第470期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《挑战深渊》
讲座题目：透视新科技——挑战深渊
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：叶 聪，中国船舶702研究所工程师、奋斗者号总设计师。
徐奎栋，中国科学院海洋研究所研究员。
讲座时间：2023年7月3日～7月9日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——挑战深渊
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。在地球上有一些地方是人类未曾到过的，比如说万米深渊，那里的特点，是一片黑暗，氧气稀薄，并且存在着巨大的压力，几乎很难看到生物的生存。那就在2020年的时候，我国的科学家利用深海潜水器到达了这里，他们为什么要挑战这样极端的环境呢？通过短片来进入我们今天的节目。人类对于海洋的探索远比我们想象的要早，这是公元1717年，一位英国天文学家艾德蒙·哈雷，所设计出的潜水钟。钟体由玻璃制成，空气被储藏在下方的箍铅木桶中，通过管子输送到潜水钟内。据说这样的设计能在18米的水深中，停留1.5个小时。在后续的300多年中，人类不断研究着如何能在水中获得氧气，如何能进入更深的海洋中。在公元1934年，两位英国海洋生物学家设计的空心潜水球，进入海底934米的深度，并成功返回海面。在往后的历程中，美国载人潜水器率先进入了万米深渊，可惜的是由于科技手段不够，两位潜航员只在万米待了20分钟，并没有突破性的科学发现。而其他国家对深海载人潜水器的挑战，都停留在7000米左右的深度，直到2020年11月28日，中国科学家乘坐载人潜水器奋斗者号，到达了10909米的深度，这是我国载人潜水器首次突破万米，也是全球第二个到达万米深渊的国家。中国对深海的挑战都经历了哪些惊心动魄的故事？在万米深渊中，他们又会有哪些新发现呢？
好，短片过后，欢迎回到我们演播室当中。我们首先给大家介绍一下，今天请来的两位嘉宾，第一位是中国船舶702研究所的工程师，同时也是奋斗者号的总设计师叶聪。接下来一位，是中国科学院海洋研究所的研究员徐奎栋。在我们很多普通人心中，深渊这个词，还是停留在一个文学层面上，所以我想问，在科学家的眼中，我们怎么定义深渊？深渊，实际上是一个深度的概念，就是海水的深度超过6000米这样的区域，我们把它称为深渊.这跟我们那个成语如临深渊、如履薄冰里面的深渊是同样的两个字，但是科学的话，它是有专门的深度的界限的。（深渊是）超过6000米深的水域，它有好多说法，也有人把它叫做海沟，或者叫超深渊，为什么界定到6000米呢？因为在6000米到4000米之间（的水域），它就深海平原的地方，然后以下是比较深的地方，就到了海沟，到了深渊。也简单地给我们介绍一下，深渊的真实的环境到底是什么样的？
深渊，我觉得最典型的特征它就是深，然后，因为我们知道这水深每增加10米，就增加一个大气压，我们如果想象到了6000米，这个水深的话，那就有600个大气压。这是什么概率？这相当于我们在指甲上，一厘米乘一厘米，差不多有600公斤的重物压在上面，这个压力是相当大的。2016年我们曾经在马里亚纳海沟，我做了一个实验，把一个方便面盒子那么大小的东西，放到6000米水深，拿上来以后，几乎就缩小到很小一点点，压成基本上就是四分之一大小的体积，压得非常小。深渊的环境，它实际上就是板块和板块之间，激烈碰撞的这样一个区位，有可能是海洋和海洋板块，有可能是海洋跟陆地板块，这样冲击的位置，往往是一条狭长型的海沟，这样的一个形状。我们对深渊的探索，到底有多大的意义，值得我们去冒这么大的风险去做呢？
