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編者按：

2022年11月25日，“奮鬥者”號全海深載人潛水器圓滿完成首次中國-新西蘭(lan) 聯合深淵深潛科考航次第一航段任務，返回新西蘭(lan) 奧克蘭(lan) 港。在第一航段中，“奮鬥者”號全海深載人潛水器下潛作業(ye) 16次，有14次作業(ye) 超過6000米水深，其中2次為(wei) 萬(wan) 米級，采集了豐(feng) 富的深淵宏生物、岩石和沉積物樣品，為(wei) 深入理解深淵的生命演化與(yu) 適應機製、深淵沉積環境演變以及板塊俯衝(chong) 與(yu) 物質交換通量提供了重要的支撐。

首次中國-新西蘭(lan) 聯合深淵深潛科考航次完成克馬德克海溝第一航段科考任務

人的一生，經曆胚胎期→嬰兒(er) 期→兒(er) 童期→青春期→青年→中年→老年，最後走向死亡，生老病死，自然規律。你知道嗎？海洋也會(hui) 經曆相似的過程，胚胎期→幼年期→青壯期→衰落期→殘留期→消亡期，這個(ge) 過程被稱為(wei) 威爾遜旋回（Wilson cycle），深淵海溝作為(wei) 這個(ge) 過程中的產(chan) 物，是研究深淵生命演化及適應性、深淵環境演變及資源環境效應、深淵構造活動和地質演變等重大科學問題的絕佳場所。

相由心生——板塊構造學說

我們(men) 常說一個(ge) 人相由心生，外在由內(nei) 在決(jue) 定。對於(yu) 地球表麵的基本地貌，也可以用這個(ge) 詞來形容。

地球由內(nei) 而外分為(wei) 地核、地幔和地殼。地殼在橫向上分為(wei) 陸殼和洋殼，地幔在垂向上分為(wei) 上地幔和下地幔，上地幔的頂部和地殼構成了岩石圈，岩石圈在橫向上分為(wei) 大陸岩石圈和大洋岩石圈，大陸岩石圈的厚度一般比大洋岩石圈大，密度一般比大洋岩石圈小。

在上地幔的上部、岩石圈的底部，有一層很關(guan) 鍵的物質，叫軟流圈，可塑性很強，基本上呈全球性分布，是岩漿的發源地。軟流圈的平均密度比上覆大洋岩石圈的小，比大陸岩石圈的大，頂麵起伏不平，這造成上覆岩石圈嚴(yan) 重失穩，在側(ce) 向上分成大小不一的板塊，這些板塊漂浮在軟流圈之上作大規模橫向運動，碰撞、擠壓或分離，繼而形成地球表麵的基本地貌。

當大陸板塊和大洋板塊相撞時，大洋板塊因其密度大，會(hui) 俯衝(chong) 到大陸板塊之下，這裏往往形成匯聚板塊邊緣，也就是俯衝(chong) 帶，這裏聚集了全球90%的地震和火山活動，其中板塊匯聚的邊界處地形最低，稱之為(wei) 海溝。當兩(liang) 個(ge) 大陸板塊相撞時，常形成巨大的山脈，如喜馬拉雅山。在板塊張裂分離的地區，常形成裂穀和海洋，東(dong) 非大裂穀、大西洋就是這樣形成的。板塊邊緣成為(wei) 地質活動（岩漿、地震、變質、變形、沉積等）最強烈的地帶。

小星空体育官网入口网站：全球主要分為(wei) 七大板塊，即太平洋板塊、歐亞(ya) 板塊、北美洲板塊、南美洲板塊、非洲板塊、印澳板塊以及南極洲板塊。其中太平洋板塊幾乎完全是在海洋，其餘(yu) 六大板塊都包括有大塊陸地和大麵積海洋。大板塊還可劃分成若幹次一級的小板塊。

