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“十三五”海洋領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃

出品：科普中國 

制作：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 王苻歡 

監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心 

說到深海，人類的足跡恐怕沒有去宇宙的多。目前，只有三人成功下潛至馬里亞納海溝，他們分別是:美國海軍中尉唐·沃爾什、瑞士工程師雅克·皮卡德、世界著名導(dǎo)演卡梅隆，這比登上月球的人少了四分之三。

超聲波成像下的馬里亞納海溝

雖然人跡罕至，但馬里亞納海溝對地球的環(huán)境調(diào)節(jié)起著重要的作用。

經(jīng)采證，在馬利亞納海溝中發(fā)現(xiàn)的碳量甚至高于6km深的海溝，這些碳目前推測是由細(xì)菌轉(zhuǎn)化而來，可見馬里亞納海溝對地球碳循環(huán)方面的作用還是十分重要的。對馬里亞納海溝碳的轉(zhuǎn)化量進(jìn)行量化，進(jìn)而科學(xué)家們可以計(jì)算出海溝對地球大環(huán)境具體的調(diào)節(jié)量。

怎么樣？海溝聽上去還是蠻有意思的吧，但是以后再也不用人親力親為地去探險了，未來的水下機(jī)器人能搭載多種傳感器，可以完全勝任勘探工作。

就在幾天前的4月21日，我國的“向陽紅18”科考船又一次來到了馬里亞納海溝附近。這次“向陽紅18”搭載著31套我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“海燕-4000”級水下滑翔機(jī)和“海燕-10000”米級水下滑翔機(jī)等設(shè)備奔赴馬里亞納海溝，下潛最大工作深度達(dá)到了8213米，刷新了下潛深度的最新世界紀(jì)錄。深海設(shè)備的發(fā)展給人類帶來了大量寶貴的數(shù)據(jù)，人類必將最后揭開深海的神秘面紗。

海燕系列水下滑翔機(jī)入水圖片 

如果你覺得在馬里亞納海溝探索還是一件遙遠(yuǎn)的事，那我們說說近海岸海底的情況。在稍微近一點(diǎn)的海岸海底，我們發(fā)現(xiàn)了可燃冰的蹤跡。

全球可燃冰分布圖

難道深海里沒有可燃冰，或者其他能源物質(zhì)？并不是！只是現(xiàn)在我們連近海的能源還沒有開發(fā)完全。任何科學(xué)的大發(fā)現(xiàn)，基本都是經(jīng)過了幾代人的努力才最終改變了人類的生活方式的。比如可燃冰的發(fā)現(xiàn)過程：

1810年英國化學(xué)家Sir Humphry Davy在實(shí)驗(yàn)室制出籠形水合物，其實(shí)就是一種水氣分子類冰，這可以說是可燃冰類氣水混合物頭一次公開問世，雖然當(dāng)時還很不被大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)可。

英國化學(xué)家Sir Humphry Davy

到了1960年，俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了自然界天然氣水合物自然存在的重大證據(jù)，就是后來的可燃冰。

可燃冰

2011 年，我國啟動國家可燃冰計(jì)劃，周期為20年，并于2017年5月18日，我國在南海北部神狐海域進(jìn)行的可燃冰試采獲得成功，成為全球首個在海域可燃冰試開采中獲得連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家。

2017可燃冰試采成功

2017年9月，我國南海海域首次發(fā)現(xiàn)裸露在海底的可燃冰。2017年11月 3日，國務(wù)院批準(zhǔn)將可燃冰列為新礦種。

可以說，從1810年實(shí)驗(yàn)室理論發(fā)現(xiàn)可燃冰，到2017年我國試采可燃冰成功的過程，這一過程經(jīng)歷了207年，這其中離不開以上這些科學(xué)家的共同努力。

然而，人類探索自然的腳步從未停止過，無論是開采可燃冰，探索馬里亞納海溝，還是以后我們有可能在海底棲息，這些其實(shí)都離不開深海技術(shù)的支持。

目前從類型上看，深海技術(shù)主要可以分為深海之探測技術(shù)、深海之資源開發(fā)技術(shù)、深海之空間利用技術(shù)以及深海之裝備技術(shù)。

深海之探測技術(shù)是針對有關(guān)深海資源、構(gòu)成物、現(xiàn)象與特征等資料和數(shù)據(jù)的采集、分析和顯示技術(shù)，是深海開發(fā)前期工作的重要技術(shù)手段。

