Oceans:逐鹿深海远洋
来源:开云怎么样 发布时间:2025-06-11 13:17:03
16世纪以来的大国崛起的历史,正是海洋科学从萌芽到形成的发展史。全球性经济的发展,将人类的活动带到了远洋;海底资源的发现,又把人类的活动推向深海。这一切,都是在科学和技术并肩发展的基础上实现的。这样发展起来的海洋科学具有深刻的全球性,在自然科学众多门类中,海洋科学也是一门更加需要国际交流合作的学科。 人类最先关注近岸海洋,以为只要研究近岸浅海就够了。但是科学的发展表明,以前被认为的区域问题,如今也需要从海盆尺度甚至全球尺度来看待。例如,全球性温盐环流的变化,通过中纬度大气影响北太平洋及东亚季风,进而影响黑潮及我国近海环流的物质及热量输运。不研究远洋,也就不可能理解近海。 同样迫切的任务在深海。地球表面13亿立方千米的水中约有97%集中在海洋里,平均3800米深的海水使人类对深海海底的了解还不如月球表面。直到百余年前甚至几十年前,人类还以为深海是个没有生命的死亡世界。未曾想,近几十年来,深海成了地球科学接二连三的突破口。 海洋科学一系列重大问题均来自于深海,如深层大洋环流的驱动、海底“热液”和“冷泉”物质通量及其环境生态影响、“深部生物圈”在碳循环中的作用等。探索“固体地球循环”、“俯冲带加工厂”里水和碳的平衡及其对发震带的影响、地球深部与表层系统之间的圈层相互作用等研究领域也是方兴未艾。 尽快进入深海的前沿,不仅是我国海洋科学、也是整个地球系统科学的战略需要。我国目前深海基础研究力量过于薄弱,迫切地需要采取一定的措施,迅速改变这种落后状况。 人类历史是在海洋之外、从船上或者岸上观测海洋。这类的“考察”航次只能从表面取得短暂甚至瞬间的海洋信息,甚至要画出一幅同时间的海水温度图都没有可能。海上定点或者剖面的连续观测,是记录变化过程、变化机理的必要途径;从短暂考察到连续观测,是海洋科学发展的必由之路。海洋观测不以海面为限。20世纪60年代出现的遥感技术的发展,第一次使人类摆脱地心引力,从空间观测海洋,打开了海洋科学的视野,提供了海洋观测的第二个平台。但遥感技术难以达到大洋海底。随着锚系和自沉浮式剖面观测浮标技术的发展,能进入海洋内部进行连续和实时的观测;而近来正在建设的“海底观测网”,用光纤、电缆传送能量和信息,正在为海洋观测打造第三个观测平台。海底观测网相当于将观测站和实验室建在海底,是地球科学又一次来自海洋的革命。其优点是摆脱了电池使用寿命、船时与舱位、天气及数据延迟等种种局限性,科学家可以在陆上利用互联网实时监测自己的深海实验进程。如果说,从海上或岸上进行观测,是从外面对海洋做“蜻蜓点水”式的访问,那么从海底设站进行长期实时观测,是深入到海洋内部做“蹲点调查”,是把深海大洋置于人类的监测视域之内,将海洋科学从“考察型”向“观测型”推进。多尺度入手 海洋是一个包含多种时空尺度过程的复杂动力系统,不同时空尺度过程之间有相互作用。从海洋动力过程来讲,它既包含小尺度(毫米量级)快速的湍流、表面及内部重力波等过程,又包含大尺度(几千米到上千千米量级)的潮汐、Rossby及Kelvin波,以及中尺度涡和环流系统。这些不同尺度运动之间的能量相互传递,以维持海洋的温盐结构。同样复杂的是海洋的时间尺度。表层海水的更新时间以天计,深层水以千年计,而在俯冲带和洋中脊进入地球内部的水循环至少以百万年计。海洋生物,既有每10分钟繁殖一次的浮游细菌,又有繁殖周期长达千年的“深部生物圈”。不仅如此,不同时空尺度的海气耦合过程之间还存在相互作用,如热带气旋对温盐环流的形成及变异也会造成影响。不同尺度的海气相互作用过程的结合对于认识天气及气候变异机理、提高预测水平有重要意义。因此,海洋过程的时空尺度跨越许多数量级,不可能用简单化的方法研究。以探索机理为目标的研究需要跨越时间和空间尺度。20世纪90年代美国海洋沉积学的研究计划,是利用短期沉积过程(100年)的观测,去求取长期地层记录(104~106年)的解释;时间和方法上都有大的跨度,从秒级的波浪周期到107年的地层周期,CNG海底观测的三脚架和沉积捕集器到地震和大洋钻探,值得海洋学所有的领域借鉴。“科”“技”共掌舵 海洋科学早已出现,但是深海研究却只有几十年,原因主要在于深海探测技术的滞后有了回声声呐,才知道有海山与中脊;有了深海钻探,才证明了板块理论;有了深潜技术,才发现海底热液和冷泉。总之,没有先进的技术,就不可能有深海的探测。 因此,与许多兄弟学科相比,海洋科学更加需要科技的协同发展,许多国际的海洋科学计划,也是有科、技双方一同讨论,和技术发展计划一道制定的。 美国发布的《为美国海洋科学导航:今后十年研究的优先领域》文件中,提出三大任务:加强海洋过程的理解与预报能力,实施以生态系统为基础的海洋管理,建设海洋观测系统。其中第三项,海洋观测系统的建设,正是实现前两项目标的技术保障。 另外,海洋科学的发展要解决科学和技术发展脱节的问题,问题的实质在于是否有创新的目标。重复性的工作只需要模仿或者多添购仪器,而创造型的研究却往往要求技术上的改进,因此发展计划只能由科学和技术双方共同制订。 科学和技术协同发展并不只是主管机关的责任,科学家对技术的了解,技术家对科学的兴趣,是两者结合的前提。科学家只顾发表论文,技术家只知道申请专利,这是我国科学创新的大敌。单纯依靠“雇佣”关系的科技联合,不可能带来创新的冲动。这要从学生开始,培养科与技的结合,从根本上改变科协和技术发展脱节的弊病。
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