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瀛海探经:深海持续观测的能源和信息限制

时间:2023-08-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,在海里进行连续观测都有能源供应和信息回收的限制,因为必须定期派船替换电池、取回观测记录。这种一年半载后才能取回的记录,连续但并不及时,而海上预警要求有实时观测的信息,不是要“事后诸葛亮”的“马后炮”。海面作业更大的限制在于安全,而偏偏最不安全时的观测最有价值,比如台风和海啸。

瀛海探经:深海持续观测的能源和信息限制

作为陆生动物,人类自古以来把海底让给神怪世界。虽然相传纪元前4世纪的亚历山大大帝曾经亲自潜入海底进行观察,文艺复兴时代的巨匠达·芬奇也确实设计过潜水服,而人类真的潜入深海还是20世纪的事。最深的记录是在1960年1月23日,瑞士工程师J.Piccard和一名美国军官乘坐Trieste号深潜器,下到了世界大洋最深处——马里亚纳海沟,在10 916米深的海底呆了20分钟。但是,千米水深就有上百个大气压,到深海作“探险”可以,要蹲在海底进行长期“观测”又谈何容易?

然而,长期现场观测是当代地球科学的要求。当地球科学处在描述阶段、以寻找矿产资源为主要目标时,探险、考察大体上可以解决问题;而现代的地球科学要作环境预测,就只有通过过程观测才能揭示机理,不能满足于短暂的“考察”。对静态的对象,无论是“新大陆”还是古墓葬,探险就可以发现;对动态的过程,不管是风向、海流还是火山爆发,都要求连续观测,只摄取个别镜头的“考察”无济于事。好比领导“视察”,看到的不见得有代表性,除非长期“蹲点”,否则很难发现真相。海洋上有很好的例子。

秘鲁和厄瓜多尔的渔民,很久以来就看到几年一度的“厄尔尼诺”,但谁也不明白它的来历。1985年开始,在太平洋赤道两侧投放了将近70个锚系,对水文风速、风向等连续观测十几年,终于找到原因:在于赤道的东风减弱,西太平洋暖池的次表层水东侵,压住了东太平洋上升流,从此厄尔尼诺的预测就有了依据。[3]另一个例子是海洋沉积。深海海底的泥来自表层,长期以来总以为这是一种缓慢、均匀的过程,就像空气中的雨点那样降到海底。1978年,发明了“沉积捕获器”,把下面装有杯子的“漏斗”投放到海水深层,每隔几天换一“杯”,看沉积颗粒究竟是怎样降到海底的。结果大出意外:有的杯子几乎是空的。原来海洋里的沉积作用平时微乎其微,来时如疾风暴雨,是突发性的。[4]

说了半天还都是海水中的观测,没有到海底。但是,在海里进行连续观测都有能源供应和信息回收的限制,因为必须定期派船替换电池、取回观测记录。这种一年半载后才能取回的记录,连续但并不及时,而海上预警要求有实时观测的信息,不是要“事后诸葛亮”的“马后炮”。海面作业更大的限制在于安全,而偏偏最不安全时的观测最有价值,比如台风和海啸。(www.xing528.com)

近来的动向,就是把观测点放到海底:在海底布设观测网,用电缆或光纤供应能量,收集信息,多年连续作自动化观测,随时提供实时观测信息。其优点在于摆脱电池寿命、船时与舱位、天气和数据迟到等种种局限性,科学家可以从陆上通过网络实时监测自己的深海实验,命令自己的实验设备冒着风险去监测风暴、藻类勃发、地震、海底喷发、滑坡等各种突发事件。

在海底建立观测地球系统的第三个平台,将从根本上改变人类认识海洋的途径,是地球科学又一次来自海洋的革命。如果说,从船上或岸上进行观测,是从外面对海洋作“蜻蜓点水”式的访问;从海底设站进行长期实时观测,是深入海洋内部作“蹲点调查”,是把深海大洋置于人类的监测视域之内。500年前达·芬奇设计潜水服,130年前凡尔纳撰写《海底两万里》,在当时只是科学幻想。今天,不仅人类可以下潜到洋底深渊,机器人可以游弋海底火山,而且正在海底铺设观察网,把大洋深处呈现在我们面前(图1)。[5]可以设想,未来的人们可以打开家里的电视机,在屏幕上像看足球赛那样观赏海底火山喷发的现场直播

图1 深海海底观测系统示意图,图示为海底信息通过卫星实时送上陆地

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