深渊，它是一个奇特的存在，因为板块和板块之间的运动，然后在这个地方有特殊的地质现象，也有特别的生物的现象。到深海去可以了解海底的地质，我们的地壳这些运动。第二个的话就是，陆地上经过了多少多少个百万年，陆地上的生物曾经多少次地接近灭绝，但是海洋生命一直存在，特别是在深海。那么海洋的话可能是生命的起源（地），但是更可能的，它是一个生物的宝库，能够面临这样大的压力。氧气这么少，然后依然能够存在，它能够解答很多科学的问题，所以需要去深渊，去了解深渊，去了解地球，了解深部的地质和生物。说到这个话题，我们通过短片去看一下，中国此次要挑战的深渊，是位于西太平洋的马里亚纳海沟，形成于6000万年之前，这里目前探测出的最深处。是11000米左右，也是地球的最深处。这里一片黑暗，荒凉，寂静，仿佛毫无生机。但人类要探寻的却是那个终极的秘密，在看似不可能的极端环境下，这里到底有没有生命的存在？如果有，那么它们又是如何生存下来的呢？
不过，工程师们首先面临的难题，是如何将科学家们安全地送到万米深渊中，再返回陆地。在数十年的科技研发后，当真正进入深渊之前，他们都会有哪些准备工作呢？普通人作为这个司机来讲，我们要长途旅行的时候一定要看看车况怎么样，那你们的这个检查和准备是什么样的？实际上下潜是一个很专业的事情，我们现在有一支职业的队伍，能够保证它每次下潜前，潜水器的状态正常，就类似于我们开车一样，车胎的气打足了，油加满了，然后各个部分测试一下，短暂地测试一下是否正常，这样才会开车上路。然后把所有的工具准备好，因为现在涉及的学科越来越多，有取水样，取泥样，取生物样，包括还有一些取数据，把每个工具的这个状态检测好，并且把它下去，第一个干什么，第二个干什么，第三个干什么，如果第二个出问题，第三个干什么，这个仔细地策划好以后，就执行下潜的任务了。然后下潜之前应该来讲，首先要了解下潜点，好比这个地方的地形地貌，就是水下它的水深，包括它水文的一些情况。因为这个到了深渊，包括深海底，它有时不是那么平坦，它可能也有沟有壑，可能有些深坑这个地方，所以一定要了解清楚这个地形的情况。你们怎么来判断和选择下潜的这个路径呢？
首先，我们实际上对预计下潜的点，是会有前期的调查的，就是我们去的地方是平原，是山坡，是海沟。另外的话对海水，随着深度的变化，它的密度，海水的密度，现场密度，海水的声音，传播的速度，包括电导率啊，温度啊，都有前期的一些数据的支撑，有了这些数据的支撑的话，我们就会去计算，从水面到万米的海底，它需要多长时间，每个阶段速度是多少。另外的话，会计算我们所带的这些载荷作业工具，它在哪个地方是最佳的释放点，作业点。应该说每一次下潜，每一个步骤我们都会提前做计划，这个计划的精度的话都会到分钟级。很多人说我们既然是下潜，这跟天气（的）好坏，应该没有什么关系吧，这样（的）说法对吗？确实如果潜水器开始下潜，深度超过10米左右，就不受到水面的风啊、浪啊，或者（洋）流的影响了，整个下潜是很平稳的。但是在海上作业，天气是很重要的，特别是在西太（平洋），因为有台风，有季风的影响。刚才我也介绍到，我们不仅是潜水器在单打独斗，还有船舶要给我们提供保障。包括在水面给我们提供定位和通讯，所以船舶的运行，包括这种布放回收，它是依赖这个天气的窗口的。
我们在马里亚海沟，在西太（太平洋），如果要开展深水的作业，我们是要考虑气候的影响的，避免台风的影响，避免季风的影响。尽量选择这个海浪、风速比较合适的情况下，来开展作业。我突然有一个非常好奇的一个问题，我们的潜水器在下潜的过程当中，假如说真的要碰到一个（条）庞大的鲸鱼，当遇到这种情况的时候，我们怎么去避开它呢？这种可能性其实是微乎其微的，因为鲸鱼体型特别庞大，一旦被它碰着，可能对这个潜器，可能还是影响挺大的。但是这片海域，整个马里亚纳海沟，以及南边这片海域，它就是典型的寡营养海域，这个地方为什么，营养源非常低，然后生物量很低，生产力都特别低。