海這一輩子——威爾遜旋回

洋殼盆地（可以簡單理解為(wei) 海洋）並非永恒存在，一般都在經曆開裂、擴張、收縮、閉合的發展過程。洋殼盆地產(chan) 生在分裂的大陸岩石圈之間。大陸岩石圈在水平方向上彼此分離與(yu) 拚合運動的一次全過程就是威爾遜旋回，這也是海洋從(cong) 誕生到消亡的過程，起始和終結可以用胚胎期→幼年期→青壯期→衰落期→殘留期→消亡期來表達，相對應的實例為(wei) 東(dong) 非裂穀→紅海亞(ya) 丁灣→大西洋→太平洋→地中海→喜馬拉雅山。

（1）胚胎期

大陸岩石圈在區域應力作用下，首先在上部的陸殼構造薄弱帶發生張裂作用，形成大陸裂穀。裂穀處的斷裂帶是現代火山與(yu) 地震的強烈活動帶，但未形成海洋環境，例如東(dong) 非大裂穀；

（2）幼年期

陸殼繼續開裂，熔融的地幔物質大規模上湧，局部已經出現洋殼，原來的裂穀變成狹窄的洋盆，例如紅海、亞(ya) 丁灣；

（3）青壯年期

狹窄的洋盆繼續擴張，發展成開闊的大洋。大洋的中部為(wei) 洋脊，上湧的岩漿形成新的洋殼，向兩(liang) 側(ce) 不斷增生，發育的洋殼堆積巨厚的海相沉積物，典型代表是大西洋；

（4）衰落期

大洋中脊雖然繼續擴張增生，但洋殼在擴張過程中不斷失熱、變冷、變重，而穩定大陸邊緣被巨厚的沉積物覆蓋，地內(nei) 熱量不易散失，因而不斷受熱膨脹、變輕。在密度和岩石力學性質差異較大的區域產(chan) 生斷裂，較重的洋殼俯衝(chong) 到較輕的洋殼或陸殼之下，進入地幔而熔融，這個(ge) 位置被稱為(wei) 俯衝(chong) 帶。**在俯衝(chong) 帶內(nei) ，兩(liang) 個(ge) 板塊之間形成海溝，成為(wei) 海洋裏最深的單元。**俯衝(chong) 帶的上覆板塊形成島弧，火山和地震頻發。海洋麵積逐漸縮小，現代實例就是太平洋；

（5）殘留期

大洋板塊進一步俯衝(chong) ，洋殼海域逐漸縮小，兩(liang) 側(ce) 陸殼地塊相互逼近，其間僅(jin) 殘留小型洋殼盆地，例如地中海；

（6）消亡期

大陸相碰，海洋消失，使大陸邊緣原有的沉積物強烈變形隆起成山，例如喜馬拉雅山脈，阿爾卑斯山脈。

沒有規律的規律——萬(wan) 物有道

板塊在軟流圈上運動、相互作用，洋盆的開啟與(yu) 閉合，成就了一個(ge) 個(ge) 海洋的生命。海洋的壽命從(cong) 2000萬(wan) 年至幾億(yi) 年不等，並無一定規律性，這與(yu) 深部構造過程、陸殼的擴散速率、消亡邊界的板塊俯衝(chong) 速率、被動大陸邊緣特征等諸多因素有關(guan) 。雖然這個(ge) 過程叫“威爾遜旋回”，但是裂解的大陸不可能重新閉合，即使重新閉合，也不可能再在原處裂開，從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上說不具有旋回性。由於(yu) 陸地總麵積相對穩定，當海洋進入收縮階段，同時也意味著其他海洋的擴大或新生。生物有些類似，單個(ge) 的生物會(hui) 衰老死亡，通過繁殖，又會(hui) 有新的勃勃生機的生命，一代一代繁衍下去。

與(yu) 人類相似，海洋也有生命周期，周期的長短由多種因素決(jue) 定，一個(ge) 生命的結束又會(hui) 以新的生命所接續。同樣，天體(ti) 例如太陽、地球等也處於(yu) 不斷的運動之中，具有壽命，那麽(me) 宇宙呢？宇宙之外呢？

