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海洋科普-韓喜球:走向深藍,探尋海底的奧秘

2019-05-20 14:10作者:韓喜球

浩瀚的宇宙固然廣闊,波瀾起伏的大海更加氣勢磅礴!我們為什么要探索海洋?大家知道,21世紀人類社會面臨著三大難題:人口膨脹、資源短缺、環境惡化。全球每年凈增人口約7700萬,預計2025年地球人口將達到80億。我們每時每刻,都在消耗地球上的礦產資源。據統計(2011年),每個美國人年均消耗約19噸礦物、金屬和燃料,一生(按照78歲)平均需消耗約1500噸。當前,全球人口已經突破了70億,若按人均年消耗10噸資源估算,每年需要在地球上開礦700億噸!一個個觸目驚心的數字,成為人類巨大的挑戰。而另一邊的海洋,卻是資源的寶庫、人類活動的新空間!


海洋里面有些什么呢?

我們知道,地球上的生物離不開太陽,時時刻刻、分分秒秒吸收著來自太陽的能量。也就說,我們地球上的生物生活在陽光生物圈里。在這里,植物通過光合作用,把無機碳(CO2)固定,轉化為有機碳,如葡萄糖、淀粉等,形成了一個復雜的生物鏈、生物圈。由于依賴陽光,在水深小于50米的大陸架淺海區,生物量和密度最大,但隨著深度的增加,生物量顯著減少,到深海大洋,生物數量更是顯著降低。

然而,在深海里存在著一個黑暗生態圈。比如,在海底熱液噴口和冷泉噴口等處環境極端惡劣,這里高壓、缺氧,這里富含甲烷、硫化氫和重金屬,但這里沒有陽光,卻存在著生命的綠洲,這里繁衍著大量的微生物,組成了一個黑暗的生物圈。在這里,萬物生長可以不靠太陽。這里的初級生產者是細菌和古菌,初級能量來源于細菌和古菌通過氧化環境中的硫化氫和甲烷獲得化學能來還原CO2,制造有機物。也就是說,在黑暗生物圈里,存在的是基于化能合成的食物鏈。


海底還有哪些礦產資源?

先來了解一下海洋區域的劃分,我們的海洋可劃分為大陸架、大陸坡、洋盆以及海嶺。在各個區域存在著不同種類或者不同量級的礦產資源。大家知道的“可燃冰”,也叫天然氣水合物,被稱為21世紀的新能源,這是水和天然氣分子(以甲烷為主)在高壓、低溫條件下形成的固態化合物。世界海底天然氣水合物約含有1.1萬億噸甲烷,是所有化石燃料,包括煤、石油和天然氣中碳含量總和的2倍。

另一種是多金屬結核,主要分布在4000~5000m的大洋盆地。世界深海底結核總儲量約15000~30000億噸,僅太平洋表層1m沉積物中的結核就有1萬億噸,從中可提取錳2000億噸、鎳90億噸、銅50億噸、鈷30億噸,分別相當于其在陸上儲量的200、120、15和1250倍。

第三種是富鈷結殼,其主要分布在與海山上,含Mn、Fe、Cu、Co、Ni等多種金屬,其鈷含量遠高于多金屬結核和陸地鈷礦,同時富集鉑族貴金屬元素。

另外就是多金屬硫化物,主要分布于海洋中脊和弧后盆地擴張中心,為高溫含礦熱液與周圍海水混合后快速沉淀的產物。主要由磁黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦等硫化物組成,富含金銀鉑等貴重金屬元素。


海洋探測的奧秘

深海資源如此豐富,我們要去探測可燃冰,去尋找海底礦產,尋找海底煙囪。第一步則是要繪制出海底地形圖。目前采用聲吶探測,即在船上用聲吶測出哪里深哪里淺,進而繪制海底地形圖。第二步探測海水中的熱異常。第三步則近底觀察。第四步進行地質取樣。2017年2至4月,中國大洋38航次第一航段,乘蛟龍號載人深潛器遨游印度洋洋底,觀察到了海底“黑煙囪”。在臥蠶1號熱液區,發現了17處活動煙囪和煙囪群,8處非活動煙囪群。

可以說這些發現只是海底小小的一部分,海洋這么大,還有更多奇形怪茂,更多謎底和奧秘,需要我們更多人、投入更多時間、精力去探索!