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“海王”生活的亚特兰蒂斯王国是什么样的?

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本文转载自微信公众号:SELF格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:朱敏,蛟龙号副总设计师,中科院声学研究所海洋声学技术中心主任。


连续两天票房过亿,连续10天单日票房冠军,突破13亿票房仅用时9天21时,超英奇幻巨制《海王》持续刷新DC电影宇宙票房纪录!


天马行空的想象力与炫酷华丽的特效展现了瑰丽的海底世界,“亚特兰蒂斯”王国华丽的海底宫殿、酣畅淋漓的战舰对决,还有王龙、战鲨、战海马、海怪、水母灯等各种海洋生物轮番“轰炸”,听取观众“哇”声一片,也让观众对海底世界充满无数幻想。


今年最燃的好莱坞特效大片之一,你看了吗?海底世界的哪一幕使你印象深刻呢?


充满童年回忆的水族馆?



风情万种的西西里岛?



“海王”与湄拉公主充满罗曼蒂克的爱情?



还是神秘莫测的海底王国?



今天由蛟龙号副总设计师、中科院声学研究所海洋声学技术中心主任朱敏先生,为我们揭开“蛟龙号”与海底深处的奥秘。



一、载人潜水器与“蛟龙号”


载人潜水器指具有水下观察和作业能力的潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务,并可以作为潜水人员水下活动的作业基地。


载人潜水器可以完成多种复杂任务,包括通过摄像、照相对海底资源进行勘查、执行水下设备定点布放、海底电缆和管道检测等。


真正能在海底进行作业的载人潜水器共5艘。下图最左边的是美国“Alvin号”,它的下潜深度只有4500米,但它是所有载人潜水器中下潜次数最多、相关论文发表最多、科学发现最多的一艘,所以是公认的最成功的一艘。还有法国的“鹦鹉螺号”、俄罗斯的“和平号”下潜深度可达6000米,日本1989年建成的“深海6500”潜水器下潜深度达6500米。我国的“蛟龙号”是7000米,是其中下潜深度最深的载人潜水器。



载人潜水器下潜最深的记录由美国的“Trieste号”创造,它在1960年下潜至10916米,但由于技术条件限制,它的功能比较简单,在海底待了二十分钟就上来了。


下潜深度第二的记录是由美国导演卡梅伦在2012年出钱建造的潜水器所创造的,下达10898米,但该潜水器建造的初衷是为拍电影服务,灯光、摄像等设备较多,真正意义上不能进行水下作业。

 

这些潜水器的设计理念、功能相似,以美国的“Alvin号”潜水器为例,它有一个大的金属球,人坐在金属球里可抵抗巨大的水压,金属球上有由有机玻璃制成的窗户,透过窗户可观察海底周围的环境。金属球前有两个电池供电的机械手用以作业,用螺旋桨运动,通过固体浮力材料提供浮力。



“蛟龙号”载人潜水器是一艘由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器,也是863计划中的一个重大研究专项。2010年5月至7月,蛟龙号载人潜水器在中国南海中进行了多次下潜任务,最大下潜深度达7020米。这个深度打破了作业型载人潜水器下潜深度的世界纪录,它也是国际上在役的下潜深度最深的载人潜水器。


下图即为“蛟龙号”,除了下潜深度最深外,“蛟龙号”还有两个比较领先的技术



一是能源和控制,它有较先进的自动控制能力,从而减少驾驶员的操纵难度,它非常灵活,可以悬停在水底。

 

二是非常先进的水声通信功能,“蛟龙号”下潜到深海如何进行通信?无线电设备在深海无法使用,要完全靠水声通信。把海底的信息转换为声音,传达到水面后再转换为信号,这套系统在国际上比较先进,它可以把潜水器里的很多数据传到水面,水面和水下也可以通过文字、语音、图片进行交流,被称为“水下QQ”。


二、为什么研制“蛟龙号”


主要是两个方面:科学与资源

 

我们赖以生存的星球——地球,是一颗蓝色的行星,它表面70%以上的面积被海水覆盖。平时提及海洋,大家首先想到的可能是辽阔的海面,会想到阳光沙滩、巨浪、台风等。如果提及深海,大家会想到什么呢?美丽的珊瑚礁?还是漫无边际的黑暗?

