主讲人：著名海洋地质学家 汪品先院士

　　升腾的“黑烟囱”

　　可燃冰

　　海底“黑烟囱”

　　单细胞生物

　　载人潜水器

　　遨游海洋

　　海底钻探船

　　核心提示

　　在数千米深海海底以及其下地层数百米的深处，有一个神秘的“黑暗生物圈”，“圈里”的生物新陈代谢极端缓慢，有的甚至已经活了几十万、几百万年。它们在生物技术上的价值不可估量。同时，深海大洋还蕴藏着十分丰富的能源资源，将成为人类未来能源的“供应基地”。

　　坛主小传

　　汪品先，男，1936年生，苏州人。中国海洋研究委员会主席，著名海洋地质学家，中科院院士，同济大学海洋地质与地球物理系教授。主要从事我国海域古海洋学、海洋微体古生物学及我国环境宏观演化古环境的研究，对我国海洋地质学发展做出了创造性贡献，在我国率先开展了微体化石定量古生态学和微体化石埋藏学的研究，促进古海洋学和古湖泊学等新方向在我国的开展，开拓和发展了古海洋学研究。

　　时代召唤：中国应走向深海大洋

　　近半个世纪前，学术界前辈提出“上天、入地、下海”，指出了我国地球科学进一步发展的方向。到如今，不仅卫星游弋、飞船载人，而且正在积极作探月准备；大洋钻探、大陆钻探先后在我国实现；海底深潜也已经指日可待。与半个世纪前相比，我国科学界对地球的观测能力已经不可同日而语。

　　然而，假如将我国海洋、固体地球和大气的研究比作地球科学中海陆空三军的话，那“海军”就是三者中的弱势；其中面向深海大洋的研究，又属“弱”中之“弱”。而这与当今世界的走向大相径庭。一方面，近半个世纪以来，世界地球科学的突破点，主要在于深海研究；另一方面，1994年国际海洋法公约生效以后，对专属经济区以外深海大洋的国际竞争日趋剧烈。美国正在讨论要将海洋投入增加一倍，日本建造了比美国大三四倍的大洋钻探船，相互攀比在海上争雄；亚洲国家如韩国也提出“海洋开发的全球化与信息化”的目标，走向国际竞争。

　　中国拥有世界上最大的地球科学研究队伍之一，但长期以来缺乏深海大洋研究的力量。因此，深海研究在学术上已经成为制约我国地球科学进一步发展的“瓶颈”，在应用上也难以适应国际海上权益与资源之争的形势。目前无论从国家需求或者从我国实力出发，都到了“冲出亚洲，走向深海”的时候；重新考虑我国在国际地球科学中定位，已经迫在眉睫。

　　深海海底：不为人知的“黑暗生物圈”

　　一部科学史，其实也就是人类视野不断拓宽的历史。人类对空间的研究，除了向外扩展到太空，而且对地球本身也已经“上穷碧落下黄泉”，深入到地球的内部。人类文明从大陆萌发，始终以地面作为基本的活动平台。随着科学技术的发展，尽管“入地”的能力还远不如“上天”，却已经能够穿过水层，探索深海洋底的秘密。

　　在太空中，地球是目前已知唯一呈蓝色的行星，水是地球最大的特点，也是地球上生命发育的基本条件。但是水又是阻挠人类认识地球的最大障碍：地球表面13亿多立方公里的水，如果铺平了，能覆盖整个地球两千多米厚。好在97%的水都集中在海洋里，可是平均水深3800米的海洋又占地球表面71%。几千年来，人类社会在大陆上生生息息，把远离自己的海洋留给神话世界，何时才能透过几千米的水深看到大洋的“真面目”？

　　近半个世纪之前，深海测量技术发现深海洋底也有高山峻岭，全世界有8万公里长的山脊蜿蜒在各个大洋，而大西洋的中脊恰好与非洲和南美的岸线平行，此时人们才恍然大悟，原来大陆和大洋的岩石圈是分成若干“板块”的整体。陆地和海底的山脉，都是板块移动的产物，无论走向、位置都有它的道理。

