「海洋六號」在南極給海底「量體溫」

在首次奔赴南極的中國「海洋六號」科考船上,科研人員正開展多項海洋地質和地球物理調查,他們要探索的奧秘往往潛藏在數百米乃至數千米深的海水之下,所用的技術手段正如給深海做CT、驗標本、量體溫。

做CT

放槍、點炮――在這兩個看上去頗有點「刺激」感覺的名詞背後,是「海洋六號」此次南極科考的首要任務:多道地震調查。

槍,是捆綁在鋼架上的多把高壓氣槍；炮,是氣槍每隔10秒向海水中打出的「氣炮」。如此在海水中形成的巨大聲波,可以穿過海水,直達海底岩層並形成反射,這些反射信號又被科考船身後長達1.2公里的電纜捕捉,形成基礎數據。

「海洋六號」首席科學家助理、項目負責人付少英說:「如果把海底比作人體,那麼多波束、淺剖等技術往往只能檢查到海底的皮膚層和皮下組織。而多道地震調查就如同做CT,可以檢查到海底岩層的骨骼與內臟,從而更加真實地再現海底世界。」

在科考船的駕駛台里,懸掛著一張巨大的彩色海圖。縱橫交錯的航線在上面形成了一幅類似魚骨架的航行圖。「海洋六號」首席科學家何高文介紹說,為了準確描繪出科考船所在的南設得蘭群島以北海域的深層地質構造情況,科考船必須嚴格按照線路行駛,通過持續作業積累數據,再由後方處理形成可以清晰判斷不同地層、不同構造的圖像和數據,這不僅給作業方法、數據精度提出了很高要求,對於船舶定位、航行與作業配合也提出了很高要求。

中國多道地震調查起步較晚,但緊隨國際科技進步的腳步,技術提升速度並不慢。以「海洋六號」為例,從中國近海到太平洋的遠洋、深海,再到南極海域進行相關調查,顯示出中國海洋地球物理探測能力已經取得長足進展。

驗標本

很多人在醫院檢查時都有這樣的經歷:CT、核磁共振這些「高精尖」檢查要做,驗血、驗尿這些基本手段也不可或缺,沒有標本檢測與儀器診斷相驗證,醫生判斷人體狀況的準確度就會下降。

「海洋和海底勘測也是一樣,也要標本檢驗和儀器測量相驗證,」付少英說,「不同深度的海水、海底表層的沉積物,都能為地質構造和演變提供重要參考信息。」

可是和人抽血、驗尿不同,想從深海和海底弄點標本上來,可不是件容易事。這往往意味著要把「插管」投進數千米深的海水中,再穿透海底淺表層的沉積物,抓取幾米或者十幾米的樣品回來；或者精準測量海水深度,及時採取到適應水樣。

以「海洋六號」使用的重力柱取樣為例,要用600公斤的圓形鉛塊排列成組,與空心鋼管連接組合成一枚巨大的錐體,由鋼纜牽引投向南極冰海,再加上200公斤的重鎚相伴而至,才能將長達9米、粗如成人手臂的空心管插入海底泥中。

溫鹽深測量與取水則由24隻取水「瓶」像花瓣一樣排列一圈,同樣以鋼纜牽引投入南極冰海。它們在以間隔5秒的頻率記錄海水溫度、鹽度和深度以及溶解氧成分等數據的同時,還會每隔一定深度自動採集海水,最終獲得這個海域從海面到海底的不同層次水樣水文數據和實物樣品。

在8日進行的上述工作中,「海洋六號」科考人員採集到了來自3600米深度的南極海底泥與底層海水。來自同濟大學的科考人員肖文申說,這些取自深海的樣本中含有大量的地質與環境信息,可以為地球地質與環境演變提供重要參考。

量體溫

正如給人量體溫可以判斷身體情況一樣,「海洋六號」在南極也要給海底「量體溫」。何高文介紹說,儘管南極海域覆蓋在冰冷的海水之下,但海底表層受地心岩漿和板塊運動影響,仍然具有溫度,測量不同地層深度的溫度,對於了解地殼運動和地質變化具有重要意義,「我們這次選擇的海域是一個古老闆塊曾經活動的區域,在南極海域板塊中具有獨特性」。

但給海底「量體溫」也要比給人量體溫麻煩得多。在「海洋六號」上,科考人員要在鋼管上綁定若干個溫度探針,再將這些鋼管投入海底進行測量,同樣對於精準定位和地質狀況研判提出了很高要求。

「海洋六號」首席科學家助理趙慶獻總結說:「從技術水平上來說,我國海洋地球物理探測已經基本達到國際一流水準,我們的重力柱取樣最大可以做到18米深,在全球都屬於前列。但也要看到,我們使用的很多設備包括溫鹽深探測儀,還依賴從國外進口,未來形成我國自主的海洋地球勘探高精尖設備,應該是重要的突破方向。」