碳与海啸

　　我们对超深渊带的研究十分有限，所以“海神”号或其他超深渊任务带回的任何数据，都能帮助我们实现多学科的重大突破，比如，弄清一个关键问题：到底有多少碳飘落或滑落到了那些海沟里。

　　对海洋生物来说，碳基分子就是食物。倾泻而下的“碳流”中含有各种成分，例如藻类和鱼类尸体、浅海“居民”的排泄物。越往深处走，“碳流”就越弱，因为大部分碳基分子在下沉的过程中被消耗掉了。不过海沟的作用也可能类似漏斗，从上方海水中沉降下来，以及沿着海沟峭壁向下飘落的沉积物，也会带来有机物，并富集在海沟底部。在这种碳富集的地区，生物学家也许能找到更为丰富多样的生物；而且，充足的食物意味着那里的动物或许比我们想象的更大、更多。

　　地球化学家也对碳的问题情有独钟，因为人类和大自然释放到大气中的二氧化碳有40%～50%被海洋吸收，这减缓了温室效应。研究人员认为，也许有大量碳被埋进了海床，但他们完全无法确定海沟里到底有多少碳。“海神”号将搜集沉积物样品，供超深渊生态系统研究计划小组分析碳含量。他们还将测量氧含量以评估海沟底部的生物活跃度(biological activity)。“我研发的氧传感器，能在海洋最深处使用，我盼着它早日派上用场，”德拉森说。地质学家则对海沟的另一个问题很感兴趣，同时也是公众的兴趣(或者说痛处)所在。

　　2011年，日本东北地区海域发生9级强震，引发剧烈海啸，导致福岛核反应堆发生核泄漏，那次地震的源头正是日本海沟。日本海洋与地球科技研究社的北里浩(Hiroshi Kitazato)表示，那里居然会发生这么强的地震，这让许多科学家都深感震惊。科学家曾利用海面科考船钻探日本海沟，采集沉积物核心的样品，也曾利用可潜到7000米深度的机器人搜集到少量岩石样品。

　　但实际上，日本海沟的深度比这个机器人的最大下潜深度还要再深1500米，而且震源还在海床之下很远。太平洋海啸预警中心(Pacific Tsunami Warning Center)的地球物理学家杰勒德·弗赖尔(Gerard Fryer)说，研究人员甚至不清楚该如何探索这样的区域。“如果我们能观测到下面的一些情况，一定会很有收获。”来自海沟深处的岩石样品能帮助我们了解断层带的压力情况，而更多的沉积物样品则可以帮助研究人员根据海沟沉积物的类型预测地震的烈度。

　　地质学者还希望通过探索超深渊带，了解另一个地质过程——蛇纹岩化(serpentinization)。在漫长的地质时期，构造板块如何在不断形成、破裂的过程中达到平衡？科学家认为，蛇纹岩化假说是理解这个问题的关键。当两块构造板块迎头相撞，板块遭到破坏，一块滑到另一块下面，就形成了海沟。此时，大部分物质融化了，水和特定岩石发生反应，生成蛇纹岩，这一过程正是保持构造板块平衡的关键所在。

　　伍兹·霍尔海洋研究所的地质学家丹尼尔·利萨拉尔德(Daniel Lizarralde)说，来自海沟的岩石和沉积物样品，以及对海沟进行实地观测，可以帮助我们验证各种理论。“海神”号将通过这次的克马德克探索任务，或是今年晚些时候的马里亚纳探索任务，带回这些信息。“蛇纹岩化过程的假说很合理，但实际情况是否真的如此？我们即将首次确认这一点。”弗赖尔说。

　　生命的摇篮

　　蛇纹岩化或许还能部分解答另一个终极问题：地球上的生命是否诞生于深海中。蛇纹岩化过程会释放出热量、氢、甲烷和矿物质——这正是化学基(chemical-based)，或称化能合成(chemosynthetic)生命的“配方”。在深海中的某些地方，生命所需的能量来自化学反应，而不是来自太阳的光合作用。某些科学家据此推测，生命可能诞生于深海热液孔(hydrothermal vent)附近——在海床上的这些孔洞中，海水不断浸入下方的岩石，而后又带着热量、化学物质和矿物质喷涌出来，如此循环不息。有很多人都见过巨型管虫(huge tube worm)的图片，它正是在这样的地方被发现的。

　　不过，热液孔的存在一般都很短暂，所以有科学家怀疑，这样的地方是否真能哺育生命。更新的假说认为，是蛇纹岩化过程，哺育了最初的生命，因为它波及的地域更为广阔，在地质年代中持续的时间也要长得多。卡梅隆表示，正是这一假说激起了他探索挑战者深渊的热情，“我觉得自己似乎正凝视着生命的摇篮。”事实上，在卡梅隆正式出发前的实验性下潜中，他的小组曾向赛琳娜海渊(Sirena Deep)派遣过一台装载着设备的海底车。赛琳娜海渊的情况和挑战者深渊十分相似，只是略浅一些。那辆海底车实际上是个由玻璃纤维制作的箱子，大小和冰箱差不多，上面装着水样采集器、带诱饵的采样器、摄像机和其他设备。有一次，它正好降落在一个物体面前，该物体看起来像是一张白色的微生物纤维毯。“这就像是闭着眼睛扔飞镖，结果正中靶心，”卡梅隆说。

