透过“海洋之眼”看向“海底幽蓝”

本文转自：中国科学报

透过“海洋之眼”看向“海底幽蓝”

——记中国科学院海洋研究所研究员张鑫

张鑫 受访者供图

■本报记者 廖洋 通讯员 王冰笛

海洋的平均深度是3700多米，深于1000米的深海面积超过90%。深海热液系统发现之前，人们普遍认为海底深处没有生命。

“最近十几年，我们做的工作就是‘把实验室搬到海底’。我们做了一根探针，叫‘拉曼光谱探针’，带着它一起深潜。”中国科学院海洋研究所研究员张鑫饶有兴致地指着深海考察的实景图片告诉《中国科学报》记者。

通过拉曼光谱探针打在生物表面后返回的光谱信号，可以在不破坏其生存环境的同时判断其生理状态。至今，这根深海之针已经下潜了150余次，它跟着张鑫去了许多热液区，也跟着国内外的机器人到了太平洋几乎所有弧后盆地的热液区和冷泉区，甚至西南印度洋的热液区也是这根小探针的“旅行之地”。

全力以赴，研制潜水器

张鑫生于1981年，30岁出头时，他已经作为航次技术负责人，随“科学”号前往西太平洋的琉球海槽探测并采集有关数据。

虽然年纪轻，但他肩上的责任可一点也不轻。

2005年，张鑫考入中国海洋大学攻读博士，读博期间，他被公派至美国联合培养，被美国蒙特利湾水族馆研究所教授布鲁尔看中，主攻深海探测。

2009年，张鑫学有所成，布鲁尔希望他留在美国工作。但张鑫一心回国，人还在美国时就已经通过了中国科学院海洋研究所的面试。

“无人遥控潜水器（ROV）是‘科学’号上具备深海探测能力的机器人，缺少它，就无法搞清深海之谜。”作为懂得如何使用水下机器人的专家，回国后的张鑫正好赶上机会，于是全力以赴设计定制这台设备。

为此，张鑫专门把美国的第二导师、深海机器人专家柯克伍德请来做顾问。2013年，他和柯克伍德等人组成验收组飞往英国验收。那段时间，张鑫白天去车间检查，发现问题就写在黑板上，晚上与国内通电话报告进程、请示对策。

设备出场后，为了组织装配调试，张鑫干脆在船上住了一个多月，帮助ROV一点点“站立”起来，直到它能随“科学”号远航。

万顷深海，一根探针

1977年，深潜器阿尔文号在东太平洋加拉帕戈斯附近海区下潜时，发现了高温热液系统。

高温热液系统是由大量高温高压、强酸或强碱的流体快速喷出海底形成的，携带大量甲烷、二氧化碳气体和各种金属元素。另一种生态系统冷泉，则是一种低温流体，以水、甲烷、硫化氢气体及一些细粒沉积物为主。冷泉可能孕育着未来的战略能源——可燃冰。

那么，能否将热液和冷泉里的物质带回实验室深入分析呢？

“带回实验室，很难测准、测对。”张鑫解释说。为了直接在海底完成探测，张鑫研制了一根拉曼光谱探针，利用搭载在“科学”号上的ROV进行探测。ROV可以给探针供电、用通信控制其操作、用两只“手”抓住探针探测不同位置……

“探针就像《星球大战》里的激光剑一样，指哪儿打哪儿。”张鑫幽默地说。

一束光，一双“海洋之眼”

2016年，张鑫开始探索建设海底实验室，并将其命名为“海洋之眼”。

“我的梦想是在深海中建立一个光谱学实验室，把激光拉曼光谱、激光诱导击穿光谱技术、荧光光谱技术、红外光谱技术等所有光谱技术放在海底并观测海洋的变化。”张鑫说。

这样做的好处是什么？

“因为光不会破坏生物生存的环境，只需要打一束光，就可以得到我需要的信息。”张鑫表示，“我在科考船上已经工作了近9年时间，它就像我们的母亲船一样，带领我们做各种深海实验。相信有一天，我们会在母亲船上，实现建造海底实验室这一梦想。”

2023年，张鑫领衔的研究团队又突破了水下耐腐蚀技术、能源管理技术等，建立了常态化深海长期连续观测探测平台；基于激光拉曼原位定量探测技术，首次报道了火山作用主导的超酸性火山-热液系统的氢气浓度可达到毫摩尔级且孕育化能生态系统；揭示了海底冷泉环境对水合物形成的影响，并为南海冷泉区水合物形成的动力学过程提供了新见解。

一根简单的探针，一双“海洋之眼”，看向“海底幽蓝”，揭开深海世界的神秘生命系统之谜，解答来自人类的提问。