汪品先：從海底看地球能看到什么

　　“人類歷來是在海洋之外看海洋，看到的只是一個單向運動的世界；而當人類潛入深海，立足海底向上看，才會看到更多的精彩，獲得更多的發現。”

　　隨著中國經濟和科技水平日新月異的發展，國人“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”的豪情亦是節節高漲。近年來，如火如荼的載人航天、探月工程將人們的視線引向廣袤的太空，而與此同時，方興未艾的深海探測工程又使得大家將關注的目光匯聚在蔚藍的海洋。

　　日前，中國科學院院士汪品先應中國科學院海洋研究所邀請，在其所慶60周年慶典上作了一場題為《從海底看地球》的報告，引起了廣泛關注。

　　報告中，汪品先指出，從海底看海洋是一個新的角度，應當下到海底看地球，建立海底觀測網絡，開展深海科技與技術研究，向深海進軍。

　　汪品先說：“人類歷來是在海洋之外看海洋，看到的只是一個單向運動的世界；而當人類潛入深海，立足海底向上看，才會看到更多的精彩，獲得更多的發現。”

　　“海底是‘漏’的，有下去的水，有上來的水。上來的水中，熱的叫熱液，冷的叫冷泉。海底以下的地下水，被比喻為‘海底下的海洋’。”汪品先說，“深海熱液不但會形成‘黑煙囪’，還會在其周圍形成特殊的生態系統，它是一個不靠陽光、不靠光合作用，而是依靠地球內部熱量進行化學合成作用的‘黑暗生物群’。近年來，我國‘大洋一號’考察船與美國伍茲霍爾海洋研究所合作，首次發現了西南印度洋‘超慢速擴張’洋中脊的熱液噴出口。現在，在世界三大洋甚至北冰洋都采集到熱液口的硫化物和‘黑煙囪’。”

　　據汪品先介紹，全大洋海水每隔500萬～1100萬年都要到海底熱液系統里循環一周；如果把洋中脊兩翼的擴散對流也算上，循環周期減為100萬年。地球內部產生的熱通量，25%～30%由大洋熱液系統向外輸送。“這些都是影響到海水成分、影響地球環境的大事情”。

　　與熱液相對的是深海冷泉，最有名的是天然氣水合物，也叫“可燃冰”。它不光是一種潛在的能源，也是一種環境因素：只要溫度上升或者壓力減小，海底的可燃冰就會分解，甚至噴溢出來。“另外，冷泉在海底會形成碳酸鹽，形成特殊的冷泉生物群。”汪品先解釋說。

　　除熱液、冷泉之外，第三種水就是海底溢出的地下水。“實際上，世界各地海底都有地下水出來，在岸邊的可能是淡水，大洋底下的可能是咸水”。從香港吐露港到舟山群島，都發現有淡水從海底溢出。有人研究后提出，大西洋的海底地下水輸入量與河流的輸入量相當；美國一條小河的測試表明，海底地下水輸入海洋的碳，居然比河流輸入的還多。

　　汪品先說，海洋是一個雙向系統，海面和海底是能量和物質的上下兩個來源；海底是“漏”的，既有海水滲入地殼，又有流體從海底溢出，將海底以下以至于地殼深處的物質帶入海水。因此，深海海底是地球表層和地球內部之間的窗口，從海底就可以看到地球內部發生的一些事情。

　　水和碳是全球變化的兩大要素，也是目前被廣泛關注的問題。但鮮為人知的是，水和碳都會循環到海底底下，也會從海底底下循環上來。

　　人們常說“海納百川”，但汪品先在介紹水循環時指出，水到海底并沒有結束，還要繼續往下走，進入地殼甚至循環到地幔里去。水本來是無法進入地幔的，但有了礦物（蛇紋石）作為載體，就可以進入地球深處。一旦橄欖石由地幔上升到海底，吸收水分后就會變成蛇紋石，叫做蛇紋巖化。蛇紋石含水量達13.8%，是向地幔送水的載體。從橄欖石變成蛇紋石的過程要吸水，每立方米橄欖石的蛇紋巖化需用去300公斤水，同時放出6.6億焦耳能量。大西洋Lost City低溫熱液作用形成碳酸鹽的“白煙囪”，能源就是橄欖石的蛇紋巖化。等到蛇紋石隨著板塊俯沖到地球深處，又會把水送出來，如此進行著地球深部與表層的水循環。

　　汪品先在談到碳循環時表示，地球內部有碳是公認的， 但對碳的數量估計眾說紛紜。有人推測地球內部的碳占據重量的0.07%，也有人估計占1.5%，相差20多倍。俄羅斯很早就有學者提出石油天然氣的“無機成因學說”，其出發點也是地球深部有碳。地幔里有金剛石、火成碳酸鹽，而地核里碳可能更多。大家熟悉的可燃冰，它的碳和能量從哪里來？是不是從地球內部來？這一直是一個爭論。