海洋調(diào)查船和潛航器將會是是深海探測的重要技術(shù)裝備

深海之資源開發(fā)技術(shù)是針對深海大洋中資源和能源的開發(fā)技術(shù)，包括以石油、天然氣、煤為主的碳?xì)浠衔锏挠蜌赓Y源開發(fā)技術(shù)；從海底開采或從海水中提煉的固體礦物的礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)。

核動力水下供能及水下開采作業(yè)平臺

深海之空間的利用，包括海上、海中和海底三部分。目前深?？臻g的利用已從傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸，擴(kuò)大到通信和電力輸送、儲藏和軍事等各個方面。而且可以為科學(xué)家提供原位數(shù)據(jù)，使人們的生活范圍拓展至水下，未來水下有望成為人類的棲息地。

我國的“龍宮”號深?？臻g站

深海之裝備技術(shù)是指為深海開發(fā)提供保障和裝備的技術(shù)，即包括用于深海作戰(zhàn)的各類遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)艦艇，也包括用于深海探測與資源開發(fā)的民用裝備技術(shù)，如航空母艦技術(shù)、巡洋艦技術(shù)、驅(qū)逐艦技術(shù)、護(hù)衛(wèi)艦技術(shù)、兩棲戰(zhàn)艦技術(shù)、潛艇技術(shù)、載人和無人潛航器技術(shù)、深海鉆采平臺技術(shù)、海洋調(diào)查船技術(shù)以及各類資源開發(fā)船舶技術(shù)等。

深海技術(shù)的部分裝備

當(dāng)然，以上提到的這些技術(shù)不是作者拍腦門想到的，各國對深海中蘊(yùn)藏著的豐富的海流能、波浪能和溫差能早有利用。

如：1799年法國人申請了世界上第一個波浪能技術(shù)專利；2016年美國能源部水能技術(shù)辦公室提出到2030年波浪能技術(shù)均化發(fā)電成本下降至0.84美元每千瓦時，潮流能技術(shù)均化發(fā)電成本降至0.58 美元每千瓦時。

目前我國的863計(jì)劃和十三五規(guī)劃也在多個項(xiàng)目上重視發(fā)展海洋領(lǐng)域相關(guān)的項(xiàng)目，也取得了一些比較重要的成果。

如：2014年我國的深海裝備——“海馬”無人潛水器作業(yè)系統(tǒng)成功下潛到4500米水下。這次下潛成功，使我們自主研發(fā)的大深度無人ROV實(shí)現(xiàn)了突破性的進(jìn)展。

“海馬號”無人潛水器

還有在2015年，蛟龍?zhí)栐谟《妊蠛５装l(fā)現(xiàn)了一處熱液噴口，并發(fā)現(xiàn)了許多新的動物種類。海底溫度最高可達(dá)379℃，竟然有可以抵抗70-80℃的水溫以及高壓的生存環(huán)境的生物大量富集，這些生物的發(fā)現(xiàn)，顛覆了人們之前對深海海洋的認(rèn)識，對生物醫(yī)藥界都會產(chǎn)生一系列深遠(yuǎn)影響。但是，海洋下的“大煙筒”具體的生態(tài)環(huán)境，以及具體的環(huán)流方式還需要科學(xué)家們不斷地探索。

可以生活在80℃海水里面的龐貝蟲

2017年，我國載人潛水器——“蛟龍?zhí)枴蓖瓿闪嗽隈R里亞納海溝6699米的下潛任務(wù)。主要任務(wù)是對海底進(jìn)行了沉積物取樣，攝像，微生物和生物采樣。這是我國對深海又一次大邁步。蛟龍?zhí)柹詈Ｌ綔y的屢屢成功，預(yù)示著我國在深海潛艇的外殼研制、水下監(jiān)聽系統(tǒng)升級已經(jīng)具備了一定實(shí)力。

“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器

縱觀中國歷史，我們從來沒有像今天這樣重視海洋，我國有漫長的陸岸線和島岸線,有美麗而且富饒的南海。這一切都需要我們有強(qiáng)大的海上實(shí)力，無論是科學(xué)考察實(shí)力還是海上的軍事實(shí)力，因?yàn)槲覀兊膶毑夭粌H在陸地上，也在海洋里，更在深海里。

參考資料：

Makogon Y F, Holditch S A, Makogon T Y. Natural gas-hydrates — A potential energy source for the 21st Century[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering, 2007, 56(1–3):14-31.

劉淮.國外深海技術(shù)發(fā)展研究[J].船艇,2007(02):30-41.    

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