　　同样，沐浴在阳光下的人们，看惯了飞禽走兽、树木花草，决不会对“万物生长靠太阳”产生怀疑。是深海海底“黑暗生物圈”的发现，开辟了新的视野。七十年代末，Alvin号深潜器在东太平洋发现了近百度的高温，原来有“黑烟”状的含硫化物热液从海底喷出，冷却后形成“黑烟囱”耸立海底。更为有趣的是，在热液区生活着大量的动物群,比如长达三米而无消化器官，全靠硫细菌提供营养的蠕虫，加上特殊的瓣鳃类、螃蟹之类，说明地球上不仅有我们所习惯的，在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质的“有光食物链”，还存在着依靠地球内源能量即地热支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。现在，这类热液生物群在各大洋发现的地点已经数以百计，离我们最近的就在冲绳海槽。

　　黑暗食物链的基础，是在还原条件下进行化合作用制造有机质的原核生物，包括细菌与古菌，推测与生命起源时的生物群相近。不只是海底，近年来人们发现在数千米深海海底下面地层数百米的深处，还有微生物在地层的极端条件下生存，这种“深部生物圈”虽然都由微小的原核生物组成，却有极大的数量，有人估计其生物量相当全球地表生物总量的1/10。

　　海底生物：拥有不可估量的技术价值

　　与热液口“自养”的微生物不同，深部生物圈的原核生物依靠地层里的有机物实行“异养”，从地中海底第四纪的腐泥层，到美国白垩纪的有机质页岩里都有发现，它们的新陈代谢极其缓慢，但“寿命”极长。它们也可以在洋中脊的玄武岩里生长，依靠玄武岩的蚀变为生；甚至海底火山爆发也有超高温细菌发现，引起学术界极大的关注。深部生物圈的发现，不仅向区分“古生物”与“今生物”的划分提出了挑战，甚至向“生”与“死”的概念提出了疑问。

　　“深部生物圈”的发现，大大拓宽了“生物圈”的分布范围。原来，从极地冰盖到火山热泉，从深海海底到地层深处，生物的分布几乎无所不在，人类迄今研究和熟悉的，只不过是生物圈中的一小部分。

　　生物圈概念的扩展，也改变了地球科学与生命科学的关系。传统地质学里生物的“主角”是大化石，而实际改造地球的首先是原核生物，它们几乎没有形态化石可留，只靠生态过程影响着化学元素周期表里几乎所有的元素，在三四十亿年的地质历史上默默无声地“耕耘”，直到今天才有可能得到重新评价。海底深部生物圈生活在极端特殊的条件下，高温高压而且生存空间极小，新陈代谢极端缓慢，实际上处于休眠状态，但有的已经活了几十万、几百万年。它们在生物技术上的价值不可估量，将向人类提供现在完全不了解的基因库，无论在生物学理论或者生物技术实践中都有着极为诱人的前景。

　　大洋钻探：揭开地球环境的“历史档案”

　　为了解自己生存环境的变化，人类对地球的视野不但要在空间上拓宽，也需要在时间上扩展。当前人类正经历着一个环境高速变化期，未来演变方向的正确预测将涉及子孙后代的命运。可惜有生命的行星，至今只知道一个地球，缺乏横向比较的机会。因此，预测未来只能从纵向比较中去寻找类比，就像我们从社会历史中吸取经验一样。地球的环境演变，在不同场合留下了各种各样的“历史档案”，唯独在深海沉积中留下的最为连续、最为全面。

　　世界各国都在着手大洋钻探。前年10月，新的国际“综合大洋钻探计划”(IODP)正式开始，而且规模空前：年度预算将高达1.6亿美元，是原来的3-4倍。日本政府斥资六亿美元建造57000吨的“立管钻探船”，美国也将重建钻探船，欧洲力争成为新计划的“第三条腿”，我国也已作为参与成员的身份加入。IODP的十年计划（2003-2013）要进一步钻探天然气水合物区，查明其分布和成因；进一步钻探“深部生物圈”，揭示可能占全球微生物总量2/3的海底地下世界；进一步钻探深海热液区，探索“洋底下的海洋”。日本“立管钻探船”打破了原来大洋钻探的进尺深度限制和含油气区的禁忌，将要追索太平洋的震源带，甚至钻进地壳深部，直至打穿地壳，实现科学界梦寐以求的理想。更加宏伟的深海壮举，更加新奇的海底发现，正在向我们走来。

