（十）探海威龍（探索發現2005-10）  

央視國際 (2005年01月19日 11:19)

	海底黑煙囪

　　星空浩渺，奧秘無窮，人類窮盡所能，飛向太空，尋找生命起源的終極答案。從月球到火星，在過去的半個世紀裏，耗資龐大的航天計劃使人類對星空的了解遠遠超過了地球上的海洋。

　　在宇宙的極端環境中，生命存在的證據成為科學家苦苦追尋的目標。但是，喧囂過後，星空仍然是一片沉寂，而生命起源的答案也許就在我們身邊。

　　一次偶然的發現，使人類探索生命起源的步伐重新回歸被忽視的海洋。

　　1979年，在美國科學家比肖夫博士的帶領下，“亞特蘭蒂斯”號科考船搭載著“阿爾文”號深海潛水器來到東太平洋加拉帕格斯海溝，進行一次常規海洋氣象調查。

　　普通潛艇最深只能到達水下600米，而“阿爾文”號卻可以輕鬆下潛3500米，這一超常本領使它的經歷充滿了傳奇色彩，這一次，它從根本上改變了人類對生命的認識。

	海底黑煙囪剖面

　　在2600米深的海溝中，一個不明物體絆住了“阿爾文”的推進器。

　　重新調整推進角度，一個輪廓模糊的物體出現在距離舷窗只有5米的地方。探照燈前的情景使艙內的比肖夫博士驚恐地屏住了呼吸。

　　高大的柱狀物體像煙囪一樣噴發著滾滾黑煙，方圓幾百米的範圍裏，數十個柱狀噴發物使“阿爾文”仿佛置身於一個由煙囪組成的海底工業基地。

　　然而，更令人吃驚的是，在這片黑色的“煙囪”林中，居然還存在著生命。狀如鬱金香的管狀蠕蟲長約3米，它們既沒有嘴，也設有眼，甚至連消化系統也不存在。它們把白色的管腔固定在岩石上，僅靠伸出套管頂端的紅色身體來過濾海水中的養分。管狀蠕蟲周圍，還生活著白色的螃蟹，魚蝦、海貝、沙毛蟲，以及一些不知名的海洋生物。

　　在沒有陽光的深海無法進行光合作用，這意味著生命不可能在這裡生存；同時，2600米深的海底，巨大的水壓已足以將幾厘米厚的鋼制容器像雞蛋殼一樣壓碎。如此嚴酷的環境，怎麼可能會有生命？

　　此情此景，令科學家感到無比震驚。“阿爾文”在匆忙中採集了柱狀噴發物及周圍生物的標本。

	美國阿爾文號深海機器人執行任務

　　柱狀物的標本被剖開，露出了中空的管道。滾滾黑煙就從這裡升騰而上，科學家形象地稱它為“黑色煙囪”。

　　研究表明，海底“黑煙囪”是由於海水沿海底地殼裂縫向下滲透，在被地殼深部加熱後，溶解掉岩石中包括硫和鐵在內的多種金屬元素，然後又沿著裂縫對流上升，並噴發到海底形成的。這一特殊地質現象，為深海生物的生存提供了必要條件。

　　“黑煙囪”噴口的溫度高達380度，同時，它噴出的高濃度硫化物又在周圍形成了一個普通生物無法生存的劇毒海洋環境，但這裡，正是嗜熱細菌的家園，它們是深海食物鏈的第一級。嗜熱菌不需要光合作用，而是依靠地球熱能，把有毒硫化物轉變為有機物維持生命活動，它的存在，為魚、蝦等高級生物提供了食物來源，是形成深海生物圈的重要基礎。這些在地球上生存了32億年的嗜熱菌在生命發展史上最接近生命樹的源頭，是包括人和動物在內的所有後期生命的共同祖先。通過對嗜熱菌的研究，科學家極有可能找到生命起源的最終答案。

　　除了生物學上的貢獻，能夠“噴金吐銀”的“黑煙囪”還帶來了豐富的礦産資源。海洋深處，縱橫著地球上最壯觀的山脈，他們被稱為“海脊”，“黑煙囪”就分佈在海脊和弧後盆地擴張中心的位置上。“黑煙囪”的噴發沉積物在海底形成金、銀、銅、鐵、鉛、鋅、錳、鋇、汞等多種具有重要經濟價值的礦産，在陸地資源日益衰竭的今天，這些品位高，儲量豐富的礦産，成為人類在新世紀潛在的礦産資源。