因为这个生产力低的话食物就少，所以说鲸类，因为它（是）大洋洄游性动物，它一般会找有食物的地方，食物多的地方去，这片寡营养海域食物少，它通常不会来的，所以我们当时在这片区域做了五次探测，从来没发现大型的鲸鱼。但是这片海域，还有一种比较大型的鱼类，就是那种那种剑鱼，就像剑一样，它前面有一个长的物，就是它的上颌，这个鱼可以达到两三米，这前面三分之一就是长的上颌，这个鱼游得速度很快，可以达到130公里（每小时）。冲击力很强。冲击力非常强，而且它个体比较大，有些可能一百多公斤。所以这种鱼一旦碰上，那对潜水器可能影响很大，因为我们在西太平洋曾经就放过潜标，潜标不都是有一些浮球挂上，然后那个浮球其实非常结实的。
什么材质？是一种塑料，硬塑料，非常硬的，非常结实的这种浮球。有一次他们拿一个浮球，浮球上被插了一条像剑一样的东西，让我去鉴定什么东西，我一看这个很可能是一个，就是剑鱼的长的前面的哪个吻。就撞断了撞到里面，全部撞到里头，这就还是很厉害的。因为它的速度很快，个体比较大，我们可能看海洋生物的片子的时候，很多观众会看过这种动物，前面长长的剑，游速是相当快的，非常快几乎最快的鱼类了。曾经就刚才讲的剑鱼，扎在这个潜水器的壳体上，甚至被带上来过，包括国外的这个无人潜水器，就像一颗鱼雷似的，有鲨鱼去咬它，然后咬不动，鲨鱼就走了的。那当我们碰到这种鱼类的时候，我们的下潜器怎么去规避这种风险呢？我们之前也去浅海区域的时候，也做过相关的一些准备，比如说驱鲨药，在潜水器四周涂一点，另外的话就是我们还有一个特点，我们下潜的速度比较快。鱼，它可能生活在某一个深度区间，然后我们以每秒一米的速度，在下潜的时候它追不上，更多的话就是靠下潜的速度，能够不被它追上。说到这个话题，我们通过短片去看一下。
大部分的鱼类都在4000米以上的海洋中活动，当载人潜水器进入4000米以下的区域时，鲸鱼等巨型鱼类，基本就不见踪影。但其实真正的危险并不是鱼类，而是来自深海中的极端环境。海山、礁石、海沟，各种复杂的地形被隐藏在一片漆黑之中。载人潜水器在下潜时，唯一能依靠的避障科技手段就是避碰声呐。避碰声呐是一种用于探测水中障碍物，以保证船舶安全的设备。它被安装在潜水器四周及下方，最大作用距离可以达到100余米，为潜航员在碰到障碍物之前提供充分的规避时间。随着下潜越来越深，潜航员还将会遭遇哪些风险？我们在下潜的过程当中，从海面到万米的深渊，这个要经历多长时间？简单来讲是三个小时，也就是一秒钟一米，每秒一米的速度。这三个小时，你能以一个普通人的那种感受，告诉给我们，您都看到了什么，经历了什么？如果是从一个驾驶员或者潜航员的角度来讲，实际上我比较关心的就是潜水器的状态，随着深度的变化，这个潜水器的这些电池、设备，是不是有异常？另外的话，我会经常开灯，因为外面是漆黑的，我看看我带的这些设备、工具，有没有什么变化？
对于我来讲下潜和上浮的过程中，驾驶员还是比较轻松的，有时候还要跟第一次下潜的科学家聊聊天，要么是不让他们太紧张，要么是不能让他们太放松，因为毕竟是一个十几个小时的这样的一个工作。有的科学家可能第一次下潜，他很紧张，空间很小，然后就是说可能有些担心，那么这样会影响整个舱内的合作这样的气氛。作为一个经常下潜的潜航员，有必要缓解这样的一个气氛，让大家轻松一点。再过三个小时我们就到海底了，你准备好了没有，然后你有什么要求啊，可以做一些交谈，舒缓一下舱内的气氛。有的科学家太兴奋，花了这么长的时间准备，现在要下潜了，我东看看西看看，东摸摸西摸摸，有这样的想法。然后甚至问一些特别他觉得很感兴趣的问题，跟潜水器有关的，这个时候我们要适当地控制一下，所以，这也是在正式海底工作之前，潜航员和科学家之间一个很好地沟通。调节整个舱内气氛，保证这个任务的完成。太有趣了，过去我们对您的工作的理解，是每一个下潜器的这个总设计师，同时又是驾驶员，后来我们发现跟这个网约车的司机的要求差不多，还需要有服务意识。蛟龙号的时候，我们自己实际上称自己叫深海“的哥”，就是出租车司机，而且是带着科学家往沟里去的，（往）海沟里去的。