海溝，作為(wei) 全球最深處，當大洋兩(liang) 側(ce) 板塊相撞擠壓上拱，可能成為(wei) 全球的最高點。

學習(xi) 地質的其中一點好處就是，地質學家能站在更宏觀更久遠的尺度去看問題，滄海桑田，海沽石爛，不僅(jin) 僅(jin) 是那一點點浪漫與(yu) 感慨，更蘊含著深厚的哲理與(yu) 智慧，值得我們(men) 一生去品味和追尋。

觸摸地球最深處—— 深淵海溝

全球主要深淵海溝分布圖

（紅色五角星標記的海溝為(wei) 首次中國-新西蘭(lan) 聯合深淵深潛科考航次第一航段下潛區域）

在“威爾遜旋回”的衰落期和殘留期，大洋中脊底部岩漿房發育，不斷上湧生成新的洋殼，洋殼向兩(liang) 側(ce) 推開，逐漸冷卻，密度變大。密度較大的洋殼俯衝(chong) 到較輕的洋殼或陸殼下，兩(liang) 個(ge) 板塊交匯在海底形成海溝。

深淵海溝通常指超過6000米水深的海底槽型地貌，是地球地表地貌單元的重要組成部分。全球超過6000米的海溝有37條，5條分布在大西洋、4條分布在印度洋，而處於(yu) 衰落期的西太平洋最多，有28條，其中包括了5個(ge) 萬(wan) 米級深淵，從(cong) 北到南依次為(wei) ：千葉-堪察加海溝、馬裏亞(ya) 納海溝、菲律賓海溝、湯加海溝和克馬德克海溝，被譽為(wei) “地球第四級”的馬裏亞(ya) 納海溝深度達10909米，是全球最深的區域。首次中國-新西蘭(lan) 聯合深淵深潛科考航次第一航段下潛作業(ye) 的克馬德克海溝位於(yu) 太平洋南部克馬德克群島以東(dong) ，與(yu) 湯加海溝相接，長約1200千米，最大深度10047米，因太平洋板塊沉入印度-澳洲板塊形成。

海溝係統主要指海溝及其附近水圈和岩石圈之間相互作用的海底邊界層界麵。當然，研究海溝並不等同於(yu) 簡單地研究這個(ge) 界麵。深淵海溝與(yu) 上層海洋、海底之下存在著廣泛的物質和能量交換，涉及到多個(ge) 圈層的物質和能量循環。海溝黑暗無光、靜水壓力超高、水體(ti) 交換緩慢、食物供給匱乏、生命機製奇特、海底地形複雜、構造地質活躍，這些特征贏得了構造學、地質學、生物學、藥學、物理海洋學、生態學、環境學、化學、氣候學、甚至航天等領域的科學家們(men) 的關(guan) 注。

俯衝(chong) 工廠——俯衝(chong) 帶

海溝指示俯衝(chong) 帶的存在，全球活動俯衝(chong) 帶的總長度約為(wei) 43500千米，與(yu) 火山島弧的總長度大致相同。

俯衝(chong) 帶被形象地比擬為(wei) 俯衝(chong) 工廠，工廠的原材料便是俯衝(chong) 板塊，包含了洋底沉積物、火成岩洋殼和岩石圈地幔部分，這些物質在俯衝(chong) 過程中隨著壓力、溫度的升高，釋放出水和揮發物，流體(ti) 和沉積物經過“加工”後形成岩漿，通過火山島弧或弧後區返回大陸，並伴隨流體(ti) /氣體(ti) 釋放、地震等現象，這些流體(ti) 、氣體(ti) 、岩漿等物質便是工廠的產(chan) 品。經過俯衝(chong) 工廠加工後殘留物持續俯衝(chong) 到地幔更深處，進行脫水、脫碳等作用參與(yu) 深部水循環、碳循環、岩石循環，再通過火山噴發等現象反饋大氣圈。

俯衝(chong) 工廠是地球上大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔等圈層之間物質和能量交換的焦點地區，幾乎關(guan) 聯到地球的所有圈層，是地球係統運行和演化的關(guan) 鍵一環。俯衝(chong) 工廠運作引發了全球大部分的地震、海嘯和火山爆發，給人類帶來了深重的災難。因此，研究俯衝(chong) 係統的物質能量循環、地震的觸發機製等顯得尤為(wei) 重要。