　　汪品先認為，人們對于深海碳循環知道得太少，其中一個關鍵環節就是微生物的作用。海洋生物量的90%屬于微生物，海水里90%的有機碳是只能為微生物所用的溶解有機碳；水深越大，微生物的作用也越大。海底的沉積物、甚至于玄武巖里，也都存在大量微生物，幾十萬年甚至幾百萬年前的微生物還在生存。這種海底以下的“深部生物圈”大概占到全世界生物量的30%，它們的能量從哪里來？它們的碳從哪里來？深海微生物和有機碳在碳循環中起何作用？……

　　汪品先提醒大家，深海海底是不是碳循環研究的缺口？如果確實如此，我們就疏忽了一個非常重要的碳源反應——深海海底的碳或許就是人們在研究地球上碳平衡時遺漏的重要環節。

　　此外，汪品先在報告中指出，病毒在生物循環中扮演著極為重要的角色，是深海海底碳循環中的重要一環。在深海海底，病毒是微型生物群的主要“殺手”，在深海碳循環中起重要作用。他認為，深層水的演變可以影響“深部生物圈”，有可能是大洋碳儲庫長周期的變化機制。

　　“我們從海底看地球內部，不光有水循環，還有碳循環。深海海底是離地球內部最近的地方，也是將來鉆穿地殼的地方，更是我們研究地球深部的窗口。這應該是我們需要關注并投身其中的一個新領域。”汪品先高屋建瓴地說。

　　回顧科學發展歷史，觀測地球系統有三個平臺：第一個平臺是在海面和地面的觀測，第二個平臺是在空間通過遙測遙感來觀測地球，第三個平臺是人類潛到海底，到海底進行觀測，即建立海底觀測網。

　　海底不僅向上可以觀測水層、向下可以觀測地球內部，而且是觀測海洋最安全的去處——不受海洋風浪、能源等限制，能長期連續實時原位地觀測海底以下地震、地殼內流體和生物等活動。

　　隨著技術水平的不斷提高，在海底設立觀測網已經標志著海洋科學的新階段：從船上的“考察”發展到在海洋內部的“觀測”。

　　據汪品先介紹，美國的海底觀測始于冷戰期間的軍事需求。冷戰結束后，這項技術轉為民用，被科學家用來監測海底的地震波和鯨魚群的活動與遷移。自上世紀90年代至今，美國從近岸淺海海底觀測站開始，至今已在幾千米的深海海底建造了用上千公里光電纜連接的海底觀測網。目前，海底觀測計劃正在發達國家積極推行。

　　汪品先表示，這是海洋科學的一場革命性變化：不再是從海里采樣送到實驗室分析，而是把實驗室送進海里去。通過聲學設備、水下質譜儀、微型基因組探頭以及海底井下實驗裝置、海底化學與生物學實驗室等，來監測海底地震，觀測“海底下的海洋”及其生物地球化學過程，實現原位實時的觀測，從而改變人類與海洋的關系。

　　汪品先在報告中還提到對海底甲烷滲漏的觀測——這種應用在墨西哥灣海底井噴事件發生后變得尤為突出。隨著世界深海采油量的日漸增多，如何保證它的安全已成為無法忽略的問題。為保障海底采油的安全、檢測海底井下碳積存，美國和挪威正在實施海底油田長期觀測項目，包括海底井下連續觀測和海底連續地震觀測等。汪品先強調，對海底甲烷滲漏的觀測也是深海觀測的重要任務，我國亦應加強這方面的部署。

　　2009年春，東海小戢山已建成我國第一個小型海底觀測試驗站，這標志著我國邁出了海底觀測系統建設從無到有的第一步，現在正期盼著“十二五”期間國家的海底觀測網建設計劃。

　　“我國的海洋事業正在經歷鄭和下西洋六百年來最好的時機，我們現在確實要向深海進軍了！”汪品先興奮地說。

　　今年8月，56位院士向國務院領導提出建議，要爭取設立深海科學工程專項。其中提出，從“十二五”開始，建造我國自己的深海鉆探船、海底觀測網、深潛設備等一系列深海高新技術裝置，同時建設科學和技術相結合的深海基地。這引起了國務院領導的高度重視。

　　同時，國家自然科學基金委最近批準的“南海深海過程演變”重大研究計劃，也將于2011年1月1日正式啟動。該計劃預計用時8年，政府投入1.5億元人民幣。

　　汪品先說：“該計劃從現代過程和地質記錄入手，解剖一個邊緣海的發育史。通過對地球物理與地球化學的研究，構筑其生命史的‘骨架’；通過對深海沉積學與古海洋學的研究，來研究其生命史的‘肉’；通過對生物地球化學的研究，來研究其生命史的‘血’。我們希望構筑一部‘有血有肉’的南海歷史。”

　　“然而深海和海底研究絕不是海洋地質一家的‘ZL’，它是海洋科學各個學科共同發展的新天地，也是發展地球系統科學的捷徑。中國地球科學的‘海、陸、空’三軍當中，‘海軍’起步最晚，我們只有另辟蹊徑，爭取超水平發揮，才能符合我國發展的需求，才能與國際潮流同步。”汪品先說。