这种比喻很有意思，也很风趣。当然有的科学家呢，他既不紧张，也不兴奋，他会趴着窗户看。我们一开始也觉得很奇怪，这个科学家进了舱也不理我们，就趴着窗户看，后来知道他想知道每过一定的深度，舱外的这种发光生物的数量。比如说他会在他的小本上记着，从1000米到2000米，我看到了多少个闪光点。很认真地工作啊。从2000米到3000米看到了多少个，是一个非常负责任，非常珍惜下潜（机会），这样一个科学家，我们也是非常尊重他们的，这样的一个水下的科考的严谨作风。我们业内人士称，深渊是特殊生命的集中地，我们普通人怎么理解这句话。上世纪40年代、50年代，丹麦人（和）苏联人，然后做了13条海沟的调查，然后他们发现了300多种深渊的生物。这300多种生物当中，发现它们的100种，有三分之一就是深渊特有的，然后，这个到了80年代末的时候，也有人写过文章，就梳理了一下全球深渊的生物，差不多有800多种。其实刚才叶老师讲这个深海生物发光，我觉得还是大家比较关注的。因为到深海里面，几乎唯一的光源主要来自动物，就是深海的动物，因为它（是）漆黑一片。太奇妙了这个世界。就是它有些动物可以发光，200米到1000米这个水层里面，75%的动物都可以发光，所以科学家们有些很感兴趣，关注这个不同层深里面，海洋不同的层深里边，不同的生物。因为不同层深的生物，它发光也不一样的，中深层发光的比较多，到了海底它就相对少了，所以大家也了解这个剖面上，一个全海深的剖面上，看看生物的分布。
通过发光也可以来判断，可能什么样的生物在什么地方。所以您看到过无数次应该，给我们介绍一下是一个什么样的状态看到之后。因为我们的潜水器自身的灯光是关闭的，你靠近这个观察窗，会看见像这个流星一样划过的这样一些光点，甚至能够看出有不同的颜色，但是科学家关注它的数量和它的速度，我们不知道。我们有时候说这个感觉，夜空中的这个流星一样，划过啊。那么我们有了这种下潜的机会的话，可以做这样的工作，这个水中的发光生物，也是现在生物的一个研究热点。所以我们没有深潜经历的人，完全可以通过两位的描述想象，那是一个夜幕下繁星点点的世界。说到这个话题，我们通过短片去看一下。全世界的深海中，共有37条超过6000米的深渊。最初，科学家们认为这里没有光线，生命无法存活，是一片死寂的荒漠。但随着载人潜水器不断向深渊进发，科学家们发现，这里栖息着大量奇异的底栖生物。在深海中，有75%的深海生物都拥有发光的功能，这是它们在1.5亿年的时间里。历经了40到50次的进化后逐渐拥有的能力，这些生物为什么能在这样极端的环境下生存，这也是人类不断探索深渊的主要原因之一。当到达海底之后，科学家们又会有哪些新发现呢？
到达海底之后，我们会停留多久的时间用来工作？我们设计的海底工作时间，是六个小时，也就三个小时到达海底以后，我们会在海底连续地工作六个小时，包括坐在海底就是不动了，也包括近底的搜索航行，甚至有的时候我们会离开海底，保持一定的高度对海底进行扫测，这个我们都叫海底的作业，海底的工作时间。具体我们下潜之后，在六个小时的工作当中都有哪些工作，可以给我们介绍一下吗？不同的任务有不同的作业，有的时候我们会长期地坐底，比如说发现了一个非常有价值的对象，那么要取水样，取成就样，取岩石样，然后要布放一些作业工具，让它在水下把它启动，让它开始作业。我们在水下也要爬山，有的时候也要爬一个落差几百米甚至上千米的山，山脚下和山腰上有一些不同的样品，我们要去获取。再说上一个下潜，或者是前几次下潜，我把一个设备长期地放在海底再取样，那么我要找到它，把它回收回来，这都是我们正常的一个海底的作业。在六个小时里面，我们还要花个十几分钟，在水下吃一顿饭。因为三个小时的下潜，再加上几个小时的工作，大家可能要休息一下，饿了。所以整个这十几个小时，还是安排得满满当当的。
