版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們

2020年11月，我國制造的萬米級深潛器“奮斗者”號在馬里亞納海溝深度10909米的地方成功坐底，引起熱議，激發(fā)了不少人心中的自豪感。

但是，2021年10月，“奮斗者”號在馬里亞納海溝正式投入常規(guī)科考應(yīng)用的消息傳來，卻沒有獲得多少關(guān)注。

無論是在深潛器還是在其它領(lǐng)域，許多人關(guān)心的仿佛只有那一個“最”字，最深、最高、最先進(jìn)、最強大、最齊全……“最”字好像就是科技類信息的流量密碼。

然而，我們制造這些裝備，真正的目的并不是為了刷新紀(jì)錄，去爭這一個“最”字。

那么真正的目的是什么呢？

往大的方面說，我們?nèi)祟悓κ澜绲恼J(rèn)識就是一個圈，而深潛器就好像是一根針，能夠幫我們在目前的認(rèn)識圈上刺出一個洞，讓我們窺探圈外的未知世界；

往小的方面說，這些深潛器在地表最深處的工作，對我們了解地球生命起源，地球板塊演化、火山地震帶活動、地球深部成礦作用、深海礦產(chǎn)等都有著舉足輕重的作用。

探測深海生物和生命起源

在小學(xué)的科學(xué)課上，大家可能都學(xué)過關(guān)于地球生命起源的知識，其中最知名的就是米勒實驗了：

1953年，美國科學(xué)家米勒將水、甲烷、氨氣、氫氣與一氧化碳密封在一個燒瓶中，向其中通入水蒸氣，并不斷用電火花模擬閃電。一段時間后，這些無機物就形成了氨基酸、糖類、脂類等有機物。

這一實驗石破天驚，向我們揭示了生命可能起源于無機物的化學(xué)反應(yīng)的可能性。

米勒實驗示意圖

（圖片來源：維基百科）

因此，在此后的很多年里，人們普遍相信生命可能起源于原始的海洋表面，因為只有那里才能滿足這個實驗的條件。

然而，無法回答的一個問題是：那時候的地球上并沒有臭氧層，紫外線強烈，在海洋表層形成的有機物以及原始生命很容易就被紫外線破壞，失去活性。

但是很快，這個問題就被一個深潛器的發(fā)現(xiàn)解決了。

1979年，美國的深潛器“阿爾文號”（Alvin）在東太平洋加拉帕戈斯海底熱泉附近，發(fā)現(xiàn)了奇特的海底熱泉生物群落。

這些生物生活在黑暗的裂谷深處，完全無法通過光合作用形成有機物，只能利用海底熱泉附近的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行化能合成作用，并形成了復(fù)雜而繁榮的生態(tài)系統(tǒng)。

海底熱泉附近的旺盛生物聚落

（圖片來源：美國國家海洋和大氣管理局）

由此，科學(xué)家們提出了一個新的生命起源假說——深海熱泉起源說。

深海熱泉是由于海水順著海底裂隙深入，遇到巖漿后攜帶著大量礦物質(zhì)返回海面，在海底噴出形成或白或黑的煙囪狀結(jié)構(gòu)，這些被稱為“海底黑煙囪”或“白煙囪”。

這里溫度穩(wěn)定，無機物含量豐富，不易被原始地球海洋表面的強烈紫外線、頻繁的隕石和火山活動所打擾，是生命誕生的絕佳地點。

海底黑煙囪

（圖片來源：維基百科）

但是，在生命誕生過程中還有許多未解之謎。比如：起源的具體過程如何？無機物是怎么變成有機物的？有機物又是怎么變成有機大分子？有機大分子又如何變成生命？剛剛誕生時候的生命形態(tài)如何？這些生命以什么作為生命能量的來源？它們又會組成怎樣的生態(tài)系統(tǒng)？