 

对于人类来讲,深海是一个非常神秘、充满未知的领域。下图是借助声呐技术绘制出来的全球海底地图,这个地图里有很多黑色的区域,都是海底板块之间的裂缝,这些裂缝里不断地有火山活动,它也在不断地扩张。这些裂缝还隐含着很多科学问题去探索。


 

我们人类如何下到好几千米深的海底?载人潜水器是非常有效的作业工具。利用这些工具人类已取得了一些新的发现。比如美国的“Alvin号”载人潜水器,普遍认为生物的生存需要有阳光、空气,一般认为深海是生命的荒漠,没有多少生命的存在,但实际上“Alvin号”的发现完全颠覆了这个概念,深海的生物完全不依赖于阳光,可依靠热液或冷泉提供的能量生存。

 

热液是海底溢出的热水,其温度最高可到四百摄氏度。冷泉富含甲烷、硫化氢和二氧化碳等组分。深海生物数量巨大,完全不依赖阳光,就靠海底溢出的甲烷气体,细菌吃甲烷,大的生物吃细菌,形成了完整的生态系统。

 

▲上半部分的是热液区的生物,下半部分则是冷泉区的生物


这样颠覆性的发现也引发了更多的思考。木星土星等行星的冰冻海洋是否也有生命的存在?对于地球来说,我们认为很多生物起源于陆地,那么实际上会不会起源于深海,然后才到达陆地。

 

海底还有什么?非常丰富的资源。


主要有四种:最左边是锰结核,富含金属成分。第二是海底溢出的热液,像黑烟囱一样,热液中有些溶解的矿物质遇到冷水凝固、沉降后形成大量的硫化物矿,富含金、银、铜等很多元素;第三是富钴结壳,长在海山的坡壁上,富含钴、铂等金属;第四是可燃冰(天然气水合物)



这些资源在海底的储量非常丰富,可能比陆地的储量高十几倍,甚至成百上千倍。比如可燃冰里储藏的甲烷气体,是陆地上所有的煤、石油、天然气蕴含甲烷总量的两倍。我们现在尚不具备对这些资源的开发能力,但它们是人类未来发展非常重要的后备资源。所以现在我们需要更深入地了解海洋。


三、“蛟龙号”的日常工作


“蛟龙号”一直承担着“实验性应用”的任务,主要前往中国南海、马里亚纳海沟、东太平洋、西太平洋、印度洋等海区作业。



▲“蛟龙号”2013年在我国南海蛟龙海山海域下潜中发现的一片矿区


东太平洋有一片多金属结核调查区,这个地方有2001年中国大洋协会争取到的7.5万平方公里的一块矿区——锰结核矿区,还有2015年五矿集团申请到的7.3万平方公里的矿区。西太平洋有些富钴结壳的矿区,根据联合国海底管理委员会规则,必须调查清楚、提交资料、通过审核后成为该国的专有矿区。“蛟龙号”正在进行工作就是为我国争取更多的矿区。


事先调查还有一个重要意义,开发海底矿区时不可避免地会对生物环境造成破坏,但我们要想办法尽量减少对生态环境的破坏,因此生态环境调查也十分重要。


四、下一步计划


主要有两个方面:


4500米载人潜水器已研发成功准备启用,事实上,“蛟龙号”使用的很多技术材料依旧依靠国外,但4500米的载人潜水器可完全由我国自主研制,通过4500米载人潜水器的研制有助于解决钛合金材料、加工制造、浮力材料的制备、机械手推进器等问题,进而有助于我国载人潜水器技术的进一步提升与发展。

 

下一步是更加激动人心的计划——走向11000米,我们希望通过足够的技术积累,能够自主研发耐水下11000米压力的载人球、浮力材料、机械手、声学设备等装备,挑战11000米的深度。


“蛟龙号”是我国自主研制载人潜海器,对于科学研究与资源勘探具有重大意义。然而,资源问题与环境问题是世界各国广泛关注的重要问题,影响着人类未来的发展与进步。资源开采对自然环境会造成一定破坏,不合理的开采也会造成严重的资源浪费,


因此,有效的开展资源开采,并做好开采中的环境保护工作十分必要。我们尊重自然、顺应自然、保护生态,致力于促进人与自然和谐共处。


本文转载自微信公众号:SELF格致论道讲坛(ID:SELFtalks),作者:朱敏,蛟龙号副总设计师,中科院声学研究所海洋声学技术中心主任。转载请注明公众号出处,未经授权不得转载。

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