伊豆-小笠原-馬裏亞(ya) 納弧體(ti) 係位於(yu) 西太平洋，由太平洋板塊俯衝(chong) 到菲律賓板塊之下形成，擁有完整的溝-弧-盆體(ti) 係和清晰的演化曆史，是研究俯衝(chong) 工廠體(ti) 係相關(guan) 過程的理想研究對象。該體(ti) 係內(nei) 的馬裏亞(ya) 納海溝作為(wei) 俯衝(chong) 工廠的淺表表現和全球最深處，是研究俯衝(chong) 工廠的一個(ge) 重要窗口。

顛覆認知——生命起源的重新考量

“萬(wan) 物生長靠太陽”一直被當作地球生命能量來源的至理名言，當然也包括海洋生命。人們(men) 一直認為(wei) ，淺海生物的能量來源是靠海洋表層的藻類、植物、海洋細菌通過光合作用將太陽能轉化儲(chu) 存起來，繼而被海洋食草動物食用，食草動物再被食肉動物食用，依次形成食物鏈；而深海生物的能量來源則依賴於(yu) 淺海動物的糞便、屍體(ti) 、有機碎片。總之，能量之始為(wei) 太陽能。那麽(me) ，地球上最早的生命是否也靠太陽能生存呢？

1979年，“阿爾文”號載人潛水器在2500米深的海底黑煙囪區發現了異常繁茂的生命景象，重塑了人們(men) 對生命起源的認識。

黑煙囪、海葵、蝦，西南印度洋熱液區，深度3312米

攝影/“深海勇士”號載人潛水器

作為(wei) 全球的最深處，深淵海溝具有高壓、無光、低溫、寡營養(yang) 的特征，一度被認為(wei) 是生命的禁區。我們(men) 很難想象馬裏亞(ya) 納海溝底部1100個(ge) 大氣壓下居然還有生命存在。然而，探索未知、超越認知邊界正是科學家們(men) 要幹的事兒(er) 。近些年，在各國深淵研究計劃的支持下，科學家們(men) 使用深拖、抓鬥、沉積柱采樣器、生物誘捕器、著陸器、潛標、載人或無人潛水器等技術手段，重點在西太平洋的萬(wan) 米級海溝開展了科考工作，取得了一係列刷新認知的成果。深海深淵，不光有生命，而且還不少呢！

換一種活法——深淵生命

深淵海溝“V形”地貌的半封閉性和漏鬥效應，促使其成為(wei) 海洋沉積物的天然聚集區。沉積物富含難降解的有機物和火山物質，是微生物活動的活躍區，孕育著豐(feng) 富而獨特的生命形式。海溝及其周邊的複雜地形，使得不同深度的洋流複雜多變，並誘生了海底生態環境的多樣性。海溝在洋底並非暢通無阻，而是被一些洋底高原或海嶺分成不連續的若幹段，每段的延伸方向發生明顯的轉折，深淺不一，不同段落的海溝裏的生物有相同或相近的種類，也有大量不同的種類。隨著海水深度的增加，一般大型生物和高等動物會(hui) 越來越少。無論在平麵還是垂向上，深淵生物群落表現出了特有的區域專(zhuan) 屬性。

深淵海溝，不僅(jin) 存在種類繁多的微生物，如細菌、古細菌、真菌、病毒，還有大量宏生物，如魚類、棘皮動物、刺胞動物、海綿動物、節肢動物、軟體(ti) 動物等。2021年，“奮鬥者”號載人潛水器在對馬裏亞(ya) 納海溝的科考中發現，在萬(wan) 米深淵，生活著大量鉤蝦、海參、海葵、多毛類等生物。

琵琶魚， 克馬德克海溝， 深度5736米

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

稀有深海海星，克馬德克海溝，深度6700米

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

鼬鳚鰻魚，克馬德克海溝，深度6500米

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

一塊堅硬的石頭成為(wei) 海星、海葵、小珊瑚、海綿和海鞘共同的家，克馬德克海溝，深度6124米 攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

