驰骋万米海域的东方红2号科考船

2020-07-14宋振杰

知识就是力量 2020年6期

东方红 2 号船（供图 / 宋振杰）

探索地球第四极

海洋的最深处马里亚纳海沟水深11000多米，陆地的最高峰珠穆朗玛峰海拔8844米，如果马里亚纳海沟吞下整个珠穆朗玛峰后还有2000多米的富余。马里亚纳海沟是目前已知的最深海域，也是地球上最后尚未被完全勘测的区域，这里水压高、完全黑暗、温度低、含氧量低，且食物资源匮乏，因此成为地球上环境最恶劣的区域，被称为地球第四极。

地球作为我们赖以生存的家园，海洋就在我们家门口，然而我们对深海大洋的了解要远远少于对太空的了解。直到回声测深技术应用到海洋领域后，人们才对马里亚纳海沟的深度取得了相对精确的测量结果。1951年，著名科学考察船挑战者号利用声呐探测出马里亚纳海沟的深度为10863米，随着声呐技术的改进，苏联人在1957年给出了海沟的精确深度为11034米。

浮标观测为常见的海洋观测方式之一

地球表面最高峰与海洋最深处的对比

探测出了海沟的深度，人类便试图开始对这片未知区域一探究竟。在过去几十年中，海洋观测手段取得了突飞猛进的技术进步。常见的海洋观测方式有潜浮标观测、自主剖面浮标、遥感观测和调查船观测等。潜浮标只能获得单点的时间序列，但其仍然局限于空间范围;自主剖面浮标可以以10天为间隔提供几乎全球范围的观测数据，但目前仅限于2000米以上水体，全球海洋有52%的体积不能通过剖面浮标进行取样观测;卫星观测以相对较高的时间分辨率提供全球覆盖，但仅限于海洋表面。因此，要想获得高分辨率全水柱特别是马里亚纳海沟这一深度的精确海洋参数，基于海洋调查船的测量仍然是唯一方法。

身披利器的东方红2号船

中国海洋大学拥有的3500吨级东方红2号船，于1996年投入使用，船舶性能和装备均达到国际同类调查船的先进水平。船长96 米，船宽15 米，吃水5.5 米，双主机，可调距桨，航速0.5～15 节可调，经济航速10节，续航力13000海里，自持力60天，定员196人。该船装备先进的卫星通信系统、导航系统、雷达避碰系统、推进系统、电力系统、救生消防系统等。船舶设有15个专业实验室，总面积325 平方米，船甲板作业面积达330平方米，可同时开展物理海洋、海洋气象、海洋物理、海洋化学、海洋地质、海洋生物、海洋遥感等多学科海上调查和综合研究工作。

近幾年，中国海洋大学先后在东方红2号船装备了海鸟911Plus温盐深剖面仪（CTD）及10000米铠装电缆绞车、SBE25自容式CTD、RDI75k相控阵走航式声学多普勒流速剖面仪、6000米投放式声学多普勒海流剖面仪（LADCP）、船载海浪监测系统、CAP6600浅地层剖面仪、EM122万米多波束系统、海洋重力仪等国际最先进海洋多学科观测仪器设备，同时还装备了10000米CTD专用绞车，3000米水文绞车、1500米生物绞车、6000米地质绞车等甲板取样设备，能够满足多学科海洋综合调查的需求。

向万米深海进军

2017年年初，东方红2号船向海沟进发，开启了进军万米海域的新征程。水深大于6000米的海域被称作深渊，深渊水体孕育了丰富且独特的微生物类群，其群落结构与近代所了解的上层海水完全不同。本航次中获取了多个海沟内深度为10500米的珍贵水样和底质沉积物样品，为揭开世界最深处水体的神秘面纱和深入理解深渊海沟的生命过程提供了重要研究资料。

船上最长的钢缆只有10000米，是如何取到10500米的样品的呢？原来，由于当时海上条件有限（东方红2号船没有动力定位系统，在海上作业期间只能随波逐流，导致钢缆下放过程缆绳的姿态是倾斜的），科学家们通过自主设计的采水装置在钢缆末端接上了长1000米的凯夫拉缆（一种高强度纤维缆），然后利用船上机械设备和人工辅助的方式，才把取样器成功放到海底并取到样品。取样过程中，绞车的出缆速度为1米/秒，样品的采集要经历放缆和收缆，加上准备和取样时间，一个站位采集一次样品至少需要10个小时。取上来的样品除了用做科学研究外，还在中国海洋大学档案馆内留存了一小部分做成标本。

承前启后的东方红3号船

作为新一代深远海综合海洋考察实习船，东方红3号船于2019年5月投入使用。为了开展深远海特别是未知海沟的进一步调查和探究，东方红3号船专门配备了各种万米级的调查神器，包括全球最先进的声学探测设备万米单波束、高分辨率万米多波束和全海深浅地层剖面仪，可以实现对万米水深下的海洋地形地貌和底质类型的初步勘探。为了取得深海样品，全船配备了四台不同类型的缆长为12000米的绞车，可以实现深海水样、沉积物样和生物样品的采集。为了保证取样成功，东方红3号船安装了动力定位系统（DP），利用船舶动力动态补偿实现船舶稳定在预设站位上。