在深海之中就存在著許多海底熱泉，深潛器研制成功后，能夠讓我們深入海溝附近的海底或者是大洋中脊的海底，近距離研究黑煙囪與黑煙囪附近的現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)，這對于解決地球生命起源中的這些未解之謎也可能會有重大幫助。

海底熱泉分布圖，黑線即為板塊邊界

（圖片來源：維基百科）

此外，經(jīng)過近些年的研究，學(xué)者們認(rèn)為，在木星的木衛(wèi)二上也可能存在著海底熱泉，在火星上也還可能曾經(jīng)存在過海底熱泉。

如果真的是這樣，那么，我們研究現(xiàn)代的海底熱泉，可能會對未來研究這些地方是否有生命，生命形態(tài)如何等問題也會有幫助。

木衛(wèi)二的外層是冰層，冰層之下可能就是由液態(tài)水組成的海洋了，在海洋與地幔接觸的地方很可能也存在如地球一般的深海熱泉。

（圖片來源：維基百科，作者有修改）

比如在最近的深海探測的研究成果中，就涉及到了生命起源方面：

我國科學(xué)家利用自主研發(fā)的光譜探針，在深海熱液噴口氣泡中首次發(fā)現(xiàn)了自然環(huán)境下的原位超臨界二氧化碳。這可能類似早期地球水汽界面附近二氧化碳大氣層的主要狀態(tài)，它促進(jìn)了氨基酸和其他有機物的合成、富集和保存。

這個過程對生命起源至關(guān)重要，彌補了熱液流體中缺少合成氨基酸的關(guān)鍵元素——氮的這個環(huán)節(jié)，解決了早期生命起源于熱液假說最致命的問題之一。

探索地球演化

我們從小就學(xué)過地球內(nèi)部的三個圈層：地核、地幔、地殼，并了解過地球的板塊運動的原理。

簡單來講，就是地核處最熱，地幔物質(zhì)在地核處的加熱下運動，帶動著地殼運動。運動的地殼相互碰撞或者相互分離，相互碰撞的地殼形成巨大的造山帶（這就是地球上山脈的來由）；相互分離的地殼形成洋中脊，在洋中脊附近地幔物質(zhì)上涌，形成海底山脈系統(tǒng)（生命可能起源于這附近）。

而海溝正好就是兩個板塊相互碰撞的地方。

板塊運動的原理就是地幔被地核加熱而產(chǎn)生熱對流，帶動漂浮在其上的地殼運動。地殼分為多個破裂的板塊，板塊之間的擠壓就形成了海溝和山脈等起伏地貌

（圖片來源：美國地質(zhì)勘探局官網(wǎng)）

以往，我們只能通過地震波、聲吶等方法獲取到海溝的地形地貌特點，但是無法親自前往考察。

現(xiàn)在，在載人深潛器正常工作之后，我們就能夠親眼見到板塊之間到底是如何碰撞過渡的，也能夠有機會采集到相關(guān)的巖石樣本。

由于陸地上也有許多板塊碰撞之后殘留下來的板塊邊界，比如秦嶺就是華南、華北兩個古老板塊邊界的碰撞帶。因此，研究海溝中正在俯沖中的板塊邊界，無疑能幫助我們更好地研究地球歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的板塊運動，讓我們知道地球上的陸地是如何起源，又是如何形成的，也讓我們對中國大陸的起源和演化有更深入的了解。

另外，地球上絕大部分礦藏，其形成都與巖漿活動有著密不可分的關(guān)系。

在板塊俯沖帶上會發(fā)生強烈的巖漿活動，如果我們將地球上的火山地震帶與板塊邊界放在一起，就會發(fā)現(xiàn)它們幾乎完全重合（比如日本火山地震活躍，就是因為它正好位于俯沖帶之上）。

所以，深潛器深入海溝處進(jìn)行考察，一方面能夠研究地球上的地震和火山活動，另一方面能幫助我們了解俯沖帶附近的成礦作用，對于我們在陸地上已經(jīng)消亡的俯沖帶附近的找礦活動，以及在海底的找礦活動都有著重要的指導(dǎo)意義。