　　美国航空航天局喷气推进实验室(JPL)的行星科学家兼太空生物学家凯文·汉德(Kevin Hand)也参与了那次探索，白色物体就是他从视频资料中发现的。海底车着陆时一定溅起了一些微生物，然后采样器捕获到了这些样品。早前的研究结果表明，这些细菌携带有特殊的基因，能利用蛇纹岩化过程释放的化合物来产生能量。在那些最深的海沟中当然也存在热液孔。浅海热液孔中发现的物种已经够奇怪了；超深海沟的底部水压巨大，到时候会发现什么奇异的生物，谁也不知道。

　　深海的竞赛

　　科学家列出的超深渊带探索进程表令人激动，不过目前，这些计划还很难完成，因为他们手上只有“海神”号这一架主力潜水器。卡梅隆已授权伍兹·霍尔海洋研究所使用他的潜艇，包括潜艇涉及的专利技术，不过出于保险方面的原因，目前该研究所还没有为这艘潜艇安排任务。

　　到2015年底，科学家手头可用的潜水器会增加一些。谷歌公司执行董事长埃里克·施密特(Eric Schmidt)及妻子温迪·施密特(Wendy Schmidt)创立的施密特海洋研究所(Schmidt Ocean Institute)正携手伍兹·霍尔海洋研究所研发“海神”号的替代品——N11K潜水器。这架新潜水器将装备更好的取样装置，机械臂也将从一条增加为两条，这样它就能用一条机械臂抓紧海床，然后用另一条进行真正的挖掘(本文作者正是施密特海洋研究所的媒体传播顾问)。

　　至少在接下来几年内，载人潜艇还不太可能扮演重要角色。同太空计划一样，在深海探索领域，载人探索的优缺点也同样备受争议。尚克和弗赖尔的观点是，在黑暗的深海中，摄像机无法代替人眼的三维视力。

　　卡梅隆补充说，载人任务能激励更多的人去探险(见“采访”)。的确，维珍集团(Virgin Group)创始人理查德·布兰森(Richard Branson)和搭档克里斯·韦尔什(Chris Welsh)计划研发一艘单人潜艇，逐一造访5大洋(其实5大洋的分界线也很模糊)的最深点。不过，他们研发的原型机的透明穹窗出了点问题，拖慢了研究进度。

　　美国特里同潜艇公司(Triton Submarines)设计了一艘可执行超深渊带探索任务的三人潜艇，但还没筹到足够的资金来建造它。中国最近有一艘可潜到7000米深度的载人潜水器(“蛟龙”号)投入使用，同时中国还在研发能全面探索超深渊带的新潜艇。日本也有同样的计划，不过这两个项目的完成都还遥遥无期。

　　美国航空航天局喷气推进实验室的汉德正在设计一种小型自动潜水器，能够从一艘小船侧面批量发射。他说，这种潜水器的造价大约是每部10000美元，这样就有可能实现编队探索，损失一部潜水器也不会带来太大的麻烦。汉德正与喷气推进实验室和卡梅隆小组的工程师一起，寻求美国航空航天局的资金支持。“他们向火星和更远太空发射的自动探测器，积累了不少经验教训，我们希望能够将这些经验用于海洋探索，”汉德说。

　　随着探索技术的进步和资金的积聚，研究人员将面临一个愉快的挑战：确定接下来该探索哪条海沟或海槽。南极洲北面的南桑德韦奇海沟(South Sandwich Trench)深8428米，那里的环境和其他海沟截然不同，生活的物种或许也迥然而异；波多黎各海沟(Puerto Rico Trench)也许能提供有价值的信息，让我们明白海沟之间的联系；超深渊带里还有一些开阔的海底平原，研究人员很乐意比较一下它们与海沟的异同。

　　弗赖尔正在努力筹集资金，希望举办一个研讨会，让全世界的深海科学家齐聚一堂，探讨未来最佳的深渊探索方向和方式。现在，在深渊探索项目方面，各国还只是各自为战；和外太空探索的情况一样，在深海探索领域，国际合作才是利用资金和人才的最有效方式，各国闷头竞赛绝对不是好办法。“我觉得全世界的海洋科学家已经做好准备”，去完成系统性的超深渊带探索计划，弗赖尔说。对此，德拉森表示赞同，“现在，我们已经有了探索超深渊带的技术。人们已经迫不及待了，让我们起航吧”。

　　本文译者 阳曦，毕业于北京航空航天大学，自由撰稿人、自由译者、专栏作者，专注于科学报道及幻想文学，已出版译作《赶往火星》、《美国国家地理少儿百科》、《元素的盛宴》等。

　　(本文由《环球科学》(《科学美国人》中文版)授权转载)

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