海星，馬裏亞(ya) 納海溝，深度9580米

海葵，馬裏亞(ya) 納海溝，深度9254米

多毛類，馬裏亞(ya) 納海溝，深度7120米

海綿，西菲律賓海盆，深度7464米

海參，馬裏亞(ya) 納海溝，深度10812米

海葵，馬裏亞(ya) 納海溝，深度9000米

一排海葵（岩石下），馬裏亞(ya) 納海溝，深度9347米

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

八仙過海，各顯神通——身懷絕技的深淵生命

深淵生命主要依靠上層海水沉降下來的有機質維持生命，有些也依賴於(yu) 來自地球深部物質通過化能合成獲得能量。為(wei) 了適應極端環境，深淵區的生命擁有著不同於(yu) 地表及淺海生物的生命機製和特殊的代謝途徑。

深淵獅子魚被認為(wei) 是地球上棲息最深的脊椎動物，曾在8145米的深度被發現，它的皮膚、肌肉和骨骼都表現出對深海高壓的適應性。

獅子魚群，西菲律賓海盆，深度7731米

端足目鉤蝦——深淵區的主人公之一，其食物明顯受控於(yu) 上層海水的生產(chan) 力，但凡落入深淵區的生物殘骸，都會(hui) 被其定位、攝食。另外一方麵，鉤蝦也是其他大型捕食者的食物來源。例如，中科院深淵科考隊在馬裏亞(ya) 納海溝7400米捕獲的獅子魚經過解剖後，胃部充填著大量形態較為(wei) 完整的鉤蝦。此外，鉤蝦和獅子魚除了攝食獲得能量，腸道內(nei) 的共生微生物也為(wei) 他們(men) 提供了必需的營養(yang) 物質及免疫防禦。

鉤蝦，馬裏亞(ya) 納海溝，深度10900米

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

為(wei) 了適應萬(wan) 米深淵，海參甚至舍棄掉支撐軀幹的骨針，把自己變成通體(ti) 透明的小個(ge) 子。

除了上述宏生物，深淵微生物也是各個(ge) 身懷絕技。一些微生物在馬裏亞(ya) 納海溝深淵環境中的氮循環、硫循環和能量轉化中扮演著重要角色。今年《自然·通訊》的一篇文章通過對馬裏亞(ya) 納海溝13個(ge) 站位的沉積物分析後，發現沉積物中的優(you) 勢微生物可以將深淵累積的有機氮轉化成氮氣，釋放到上層水體(ti) ，可能有助於(yu) 全球氮元素的平衡。

在馬裏亞(ya) 納海溝的沉積物中，科學家們(men) 還檢測到種類繁多的病毒，這些病毒通過改變微生物的物質能量代謝，從(cong) 而調節和影響海洋生態係統組成和物質能量循環。

另一研究發現，馬裏亞(ya) 納海溝萬(wan) 米海水中存在大量“吃油”的微生物——烴類降解菌，它們(men) 能夠有效降解烷烴，這表明烷烴可能是萬(wan) 米水體(ti) 微生物的重要“燃料”。

不僅(jin) 如此，科學家們(men) 還在馬裏亞(ya) 納海溝的沉積物中發現了一些“兩(liang) 棲”微生物，兼具有氧和無氧呼吸基因，也就是說，無論在有氧還是無氧環境中都能頑強生存。

更讓人意外的是，在深淵之下，俯衝(chong) 帶大洋岩石圈內(nei) 的岩石變化產(chan) 生的流體(ti) 孕育著特殊的生命群體(ti) ，這些生命可能存活在地下14公裏處，這或許是地球上“藏”得最深的生命。

深淵還有多少未知的生命等著我們(men) 去發現？深淵生命與(yu) 陸地或淺海生命有著怎樣的異同和聯係？各深淵生命之間有著怎樣的關(guan) 係？深淵生命的環境適應機製是怎樣的？深淵區的微生物在全球氣候調節中扮演著怎樣的角色？關(guan) 於(yu) 深淵生命，我們(men) 有太多的疑問。解決(jue) 這些疑問，有利於(yu) 構建深淵特色物種資源庫、基因資源庫，為(wei) 開發深淵生物資源奠定基礎。