　　各國潛水器開始頻頻造訪無人問津的深海，“黑煙囪”巨大的礦産與科學價值預示著新一輪海洋競賽的來臨。

　　大批無人駕駛深海機器人被製造出來參與尋找海底“黑煙囪”，它們行動更敏捷，操作更安全。寂靜的海底，成為發達國家比試高技術的賽場。

	北大李江海教授尋找黑煙囪化石

　　北京大學的李江海教授對“黑煙囪”已有多年研究，而缺乏足夠的標本，是研究中最大的遺憾。因為此時，中國還沒有可以尋找海底“黑煙囪”的深海機器人。

　　1981年，英國科學家首先在愛爾蘭找到了4億年前形成的古“黑煙囪”的化石殘片。這個消息使科學界為之一振。

　　古“黑煙囪”化石的尺度小到只有指甲大小，這使研究深度大打折扣。李江海決定走遍中國，親自尋找大尺度“黑煙囪”化石。

　　黑煙囪化石多與硫化鐵礦石伴生，李江海用幾年的時間跑遍了全國十幾座硫化鐵礦山，由於採礦對礦石的損壞，除了碎片，他並沒有找到理想中完整的化石。

　　2002年，李江海來到了河北興隆縣，這是他計劃中的最後一站，也是距北京最近的硫鐵礦礦山。

　　礦井中流水四溢冰冷刺骨。14億年前，華北地區仍是一片海洋，興隆縣正處於大陸裂谷最深的海底。如果能在這種古老的地層中發現 “黑煙囪”化石，對學術界來説將是一次巨大的轟動。因為迄今為止，年代最長的黑煙囪化石也不過4億年。

	距今14億年前的黑煙囪化石

　　在成噸的礦石中尋找化石無異於大海撈針，而這種工作，李江海和他的課題組已進行了好幾年。

　　採礦業是興隆縣的支柱産業，大大小小的硫鐵礦有近二十家，搜尋了超過半數的礦點之後，“黑煙囪”化石仍然不見蹤影。

　　李江海：“在檢查了十幾個礦點以後是沒有任何結果，我們幾乎是絕望了。好在老鄉告訴我們還有三個礦點正在開採，所以我們興衝衝地到了那個地方。”

　　天色漸暗，失敗的陰影籠罩上來，李江海的心情有些複雜，難道幾年的努力就這樣結束了？他一邊這樣想著，一邊隨手揀起了一塊拳頭大的礦石。一塊完美的古“黑煙囪”化石就這樣在無意中被發現了。

　　緊接著，又有兩塊大尺度化石被找到。檢測表明，它們的年齡達到了14.3億年，堪稱世界之最。

　　在李江海的發現引起國際地質學界轟動後不久，2004年6月，中國第一台無人駕駛深海機器人也設計製造完成，2005年初，這台機器人將前往墨西哥灣，採集“黑煙囪”和深海生物的標本，進行我國第一次大洋深海科考取樣工作。

	我國自行研製的海龍3500深海機器

　　2004年7月27日，世界一流的中國科學考察船“大洋一號”停泊在東運碼頭，準備運送由中國大洋協會投資，上海交通大學設計製造的無人駕駛深海機器人，“海龍3500”前往黃海進行70米深的軟體和機械控制水下測試，為明年的墨西哥之行做準備。

　　海龍3500深海機器人，長3.15米，寬和高都為1.8米，它沒有封閉的操作倉，所有儀器和設備都暴露的海水中，使海水可以自由通過海龍的身體，這種開放式設計，能夠有效地避免深海的強大水壓。

　　海龍的主體設計由國內獨立完成，部分硬體擇優選購了國外産品，這是目前國際上流行的深海機器人製造方案。

　　海龍共有7個推進器，4個水平推進器和3個垂直推進器提供了強大的動力，海龍的前進後退速度3.5節，上下速度分別為1.8和2.2節，能夠在50分鐘內迅速下潛3500米，在國際同類産品中，這樣敏捷的身手是絕無僅有的。

　　鋼纜包裹的黃色纜繩就是輸送電力和數字信號的光纜，它是整個控制系統的生命線。作為總工程師之一的任平是最忙的人，他既要處理技術問題，又要打理後勤。

　　早在“海龍”之前，我國的探測器就已潛入深海，尋找礦産資源。1993年，中國海洋礦産資源協會成為世界第五個註冊的海洋開發投資者，並在太平洋獲得了7.5萬平方公里的海底鈷結殼礦物開採權，根據《國際海洋公約》這7.5萬平方公里的海洋礦床成為屬於中國的“藍色公土”。而海龍的誕生，無疑會大大提高中國勘探海洋礦産的能力。

