随“发现”号探秘麦哲伦海山

2019-04-25张建松

百科探秘·海底世界 2019年2期

张建松

在海底豐富的地形种类中，海山的面积约占海底总面积的16%，是非常重要的一种海底景观。在全球海底，超过1000米高的海山逾3万座，60%以上分布在太平洋，其中，西太平洋是全球海山分布最集中的海域。

在国家科技基础资源调查专项“西太平洋典型海山生态系统科学调查”项目的支持下，2018年3月至4月，来自中科院海洋所、中科院声学所、山东大学、中国水产科学研究院东海水产研究所等单位的科考队员.，连同船员共80人，乘坐我国新一代远洋综合科考船“科学”号，到西太平洋海底探访了幽深神秘的麦哲伦海山。

太平洋是世界大洋的“老大”，西太平洋洋壳的年龄超过了1.65亿年。在太平洋板块扩张和板块内地幔柱的共同作用下，西太平洋底发育了众多海山。这些海山并不是无序地散落在大洋盆地，而是按照一定的规律排列，形成了多个海山区或海山链，例如皇帝一夏威夷海岭、莱恩海山链、中太平洋海山区、马绍尔海山链、马尔库斯一威克海山区、吉尔伯特海山链、麦哲伦海山链等。其中，麦哲伦海山链位于西太平洋的东马里亚纳海盆，西邻马里亚纳海沟，由十几座大型平顶海山组成。“科学”号此次探访的海山便位于麦哲伦海山链的北端。

当“科学”号来到西太平洋的目标海山区，这片海域正受到第3号台风“杰拉华”外围的影响，海面刮起7到8级大风，涌浪达3到4米高，船身最大摇晃幅度超过20度。不过，恶劣海况并没有影响“科学”号对海底的麦哲伦海山进行地形地貌探查工作。

“科学”号探查海底地形地貌的“神器”叫“多波束测深系统”，可利用安装在船底的多通道换能器阵，以一定的频率向海面下方的海山定向发射声波，并定向接收声反射和声散射的信号，然后根据声速剖面获取水体的水深、振幅和声强数据，再通过数据转换，就能得到海山的地形数据。

在麦哲伦海山的上方，“科学”号沿着测线像“犁地”一样来来回回航行了三天。随着数据不断积累，海山的地形地貌逐渐显露。这是一座高达4300多米的平顶海山，在海底蔚然耸立，山顶位于海面下1200多米，山顶平台呈不对称的三角状。

知识链接

海山的分类

海山按其地貌形态和构造特征，可分为平顶海山和尖顶海山。平顶海山的山体规模较大，在发展历史上，曾经露出海面遭受较长时期的风化剥蚀，形成大规模的山顶平台，后沉没水下，山顶沉积物较多。尖顶海山的山体较小，一般未露出海面或露出时间较短，未能形成大规模的平台，山顶没有沉积物或沉积物很薄。

“海底花园”的“奇花异草”

抓住一个有利的天气“窗口期”，麦哲伦海山科考航次的首席科学家、中科院海洋研究所研究员徐奎栋，决定让“科学”号搭载的“发现”号深海机器人深潜到海下探访麦哲伦海山。

这位机器人的大名叫“发现”号水下缆控潜器ROV，它耳聪目明，干活儿麻利。它的最大下潜深度为4500米，由6盏LED水下灯和4盏卤素水下灯构成的“视觉”系统，集照明、拍照与摄像功能于一体，同时能将自己在海底所看见的一切实时传回母船。“发现”号有两只机械臂——左手“干粗活儿”，可抓取450千克样品：右手“干细活儿”，可进行精细采样作业。

考虑到平顶海山的山顶沉积物多，“发现”号的首次海山探访之旅选择在海面下1300多米的山顶边缘，从西南向东北方向“爬山”行进。拖着长长电缆的“发现”号，就像一位独自行走在苍茫夜色中、身上系着保险绳的探险家，将沿途所见所闻一一实时传回母船。在船上的集控室中，大家通过“发现”号进行的“现场直播”，可以第一时间目睹幽暗神秘、生机勃勃的海山世界。沿途所见的海山生物如同生长在“海底花园”里的一株株“奇花异草”。