最後一方“淨土”的丟(diu) 失——深淵汙染

萬(wan) 米深淵，這個(ge) 離人類那麽(me) 遙遠的地方，本應是一方淨土，然而載人潛水器在深淵處發現了垃圾，如塑料袋、易拉罐、漁網等。通過在馬裏亞(ya) 納海溝取樣研究發現，深淵水體(ti) 、沉積物甚至生物體(ti) 內(nei) 都發現了微塑料、POPs、甲基汞等人為(wei) 汙染物。這些汙染對深淵生命和全球生態係統會(hui) 產(chan) 生怎樣的影響？會(hui) 有什麽(me) 連鎖反應？科學家們(men) 也在努力探索中。

在深淵海溝發現的垃圾

攝影/“奮鬥者”號載人潛水器

研究地外海洋的試驗場——深淵海溝

深淵海溝作為(wei) 深海的典型代表，是探索地外海洋世界的試驗場。近年來，研究深空的科學家們(men) 找到一個(ge) 新的突破口——深海，他們(men) 發現深海中的一些極端環境和木衛二、土衛二的冰下海洋可能狀況相似。因此，研究深海極端環境的生命有助於(yu) 尋找地外海洋中的生命。如今，美國、歐洲、中國深空和深海領域的科學家和工程師正緊密合作，通過對地球深淵極端環境的探索實現將來對地外海洋的現場探測。

深淵研究利器——載人潛水器

超高的靜水壓力給深淵探索帶來巨大挑戰，受深海觀測采樣技術的製約，深淵生命過程的研究進展相對緩慢。載人潛水器不僅(jin) 可以將科學家們(men) 帶到深淵底部親(qin) 身考察，拍攝影像資料，還可以采集水、沉積物、岩石、大生物、微生物等各種樣品，這對於(yu) 研究深海地球科學係統的形成與(yu) 演化、生命起源與(yu) 環境適應、生物多樣性與(yu) 氣候變化等重大科學問題極其重要，著實為(wei) 深淵科學研究解決(jue) 了大難題。

“奮鬥者”名片

基本參數：

母船：探索一號

最大工作深度：

11000m

尺寸：長10.26m，寬3.17m，高4.4m

重量：36t

有效載荷：

200kg（空氣中）

萬(wan) 米深海下潛時間：

12h

可載人數：3人

水下最大航速：2.5節

載人艙內(nei) 徑：1.8m

觀察窗數量：3個(ge)

平均上浮、下潛速率：

60 m/min

“奮鬥者”號載人潛水器是國家重點研發計劃“深海關(guan) 鍵技術與(yu) 裝備”重點專(zhuan) 項支持研製的深海裝備，是我國首台具備全球海域載人進入能力的重要裝備，也是首台擁有自主星空体育官网入口网站產(chan) 權的全海深載人潛水器。2020年11月，“奮鬥者”號完成萬(wan) 米海試，創造了10909米的中國載人深潛紀錄，中科院深海所積極部署實施全球深淵深潛探索計劃（Global Trench Exploration and Dive Program，縮寫(xie) Global TREnD）。中國-新西蘭(lan) 聯合深淵深潛科考航次第一航段科考任務在克馬德克海溝的圓滿完成，代表Global TREnD計劃邁出了堅實的步伐。在未來，科考隊將繼續發揮“奮鬥者”號的深度和技術優(you) 勢，將我國深淵深潛科考擴展到全球多個(ge) 典型海溝，展開多國聯合的、係統的深淵地質、生命和環境科學多學科綜合深潛考察。

有了這樣的利器，相信不久的將來，深淵海溝的神秘麵紗將被一一揭開。

信息來源：

本文轉載自 孔秀.海溝的前世今生——為(wei) 什麽(me) 深海研究要瞄準海溝？[EB/OL].“海洋世界文化無限”公眾(zhong) 號，2022-12-16.

撰 文/供 圖：孔 秀 中科院深海所

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