伸至幾千米遠的各種儀器。NEPTUNE預計的使用年限至少為20或30年。要保持網絡系統在漫長崎嶇不平的海底地形中一直暢通無阻並非易舉。

　　ESONET歐洲海底觀測網

　　【目標】探索在大西洋與地中海沿岸興建海底網絡系統的可能性。

　　迄今為止，ESONET已經收到了一項可行性研究的資助資金98.32萬美元。該研究將於今年5月公佈結果。與NEPTUNE不同，ESONET將承擔一系列科學項目，諸如評估挪威海海冰的變化對深水循環的影響以及監視北大西洋地區的生物多樣性和地中海的地震活動等等。理想的話，該計劃將涵蓋從北冰洋到黑海的所有歐洲水域，也將探尋從冷水珊瑚到泥火山等大量神秘的自然現象。

　　ESONET匯集了來自歐洲大陸的14家研究所的高級科學家。他們希望根據項目的實際情況逐漸探求發展完整網絡系統的巨大潛力，而不願在一開始時就力求獲取整個網絡系統的全部建設資金。

　　ESONET不像NEPTUNE那樣是一個獨立完整的網絡系統。它是由不同地域間的網絡系統組成的聯合體。ESONET計劃協調員希望20年後，ESONET將具備監視整個歐洲的強大能力。為了如償所願，ESONET的科學家們正在探求與其他合作夥伴共享基礎信息的可能性。現在，致力於地中海2400米水下中微子望遠鏡建設項目的科學家已經架設了一條通向海岸的光纜來傳輸數據，從當地的海底觀測站也可以獲得這些信息。

　　ARENA海底地震觀測網

　　【主持】日本東京大學

　　【目標】沿日本海溝建造跨越板塊邊界的光纜連接觀測站網絡。

　　與NEPTUNE和ESONET一樣，科學家期望ARENA也能夠提供多學科的資訊，譬如地震、海洋學和生物學信息等等。

　　LEO-15海底觀測站

　　【設計】伍茲霍爾海洋系統實驗室

　　【目標】監測溫度和水流數據，並將視頻影像發送給實驗室。

　　路特葛斯大學主持的是離新澤西州海岸16公里處的一個長期生態系統觀測站。

　　事實證明，LEO-15不僅讓科學家收益頗豐，對東海岸的漁民來説也是好處多多。1976年，由於海水神秘缺氧導致貝類産業損失慘重。污染被首先懷疑為兇手，但結果證明一股強烈的上升流才是真正的罪魁禍首。它給海岸沿線帶來了深水區營養豐富的冷水流，結果導致浮游植物滋長，隨後死亡、腐爛。水中的大部分氧氣因此被消耗殆盡。

　　現在，LEO-15能夠對上升流做出早期預警，使漁民提早做好準備。

　　LEO-15的一個“節點”是專門為在觀測站周圍巡遊的自動潛水艇一伍茲霍爾遠程環境感受器（REMUS）配置的服務站。REMUS能夠與該節點對接，下載數據和更換電池。科學家期望在胡安德富卡板塊附近也能有一群類似的載具往來穿行，不時“造訪”NEP-TUNE網絡系統的節點並從節點間隙收集信息。另外，這些機械載具還能對系統探測到的偶發事件做出回應，譬如前往發生地並探測地震活動的震源位置等。

　　路特葛斯大學還計劃將LEO-15與馬撒葡萄園島海岸觀測站等類似項目銜接起來，建立一個覆蓋東海岸大部分地區的網絡監視系統。結合海底觀測站的數據、衛星影像資料以及監視海洋表面水流狀況的雷達觀測報告，還有海洋浮標與傳統測量手段獲得的測量數據等，科學家們希望揭示大陸架的碳循環模式。

　　海洋學家正在花越來越多的時間沉浸于“遠程顯現”所勾勒的世界之中，那些打算進一步拓展這種可能性的人們對其未來的巨大價值堅信不已。利用船舶和人造衛星等傳統方法，科學家們已經在征服海洋的道路上走出了長長的一段，如今邁入了一個嶄新的階段。

　　（來源：《國外科技動態》2004年第二期）