1963-1998年地震震中分布圖，可以與上面的海底熱泉分布圖以及其中的板塊邊界進(jìn)行對比

（圖片來源：美國國家航空航天局官網(wǎng)）

研究極端生態(tài)系統(tǒng)與古環(huán)境

深海中水壓大、低溫?zé)o光，在以往一直被認(rèn)為是生命的禁區(qū)。深潛器多年來的科考結(jié)果卻讓我們發(fā)現(xiàn)，在這些極端環(huán)境下居然還存在著392種特有生命，它們棲息在比海平面壓力高1100倍的環(huán)境中，構(gòu)成了深海處的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。

但是，這些生命是如何適應(yīng)這些極端環(huán)境的？是基因的特殊還是有什么特別的手段？我們對于海溝極端生態(tài)系統(tǒng)的研究，能不能發(fā)現(xiàn)新的生命類型？這些生命是否可能“吃”掉各種污染物，在極端環(huán)境中大量存活為我們提供蛋白質(zhì)，又或者提供適應(yīng)低溫和高壓的基因呢？種種問題等待解答。

所以，這種耐高壓、耐低溫的極端生命的研究，對于我們?nèi)祟悓聿饺胩眨m應(yīng)太空極端環(huán)境可能有一定的啟示，對于我們未來在外星球中的生命探尋和定居點建立也可能起到幫助。

最后，海溝被稱為“海洋的終極垃圾桶”，來自大陸和海洋中的各種沉積物都堆積在此。這些沉積物中包含了大量的古氣候、古海洋等古環(huán)境的信息。

從這些信息中，我們可以通過了解古海洋中鹽、溫、密度等等多種信息，從而推斷出海洋海水的演化過程。此外，還可以了解到鄰近大陸上大氣環(huán)境、氣候變化、火山噴發(fā)、地震災(zāi)害等等多方面的信息。

這樣，當(dāng)我們對深海海溝中的沉積物進(jìn)行采樣分析后，就能得到在不同的歷史時期內(nèi)，地球氣候環(huán)境的變化狀況——這些知識在現(xiàn)代我們面臨氣候變化危機的時候，能作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對未來的情況進(jìn)行對比和預(yù)測。

所以，雖然在最近的新聞稿中，對“奮斗者”號的報道雖然只有一段簡潔的報道稱：“開展了利用測深側(cè)掃設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)搜尋及地形探測、采集深淵海底沉積物、巖石和生物樣本、搭載沉積物保壓取樣裝置海試等作業(yè)任務(wù)”，但實際上字越少，事越大。

很可能，在不久的未來，我們將會宣布在深海中的重要發(fā)現(xiàn)，那時候，還請大家一起為“奮斗者”號、為中國的深?？瓶?xì)g呼！

參考文獻(xiàn)：

[1]LOWELL R P. Hydrothermal Systems on Europa[J]. Geophysical Research Letters, 2005, 32(5): L05202. DOI:10.1029/2005GL022375.

[2]李三忠,索艷慧,朱俊江,戴黎明,張瑞昕,劉欣穎,喬璐璐,劉吉文,張曉華.海溝系統(tǒng)研究的進(jìn)展與前沿[J/OL].中國科學(xué):地球科學(xué):1-19[2020-11-11].

本文由科普中國融合創(chuàng)作出品，地星引力制作，中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心監(jiān)制，“科普中國”是中國科協(xié)攜同社會各方利用信息化手段開展科學(xué)傳播的科學(xué)權(quán)威品牌。

文章首發(fā)于科學(xué)大院，僅代表作者觀點，不代表科學(xué)大院立場。

科學(xué)大院是中科院官方科普微平臺，由中科院科學(xué)傳播局主辦、中國科普博覽團(tuán)隊運營，致力于最新科研成果的深度解讀、社會熱點事件的科學(xué)發(fā)聲。

歡迎掃碼聯(lián)系科普老師！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的活動和科普好物！