“发现”号着陆后，海底腾起一阵细细的沙尘烟雾。在海水浮力下，重达4吨的“发现”号轻盈地掠过浑浊的沙尘雾，很快就看清了脚下路面——海山表面布满了斑驳的“白沙黑石”。没走多远，“发现”号看到前方一株巨大的淡粉色竹柳珊瑚和一株白色的玻璃海绵比邻而居，在灯光照射下熠熠生辉。竹柳珊瑚是柳珊瑚的一种，枝繁叶茂，枝丫上附着了一只黄色海百合。根据“发现”号激光测距判断，竹柳珊瑚至少有一米多高。海绵是最原始的多细胞动物，6亿年前就已经生活在海洋里，至今已发展到1万多种，是深海世界中一个庞大的家族。“发现”号看见的这株玻璃海绵形如两片美丽的百合花瓣，附着在“花瓣”上的一只黄色海百合像极了百合花的花蕊。

随着“发现”号不断行进，“电视直播”的画面越来越精彩。在一株已死亡的海绵上，附着了一个怪异而艳丽的捕蝇草海葵。捕蝇草是生长在陆地上的一种食虫植物，海山上的“捕蝇草海葵”是我国海洋科学家于2014年在雅浦海山首次发现的一个新种，并以我国海洋生物学家刘瑞玉的姓氏，将其命名为“刘氏捕蝇草海葵”。此次在麦哲伦海山再次与它偶遇，大家都很兴奋。

除了刘氏捕蝇草海葵，此次偶遇的另一位老朋友同样是我国海洋科学家于2014年在雅浦海山发现的新种“偕老同穴”海绵。在一堆黑石的缝隙中，一株细长的白色海绵亭亭玉立，海绵体内有一个大空腔，一对俪虾就生活在空腔里。当俪虾还是幼体时，一雌一雄结对进入海绵腔体内，长大后，就被滞留在海绵的空腔里再也出不去了，从此“白头到老”。这种“藏”有俪虾的海绵因而被称为“偕老同穴”海绵。此次在麦哲伦海山，科研人员还发现了一种从未见过的“偕老同穴”海绵，空腔外面长满了荆棘般的白刺。

在“发现”号的直播镜头中，像花朵一样的海葵、像小草一样的伞花海鳃、像水杉树叶一样的裂黑珊瑚、像刺猬一样的海胆，散发珍珠般光泽的深海扇贝，硕大的海星，红色的深海虾、线足虾等许多海山生物纷纷登场，海鳗、海蜥鱼、深海狗母鱼的曼妙身影也不时一闪而过。

海山的“石头”不简单

麦哲伦海山所在的这片海域是全球关注的富钴结壳区，中、俄、日、韩四国均在此有海底矿产合同区。“发现”号深海机器人在麦哲伦海山进行了岩石、沉积物、原位海水等采样工作，顺利取得了多个富钴结壳样品，其中包括两个直径达10厘米的球状富钴结核。

富钴结壳是生长在海底岩石或岩屑表面的皮壳状铁锰氧化物和氢氧化物，因富含钴而得名。除了钴之外，结壳中还含有钛、镍、铂、锰、铊、钨、铋、钼及稀土等多种金属元素，是一种重要的矿藏资源。富钴结壳根据形态可分为结壳、结壳状结核和结核三大类，其中，结壳是主要类型：结壳状结核是结壳和结核的过渡型：结核以球状、瘤状光滑型结核为主。此次“发现”号从麦哲伦海山采集的样品，这三种类型都有。

“发现”号对麦哲伦海山进行第二次探访时，从海底2000多米的北麓山坡向上爬，沿途一度看到成片的结壳区，大大小小的圆球状石头铺满了山顶的斜坡。这片全球关注的富钴结壳海山区果然名不虚传。

丰富的矿产资源和渔业资源使世界各国对海山的开发日趋活跃，但人们对海山的研究还很不够。在全球海底超过1000米高的3万多座海山中，有测量数据的海山仅600多座，有生物取样的海山仅300多座，取样调查较全面的海山仅50多座。

在科学研究方面，还有许多关于海山的重要问题存在争议。在有关海山生物多样性和生产力等研究领域，科学家们提出了种种假说，大部分都亟待深入调查和研究论证。

在海底矿产资源开发方面，海山生态系统的保护面临极大挑战。深海物种生命周期长、成熟期晚、生长率低、繁殖力差。许多海山生物，尤其是形成生源生境的生物（比如石珊瑚）和使群落结构复杂化的生物（比如大型垂直生长的黑珊瑚、柳珊瑚和海绵等）更是十分脆弱，一旦受到破坏，需要几十年甚至几百年的时间来恢复。因而，科学规范海山系统的资源开发活动、保护海山生态系统也日益受到国际社会关注。