汪品先院士：“三深”聯合技術，正在成爲未來大洋鑽探的新形式

汪品先，海洋地質學家，中國科學院院士，同濟大學海洋與地球科學學院教授。曾主持中國海首次大洋鑽探、國家自然科學基金重大研究計劃“南海深海過程演變”等。研究方向爲氣候演變和南海地質，致力於推進中國深海研究和地球系統科學的發展。

近日，被網友們親切稱呼爲“深潛院士”的汪品先院士現身上海科技館，接受兩名中學生採訪，爲孩子們生動科普了海底“暗世界”，再現了他在深潛南海時的心路歷程。

期間，汪品先院士強調，中國非常重視青少年的科學教育，並送給孩子們“說真話，求真理，做真人”9個字，表示相信他們會成爲中國科學的未來。

今年，汪品先院士在《科技導報》第3期發表的《發展深海科技的前景與陷阱》的論文中，講述了深海發展的前景，指出了深海技術的發展方向，並給出了。

以下節選自文中對“深海技術”的相關介紹。

從進入深海，到認識深海、開發深海，依靠的是高新技術。

具體說，關鍵在於“三深”：深潛、深鑽和深網。“深潛”包括載人和不載人的深潛器；“深網”指的是用光電纜連接的海底觀測系統以及不聯網的水下觀測移動裝置；“深鑽”是從海底向下進行科學鑽探，在“三深”裡難度最大。

“三深”技術的產生，是近半個世紀歐美科學家的功勞。中國發展深海科技，基本是“跟”和“追”，技術和科學分頭模仿歐美。

這樣的對策在起步階段不可避免，也無可厚非；但發展到一定程度就需要轉型。

一是將科學與技術放在一起，而不是分頭來規劃，這樣纔會產生新意，才能創新；二是要考慮成本和效果，要引入投入和產出的比值，並不是投入越多產出就越多。中國深海科技發展，還有許多值得深思之處。

“三深”中以載人深潛的社會影響最大，也是挺進深海最直接的手段。載人深潛是深海探索的先鋒，深海的奧秘是科學家親身進入深海發現的，身歷其境也是科學探索最可靠、最能產生新思想的途徑。

經過多年努力，逐步提高自主國產水平，中國擁有不同深度的載人深潛器——能潛入深海4500 m的“勇士號”、能潛入深海6500 m的“蛟龍號”和萬米全水深的“奮鬥者號”，裝備的水平已進入國際前列。

載人深潛進入馬裡亞納海溝，在美國之後還只有中國，喜訊傳來令全球華人揚眉吐氣。當前面臨的任務，是配套設備和使用效率的提升，進一步發展探索深海的實力。

隨着遙控技術和人工智能的發展，許多極端環境的探索已經可以由機器人代替，深海探索也不例外。

現在，不載人的潛器已經成爲深潛探索的主力，通過纜線（“臍帶”）連接的無人遙控潛水器（ROV），可以由科學家在船上操縱，代替自己在海底作爲時更長、效率更高、能量更大的探索動作；而水下自主航行器（AUV）連纜線都不用，可以長時間在海洋內部作業，這些不同種類的“水下機器人”已經成爲深海科學探索和工程服務的主力。

雖然科學家親歷其境的探索有着不可替代的價值，然而從成本和效率出發，非載人深潛纔是大範圍推廣的發展方向。

然而，即便無人的深潛器也不能總呆在海里，於是20世紀末開始發展海底觀測網：把傳感器放進海底，通過光電纜連接實驗室，相當於將“氣象站”甚至“實驗室”安置在海洋深處，對海洋內部進行長期、連續的原位實時觀測。

2009年，加拿大建成了第1個大型深海海底觀測網Neptune-Canada，纜線長800 km；2016年，美國建成海底觀測系統OOI，其中規模最大的是俄勒岡岸外的深海區域網；2015年，日本建成面對太平洋的海底地震海嘯觀測網S-net，纜線總長5700 km，世界第一。

海底觀測網的長期觀測是揭示深海奧秘的有效途徑，從連續測量深部洋流的流速流量，到颱風來襲或者火山爆發時監測海洋反應，將傳感器放在海洋內部是最好的選擇。

由於觀測目標和海洋條件的不同，海洋內部的觀測裝置可以極其多樣，有聯網也有不聯網的，有固定的也有活動的，從海底爬行車到水下滑翔機，類型繁多不一而足。尤其是傳感器，更是隨着觀測目標的不同而不斷髮展。

中國已經立項建設東海和南海的海底觀測系統，應當充分考慮不同的目標和條件，創造性地完成大科學工程的建設。

從深海海底鑽探地殼，是探索深海難度最高、耗費最大的技術。自從1968年美國啓動後不久，就發展爲國際大洋鑽探計劃，由若干發達國家共同提供資金、選擇最佳技術，共同合作進行，簡單地說就是全球支持一條船進行鑽探。

半個多世紀以來，大洋鑽探船成了海洋科學的“航母”，接二連三的重大發現導致了20世紀地球科學的革命，大洋鑽探本身也成了爲時最久、效果最好的大型國際科學合作計劃。

中國在1998年加入國際大洋鑽探計劃，二十多年來實現了南海4個航次，鑽探了17個站位，爲認識南海深部做出了不可估量的貢獻。

可以預計，大洋鑽探在深海和地球科學中的地位還將繼續攀升，因爲深海地殼的厚度只有大陸地殼的1/5，從深海打鑽探索地球內部，是未來地球科學發展的必然趨勢。

但是年逾半百的大洋鑽探計劃，無論在技術上還是組織上都已經難以適應新時期的科學需求。

當年發起大洋鑽探的“初心”在於鑽穿地殼探索地幔，然而這項地球科學界夢寐以求的“莫霍鑽”至今尚難實現，呼喚着原創性的技術改進。

例如要鑽探地幔頂部，鑽頭就要求有耐高溫高壓的新型材料；鑽探船也可能要將泥漿泵甚至鑽機放到海底，以減少幾千米穿越海水的鑽具。

挺進深海是人類社會拓展空間的新方向，大量的技術創新等待着有心人。

本質上講，“三深”都不過是探索深海的某種單項技術，在未來的科技史裡只不過是挺進深海的入門過程，發展的方向必定是衆多技術結合起來解決科學或者工程問題。

經過50多年的鑽探，僅靠鑽探單一手段解決科學問題的時代正在消逝，而與深網觀測、深潛探索相結合的“三深”聯合技術，正在成爲未來大洋鑽探的新形式。

歐盟在幾年前提出“深海與海底科學前沿”（deep sea and sub-surface frontiers，DS3F）計劃，就體現了“三深”結合的新思路，很值得我們注意。

論文全文發表於《科技導報》2021年第3期，原標題爲《發展深海科技的前景與陷阱》， 歡迎訂閱查看。

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