　　深海资源：世界未来的能源“宝藏”

　　当前，全球深海石油资源还远远未开发，甚至说还没完全弄清楚。现在我国南海已经找到了深海石油。世界上有几个大的深海油区，如北海就是一个非常富的深海油区，英国、挪威、墨西哥湾也都发现了很大深海油区。预计未来40%的石油资源将来自于深海。当然，与世界上所有的矿物能源一样，深海石油如果开发过度，肯定也会枯竭。

　　深海里另一个重大发现，是天然气水合物，也叫“可燃冰”。我们接触到的甲烷天然气通常呈气态，然而它在海底的低温、高压条件下可以与水结合，呈固态埋藏在海底。“可燃冰”看似冰，一点火即可以烧起来，就像火烧冰激凌一样。1体积的天然气水合物可以放出160个体积的甲烷来，其能量密度是煤的10倍，常规天然气的2～5倍，燃烧后几乎无污染。因此可以说，天然气水合物是甲烷的天然储库。这种“可燃冰”大量存在于海底大陆坡上段500-1000米处，有人预测，全球“可燃冰”的总量，相当于人类用过的所有化石能源（包括煤、石油、天然气）总量再乘以2。在我国南海和东海已发现了储量巨大的“可燃冰”。据测算，仅我国南海的可燃冰资源量就达700亿吨油当量，约相当于我国目前陆上油气资源量总数的1/2。尽管目前“可燃冰”仍处于科学研究阶段，但可以肯定，“可燃冰”将成为人类新的后继能源来源。

　　海底探测：人类“第三只眼”看地球

　　随着高科技的发展，海底观测系统正在成为新的热点。假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台，把空中的遥测遥感看作第二个观测平台，则在海底建立的将是第三个观测平台，仿若人类探索地球的“第三只眼”。

　　海底观测平台的建设将从根本上改变海洋研究观测的途径，同时也必将推向全球，实现海底联网国际化。近10年来，我国开展了太平洋海底资源调查并划得了开辟区，参加了国际大洋钻探并在南海取得成功，然而，深海研究仍然滞后于发达国家。因此，我国应将深海观测系统列入“中长期发展规划”。无论从2020年实现经济大国的目标还是从能源与安全的保障出发，都要将深海大洋列为科技发展的重点。其次，建设深海海底观测平台是走跨越式途径发展深海科技、直接进入国际前沿的重要举措。再次，基于目前我国地震监测和深海油气勘探方面的海底观测需求，应由有关部门与地方共同建设多功能的海底观测站，并利用合作渠道取得国际经验。

　　如果海洋建了深度观测网，海洋内生物的灾害、海啸等，我们都可以预测，也就是说，你将来可以在家里的电视机上，看海底火山爆发现场直播，可以提前几秒钟预警地震，这将是非常大的进步。

　　此外，开发深海，人类也出了不少“奇招”，如海底旅游。海底旅游是件很有趣的事情，不少海洋旅游公司想建造海底旅馆，而青岛、上海以及其他几个城市还想建海上人工旅游区。目前，中东已经实现了海底旅馆的建造，旅客只要穿上潜水服潜入海底的房间，就可以直接和鱼打交道。

　　总之，深海大洋不只是人类了解地球亟待填补的空白，也是国家资源和安全保障之所系。深海石油、气体水合物和基因资源的开发利用，深海探索和海底观测新平台的建立，又为高科技的发展提供了新机遇。随着近年来科研投入的增加，我国不仅在人数上、而且在硬件实力上也已经成为地球科学的大国，能否在规划任务的设计中，将视野扩展到深海大洋，这必将影响甚至决定我国地球科学未来的走向，以及对地球系统科学未来的国际贡献。