從海底觀察地球——地球系統(tǒng)的第三個(gè)觀測(cè)平臺(tái)

海底觀測(cè)平臺(tái)把深海大洋置于人類(lèi)監(jiān)測(cè)視域，這就從根本上改變認(rèn)識(shí)海洋的途徑，開(kāi)創(chuàng)了海洋科學(xué)新階段。

觀測(cè)地球的視野和視角

回顧人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程，也是一部不斷擴(kuò)展視野的歷史。古人沒(méi)有想到海洋有這么大，15世紀(jì)重新發(fā)現(xiàn)的“托勒密地圖”上并沒(méi)有太平洋，以為歐洲航海西行到亞洲并不遙遠(yuǎn)，否則哥倫布也許不敢冒這個(gè)險(xiǎn)。當(dāng)然更不會(huì)知道海底的地形起伏，會(huì)比陸地的高山深谷還大，這要等到20世紀(jì)中期，有了聲波測(cè)深技術(shù)才能發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在我們知道，海水比河水多百萬(wàn)倍，海洋的平均水深3 700多米，隔了厚層的水，人類(lèi)對(duì)深海海底的了解，還不如月亮和火星表面。而地球深處“地?！敝械乃直鹊厍虮砻娴暮Ｋ喑鲈S多倍。

人類(lèi)視域的突變發(fā)生在17世紀(jì)：用新發(fā)明的顯微鏡，看到了細(xì)胞，看到了微生物；用新發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡觀察行星，提出了“日心說(shuō)”，導(dǎo)致“哥白尼革命”。又一次的突變發(fā)生在20世紀(jì)：航天技術(shù)使人類(lèi)克服地球引力進(jìn)入太空，第一次看到地球的全貌，開(kāi)始將地球看作一個(gè)整體，將地球上種種現(xiàn)象聯(lián)結(jié)為“牽一發(fā)動(dòng)全身”的系統(tǒng)，導(dǎo)致地球系統(tǒng)科學(xué)的產(chǎn)生。與17世紀(jì)發(fā)明“顯微鏡”相反，這次用的遙測(cè)遙感技術(shù)是一種“顯宏鏡”（macroscope），通過(guò)觀測(cè)對(duì)象的縮小方才看到了地球整體。17世紀(jì)從地球向外看太陽(yáng)系，帶來(lái)哥白尼革命；20世紀(jì)從太空向內(nèi)看地球，帶來(lái)的科學(xué)進(jìn)步被喻為“第二次哥白尼革命”。

這次“革命”對(duì)地球科學(xué)的影響極大，尤其是對(duì)浩瀚的大洋。人類(lèi)對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)，大都是19世紀(jì)晚期以來(lái)通過(guò)航海從船上取得的，這種星星點(diǎn)點(diǎn)、斷斷續(xù)續(xù)的觀測(cè)，帶來(lái)了許多錯(cuò)覺(jué)和誤會(huì)。例如，直到20世紀(jì)早期，測(cè)量海底地形的辦法還是用繩子系上重錘拋到海底，用繩子的長(zhǎng)度測(cè)算水深，如此得來(lái)的測(cè)點(diǎn)寥若晨星，繪在圖上當(dāng)然只能說(shuō)明海底平坦，地形單調(diào)。再如，船上用溫度計(jì)測(cè)量海水表層，只能測(cè)了上一點(diǎn)再測(cè)下一點(diǎn)，永遠(yuǎn)也畫(huà)不出一張同時(shí)的海洋溫度圖。20世紀(jì)出現(xiàn)的遙測(cè)遙感技術(shù)從衛(wèi)星獲取地球信息，開(kāi)辟了全新的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，能夠獲取全球性的和動(dòng)態(tài)性的圖景，同時(shí)得到的不僅有海水表面的溫度、風(fēng)場(chǎng)、海流和波浪，而且有生產(chǎn)力、污染以至淺海地形等各方面的信息。

遙感技術(shù)的主要觀測(cè)對(duì)象在于地面與海面，缺乏深入穿透的能力。隔了千百米厚的水層，遙感技術(shù)難以達(dá)到大洋海底?，F(xiàn)在要問(wèn)：能不能換一個(gè)視角：不要老是從海面看海底，可不可以從海底看海面，把觀測(cè)平臺(tái)放到海底？21世紀(jì)伊始，一個(gè)新的熱點(diǎn)正在出現(xiàn)：這就是海底觀測(cè)系統(tǒng)。假如把地面與海面看作地球科學(xué)的第一個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，把空中的遙測(cè)遙感看作第二個(gè)觀測(cè)平臺(tái)，那么21世紀(jì)在海底建立的，將是第三個(gè)觀測(cè)平臺(tái)。海底的觀測(cè)平臺(tái)的功能是把深海大洋置于人類(lèi)的監(jiān)測(cè)視域之內(nèi)，結(jié)果將從根本上改變?nèi)祟?lèi)認(rèn)識(shí)海洋的途徑，開(kāi)創(chuàng)海洋科學(xué)的新階段。