　　正午時分，保羅和傑瑞終於可以在陰涼處稍事休息，船艙內，疲憊不堪的工人們已進入夢鄉。

　　下午的工作中，發生了一件令人無可奈何的事。由於達不到設計溫度，一台國産高溫加熱器，被證明是偽劣産品，影響了工作進度。

　　鋼纜接頭被固定在欄杆上，準備向裏面倒入黏合劑。

　　混合液被迅速倒入接頭，它可以在一個小時內把鋼絲和接頭粘在一起，明天一早，接頭就要接受10噸重的拉力測試。

	海龍3500準備下海

　　凝固成半透明狀的黏合劑讓人看了多少有些擔心，它能夠經得住考驗嗎？

　　承重試驗在後甲板進行，連接重物的尼龍帶被挂上接頭。

　　為了充分檢測接頭的可靠性，懸挂重物的時間必須達到十分鐘。

　　細如髮絲的光纖被接入“海龍”的控制箱，這種高效産品只需四根就足以承擔“海龍”和整個系統之間的信號和電力傳輸工作。

　　在傑瑞從英國帶來的工具中，這支靠甲烷燃燒提供熱量的烙鐵非常適合在沒有電源的戶外工作。傑瑞今天最後一項任務就是要焊接海龍的一些零散線頭。

　　海龍和中繼器的實戰連接是整個調試過程中最重要的環節，不能有任何疏忽。

　　對於無人駕駛深潛機器人來説，頂部與臍帶纜的連接點，是最薄弱，也是最讓人不放心的環節。機器人3.25噸的重量全部集中在這裡，稍有疏忽，就會釀成悲劇。作為海龍和中繼器之間的唯一連接，臍帶纜把機器人的生死懸于一線。2004年5月，臍帶纜的斷裂導致了曾創下世界潛水深度紀錄的日本海溝號深潛器在太平洋海底作業時神秘失蹤。

　　海龍和中繼器實現連接後，接下來就要給海龍注入增壓油。

　　開放式設計使海龍的零部件暴露在水壓之下，工程師們採用油壓的方式來抵消海水的壓力。通過透明的塑料管線和鋼制閥門，增壓油被注入海龍的各個器官，當外界水壓增強時，海龍的油壓泵就會給增壓油加壓，提高零件的內部壓力，使它和外界海水的壓力迅速達到平衡。

　　7月31日，所有安裝調試工作進行完畢，“大洋一號”離開黃埔港，向大海駛去，海龍將在黃海接受全系統測試。

	海龍3500深海機器人正在入海

　　10號颱風即將通過預定的測試海域，“大洋一號”的氣象報警系統全天候啟動，時刻跟蹤颱風的運行軌跡，準備隨時調整航向，進行躲避。受颱風的威脅，海面上的船隻比較稀少，只是偶爾可以碰到準備返港的漁船。

　　對於即將到來的測試，每個人都不敢掉以輕心，他們深知，從項目的最初論證到今天的海上試驗，海龍的背後，凝聚著無數科學家期待的目光。

　　海龍開始熱身，它對即將到來的水下測驗躍躍欲試。

　　兩個機械手一個5功能，一個7功能，它們靈活而且力大無比，能夠舉起上百公斤的重物。海龍的機械手可以360度靈活轉動，能夠得心應手地採集樣本。

　　儘管操作非常方便，但在實際控制時還是要小心掌握分寸，因為機械臂的握大得驚人，一不留神就會出問題。

　　海龍前面有一個盛放採集物的金屬筐，裏面象徵性地裝上了下沉物。

　　頂部的黃色帽子佔了海龍近一半的體積，它是一種高科技浮力材料，主要成分是環氧樹脂和玻璃微球，它提供的浮力大於海龍自身的重力，一旦推進器失靈或臍帶纜發生意外斷裂時，它能夠保證“海龍”自動上浮，不致丟失。

　　為了減少浮力，增加海龍的下沉速度，試驗前要在底架上捆綁一組重物。

　　“A”字架向前傾斜，海龍被逐漸推向海面。今天的測試深度只有70米，對於海龍來説，這應該是一場輕鬆的考試。

　　在接近海面的一剎那，海龍似乎有些猶豫。但很快，它就像一隻真正的蛟龍那樣鑽入了水中。

　　下潛深度在不斷增加。

　　海龍和中繼器很快就下降了69米。

	海龍3500深海機器人下海前工作人員緊張的準備

　　中繼器放開了臍帶纜，海龍開始自由活動。

　　通過虛擬監控系統，主控室的工程師可以監視海龍的一舉一動。

　　一隻水母誤入測試區，被推進器打得粉碎。

　　鏡頭切換到海龍的吊籃，裏面的物品安然無恙。

　　就在這時，海底突然襲來一股帶有大量泥沙的強流，通過虛擬監控系統可以觀察到，“海龍”在暗流的推動下發生了大幅度傾斜。

　　保羅迅速把海龍提升了10米，避開了渾濁的水流。此時，所有軟體系統都已啟動，它們要在短暫的試驗中得到全面檢測。

　　三十分鐘後，全部系統順利檢測完畢，高質量地通過了各項驗收。海龍和中繼器被安全回收。

　　工作告一段落，工程師們高舉歡慶的酒杯。

　　對“海龍”來説一切不過是開始，明年初，它將奔赴“黑煙囪”聚集的美國西海岸，在3000米的深海中，向世人展示中國人的“探海威龍”。

　　（CCTV《探索發現》供稿，未經允許不得轉載）

責編：紅立 　來源：CCTV.com