我特别好奇，在我们那么狭小的空间当中，我们的生活吃饭，都是怎么进行的呢？三个人待的是一个球舱，因为球形的话，耐压的效果是比较好的，但是这个球舱的内直径只有两米。实际上整个世界我们面对的就不是地球，就是这么样一个小球形舱，小的两内径两米的球舱了。我们说“厚德载物，小球载我。”载我们三个人。然后，这个球舱的话，你要三个人同时起立站直了，这空间也是不允许的，所以如果有一个人希望站立一下，疏解一下疲劳，那么另外两个人的话都要配合，往这个舱壁靠一靠，给他让出一个足够的空间来。当然我们现在有非常好的人机的设计，包括桌板，坐垫，靠垫，把手，这样可以方便舱内的人经常换一换姿势，避免这个疲劳。当然12个小时，我们里面也安排了餐食，也安排了必要的排泄物的处理，照顾到了人的疲劳，包括这个光学的疲劳。所以现在的话，原则上8岁到80岁男性女性，如果自己没有恐惧，也不会影响别人的健康，那么就可以乘坐这个载人潜水器去海底。8岁到80岁，您刚才这个信息的介绍，让我突然产生了一种好奇心，我们普通人，假如说有一天，随着科技的不断发展，也可能有机会经历这种类似旅游一样的这种下潜的探险经历吗？
载人潜水器的确是可以给普通人提供这样去深海的机会，但是现在蛟龙号、深海勇士号和奋斗者号，它的主要工作是深海的探索，所以我们还是希望更多的专业人士来参加三台载人潜水器下潜，将来会有这种旅游观光，甚至探险这种使命的潜水器出来。那个时候的话，游客也好，探险家也好，他们可以乘坐，然后利用好这个潜水器这个装备。说到这个话题，我们通过短片去看一下。与观光潜水器不同，用于海底科考的潜水器在水下需要面对更多的挑战，即使在设计之初已经考虑了不同情况下的应急预案，但仍需要潜航员与科学家随时观察潜水器外部的情况，尤其是在海山热液区作业时，需要考虑洋流对潜器的影响，并与热液喷口保持安全距离，防止潜水器被高温灼伤损坏。每一次成功的下潜，从海面的母船到潜器中的工作人员，都需要紧密完美地配合与协作。科学家一次次向深渊挑战，到底有什么意义呢？当我们研究出了这么高科技的设备，可以下潜到万米深渊之后，看到了那些罕见的或者少见的海洋生物的时候，当我们了解这些信息之后，对我们普通人的生活到底会有哪些影响和改变？对老百姓来讲，包括我们科学家，我们自己也非常想知道，在这个地方非常极端的环境当中，到底除了我们已知道的这些，狮子鱼、钩虾以外，还有其他什么样的东西？它们怎么样来适应这个环境，将来这些深海的这些生物资源，我们可以进行开发利用，包括提取的一些，好的一些有用的化合物，微生物我们进行培养，可以获取它基因，获取特殊的酶，那将来可能对人类的一些可持续发展，包括产生新的药物，我觉得都是非常有意义的。
可能有很多人误解，我们到水下去获得样品，捕鱼捉虾，好像有看到很多视频。实际上我们现在开展这种科考的过程中，也在思考，也在改变。另外的话，在万米的这个水深，都发现有这种微塑料，塑料物质的这样的一个污染，这个明显的是人类活动影响留下的痕迹。留下的痕迹。所以我们现在平时，我们出海的时候，不带塑料包装的水，瓶装水，尽量是可以回收的，这个是平时我们生活上都会注意塑料的使用。包括对于一些污染的物质，比如说电池，我们在享受了一阵子电动牙刷以后，不自觉我觉得又会回到以前，尽量地去节能。虽然我不是做海洋科学的，但是通过跟海去打交道，海上去工作，这些也在潜移默化地改变我们的生活。过去我们在文学作品当中，经常会听到这样的话，“上九天揽月，下五洋捉鳖。”那随着我们国家的航天科技的发展，去月球上取土，我们已经做到了，那“下五洋捉鳖”指的是，我们深海的探测包括研究，也逐步地去进入到世界顶端的这种程度。好，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目，我是胜春。如果您想了解我们更多的节目内容的话，可以下载我们央视频去收看其他的节目。好，今天的《透视新科技》节目就到这儿了，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
