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海洋先导:铸科技利器 探深海大洋

海洋先导:铸科技利器 探深海大洋

  8月底,“科学”号完成对西太平洋幸运28卡罗琳海山的考察任务返航。“这是人类首次对这座海山进行科学考察。”航次首席科学家、中科院海洋所研究员徐奎栋难掩内心的激动,“我们采集到许多未知新物种,如高度超出1米的海绵和珊瑚……”

  该航次执行的是中科院战略性先导科技专项“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”(WPOS,以下简称海洋先导专项)的科考任务。这是中科院有史以来在海洋领域投入最大的一个项目。

  聚焦西太

  海洋科学涵盖范围极其广泛,给海洋先导专项的部署提供了众多选择。拿专项首席科学家、中科院海洋所所长孙松的话来说,对海洋先导专项进行总体设计,是“一件非常令人头疼的事情”。

  “近海研究有良好基础但体现不出先导性,深海研究是发展方向但面临极大挑战。”孙松说,“考虑到我国对海洋科技的需求以及海洋领域的国际前沿问题,如何体现海洋科技领域的‘先导性’是我们首先要解决的问题。”

  我国海洋研究起步晚,受到海洋意识、综合国力和探测装备等限制,海洋研究大多局限于近海资源与环境的研究,对深海大洋的研究鲜有涉猎,且有限的调查研究仅限于大洋上层。因此,我国对全球海洋,特别是深海和大洋的动力环境、资源状况缺乏系统了解。

  海洋先导专项将目标锁定在西太平洋。热带西太平洋是比邻我国的大洋,是我国从近海走向大洋的必经之路。“开展西太平洋的研究将对气候变化、邻近大洋对中国近海环境的影响以及深海探索具有重要意义。”为此,2013年中科院正式启动海洋先导专项,首次将西太平洋作为一个系统进行研究,并确定聚焦四个方面的研究内容,包括:热带西太平洋海洋环流与热量传递,重点研究海气相互作用,提高气候预报的准确性;黑潮变异对我国近海生态环境的影响;西太平洋深海极端环境与生命过程;科学目标驱动下的海洋设备研发。

  系统攻关

  中科院的先导专项有一个共同特点,即定位于解决关幸运28系国家全局和长远发展的重大科技问题,集科技攻关、队伍和平台建设于一体,形成重大创新突破和集群优势。

  海洋先导专项也不例外。该专项依托中科院海洋所、南海海洋所、烟台海岸带所、沈阳自动化所和大气所等单位,联合国家海洋局第一、第二、第三海洋研究所等国内外优势力量,开展联合攻关。

  “它不仅涉及到气候变化,也涉及到近海与大洋的相互作用、深海与表层海洋相互作用以及深部海洋的探索。”孙松说,“从立体看,是从深海到表层、海气相互作用;从水平看,涉及到大洋和近海;在学科上,涉及物理海洋学、化学海洋学、生物海洋学和海洋地质学。”

  概括而言,就是以热带西太平洋为主要研究区域,兼顾东印度洋和印尼贯穿流,从“海洋系统”的视角开展综合系统调查研究,推动我国深海大洋理论与技术体系的构建和发展。

  海洋研究离不开考察与观测装备。海洋先导专项办公室主任、中科院海洋所副所长李超伦告诉《中国科学报》记者,不同于一般的设备研发项目,专项的设备研发是在科学目标引导下,研发海洋探测与研究急需的装备,做到能用、好用、系列配套、综合配置,不单纯强求指标的先进性,突出实用性和可靠性的提高。

  今年7月,“科学”号搭载我国自主研发的水下滑翔机、自主式无人潜水器等系列海洋探测设备开展可靠性验证。

  “这是中国首次使用多台(套)系列深海探测设备开展多平台协同综合立体观测。”李超伦表示,这些设备显示了一个国家的海洋科技水平,从国外很难买到。通过“多兵种作战”,为科学家综合分析提供多方面的信息和数据。

  前瞻引领

  截至目前,“科学”号已在海上工作超过900天,航行1.2万余海里,回收布放深海潜标73套次,“发现”号ROV下潜126次,获取冷泉、热液、海山等深海极端环境调查数据已逾5.2Tb,深海地质样品3余吨,大型生物样品3000余号,综合调查站位已逾450个。

  由海洋先导专项布放的深海实时传输潜标观测数据已连续实时回传250余天,创造了国内外有明确文献记录的实时获取深海数据的最长工作时间;在国际上率先开展热液喷口流体温度梯度原位探测,在马努斯热液区探明20余个热液喷口,最高温度344℃……

  面对这些成绩,孙松却在思考一个问题:专项做完后我们可以留下什么?

  北京市副市长、中科院原副院长阴和俊曾在海洋先导专项启动会上强调,专项应做到“专项目标要明确,产出要可考核,成果要用得上,应用要能产生重大影响”。

  “发表文章是一方面,更有必要的是长期影响力。”孙松的目标是:建立国际一流的深海研究平台,形成综合性的海洋探测与研究体系;与此同时,打造一支具有国际先进水平的深海科学研究与技术研发创新团队,促进我国深海高新技术进步,实现海洋科技跨越发展,为建设“海洋强国”提供科技支撑。

  英国《自然》杂志曾两次跟踪报道海洋先导专项,称“中国已经完全具备开展深海研究的能力”,“是600年前郑和下西洋之后中国人的又一个创举”。

  孙松相信,随着时间的推移,专项的后续影响会更大。

  (原载于《中国科学报》 2017-09-06 第1版 要闻)