深海的持續(xù)觀測(cè)

作為陸生動(dòng)物，人類(lèi)自古以來(lái)把海底讓給神怪世界。雖然相傳紀(jì)元前4世紀(jì)的亞歷山大大帝曾經(jīng)親自潛入海底進(jìn)行觀察，文藝復(fù)興時(shí)代的巨匠達(dá)·芬奇也確實(shí)設(shè)計(jì)過(guò)潛水服，而人類(lèi)真的潛入深海還是20世紀(jì)的事。最深的記錄是在1960年1月23日，瑞士工程師J．Piccard和一名美國(guó)軍官乘坐Trieste號(hào)深潛器，下到了世界大洋最深處——馬里亞納海溝，在10 916米深的海底呆了20分鐘。但是，千米水深就有上百個(gè)大氣壓，到深海作“探險(xiǎn)”可以，要蹲在海底進(jìn)行長(zhǎng)期“觀測(cè)”又談何容易？

然而，長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是當(dāng)代地球科學(xué)的要求。當(dāng)?shù)厍蚩茖W(xué)處在描述階段、以尋找礦產(chǎn)資源為主要目標(biāo)時(shí)，探險(xiǎn)、考察大體上可以解決問(wèn)題；而現(xiàn)代的地球科學(xué)要作環(huán)境預(yù)測(cè)，就只有通過(guò)過(guò)程觀測(cè)才能揭示機(jī)理，不能滿足于短暫的“考察”。對(duì)靜態(tài)的對(duì)象，無(wú)論是“新大陸”還是古墓葬，探險(xiǎn)就可以發(fā)現(xiàn)；對(duì)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，不管是風(fēng)向、海流還是火山爆發(fā)，都要求連續(xù)觀測(cè)，只攝取個(gè)別鏡頭的“考察”無(wú)濟(jì)于事。好比領(lǐng)導(dǎo)“視察”，看到的不見(jiàn)得有代表性，除非長(zhǎng)期“蹲點(diǎn)”，否則很難發(fā)現(xiàn)真相。海洋上有很好的例子。

秘魯和厄瓜多爾的漁民，很久以來(lái)就看到幾年一度的“厄爾尼諾”，但誰(shuí)也不明白它的來(lái)歷。1985年開(kāi)始，在太平洋赤道兩側(cè)投放了將近70個(gè)錨系，對(duì)水文、風(fēng)速、風(fēng)向等連續(xù)觀測(cè)十幾年，終于找到原因：在于赤道的東風(fēng)減弱，西太平洋暖池的次表層水東侵，壓住了東太平洋上升流，從此厄爾尼諾的預(yù)測(cè)就有了依據(jù)。另一個(gè)例子是海洋沉積。深海海底的泥來(lái)自表層，長(zhǎng)期以來(lái)總以為這是一種緩慢、均勻的過(guò)程，就像空氣中的雨點(diǎn)那樣降到海底。1978年，發(fā)明了“沉積捕獲器”，把下面裝有杯子的“漏斗”投放到海水深層，每隔幾天換一“杯”，看沉積顆粒究竟是怎樣降到海底的。結(jié)果大出意外：有的杯子幾乎是空的。原來(lái)海洋里的沉積作用平時(shí)微乎其微，來(lái)時(shí)如疾風(fēng)暴雨，是突發(fā)性的。

說(shuō)了半天還都是海水中的觀測(cè)，沒(méi)有到海底。但是，在海里進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)都有能源供應(yīng)和信息回收的限制，因?yàn)楸仨毝ㄆ谂纱鎿Q電池、取回觀測(cè)記錄。這種一年半載后才能取回的記錄，連續(xù)但并不及時(shí)，而海上預(yù)警要求有實(shí)時(shí)觀測(cè)的信息，不是要“事后諸葛亮”的“馬后炮”。海面作業(yè)更大的限制在于安全，而偏偏最不安全時(shí)的觀測(cè)最有價(jià)值，比如臺(tái)風(fēng)和海嘯。

近來(lái)的動(dòng)向，就是把觀測(cè)點(diǎn)放到海底：在海底布設(shè)觀測(cè)網(wǎng)，用電纜或光纖供應(yīng)能量，收集信息，多年連續(xù)作自動(dòng)化觀測(cè)，隨時(shí)提供實(shí)時(shí)觀測(cè)信息。其優(yōu)點(diǎn)在于擺脫電池壽命、船時(shí)與艙位、天氣和數(shù)據(jù)遲到等種種局限性，科學(xué)家可以從陸上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自己的深海實(shí)驗(yàn)，命令自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)備冒著風(fēng)險(xiǎn)去監(jiān)測(cè)風(fēng)暴、藻類(lèi)勃發(fā)、地震、海底噴發(fā)、滑坡等各種突發(fā)事件。