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        2019-09-05 06:56:06方銀霞
        科學(xué)24小時(shí) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:生物圈大洋深海

        方銀霞

        地球是個(gè)藍(lán)色的水球,海洋占地表面積的70%以上。由于巨厚的海水對(duì)光線的吸收作用,探索深海的難度非常大,其中約95%的深海大洋從未被人類所涉足,充滿了未知與神秘。因此,我們對(duì)深海的了解遠(yuǎn)不及宇宙深空。

        近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),探究深海的活動(dòng)推動(dòng)了整個(gè)地球科學(xué)的發(fā)展,并加速了多學(xué)科交叉研究。深海海底生物資源豐富,但其生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱,需要人類社會(huì)予以特別的重視與保護(hù)。深海所擁有的巨量水體和熱容量,使其在地球氣候系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用。同時(shí),深海蘊(yùn)藏的海底礦產(chǎn)資源和生物基因資源,是人類未來(lái)的資源寶庫(kù)。因此,深海大洋是人類亟待填補(bǔ)的認(rèn)知空白,也是國(guó)家資源和安全保障之所系。

        深海大洋是人類探索海洋的科學(xué)前沿

        深海海底是地球系統(tǒng)中海洋巖石圈、水圈、生物圈相互作用最為活躍的區(qū)域,也是物質(zhì)循環(huán)、能量傳輸?shù)闹匾獔?chǎng)所。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),地球科學(xué)和海洋科學(xué)的兩次重大突破主要發(fā)生在海底,分別是20世紀(jì)60年代末驗(yàn)證了板塊構(gòu)造理論和20世紀(jì)70年代確立了地球軌道驅(qū)動(dòng)冰期旋回的米蘭科維奇理論。這兩次重大突破把地質(zhì)學(xué)從陸地?cái)U(kuò)展到全球,讓地球系統(tǒng)科學(xué)進(jìn)入了新階段。

        20世紀(jì)70年代末,海底熱液系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家不僅找到了正在形成中的多金屬“活”礦床,而且找到了地球深部與表層相互聯(lián)系的渠道。通過(guò)深海探測(cè),科學(xué)家發(fā)現(xiàn)熱液系統(tǒng)不但支持著依靠硫細(xì)菌化合作用能量、與光合作用無(wú)關(guān)的“黑暗食物鏈”,而且通過(guò)海水在熱液中的循環(huán)將上地幔的元素輸向大洋,在地質(zhì)時(shí)間尺度上改變著地球的表面系統(tǒng)。

        近年來(lái),在數(shù)千米深海底下數(shù)百米深處的地層中,廣泛發(fā)現(xiàn)由古菌與細(xì)菌組成的“深部生物圈”。這些依靠新陳代謝多樣性分類的原核生物,從地層深處的成巖過(guò)程到高溫的火山玄武巖中都能發(fā)現(xiàn)。它們的發(fā)現(xiàn)不僅極大地?cái)U(kuò)展了地球上生物圈的范圍,而且使地質(zhì)界重新評(píng)價(jià)原來(lái)算作“無(wú)機(jī)”化學(xué)作用的地質(zhì)過(guò)程,使得地球科學(xué)與生命科學(xué)在微生物和生物地球化學(xué)的層面上,形成了新的交叉點(diǎn)。

        當(dāng)前受到世界關(guān)注的“全球變化”研究,都只是根據(jù)地球表層系統(tǒng)中的部分過(guò)程、在較短的時(shí)間尺度內(nèi)所作的推論。而深海探索的新發(fā)現(xiàn)卻表明了全球變化中“碳循環(huán)”的關(guān)鍵過(guò)程,無(wú)論是水層中溶解的有機(jī)碳,還是海底以下的“深部生物圈”,都沒(méi)有被納入地球“碳循環(huán)”的模型,這是以往研究忽視的重要環(huán)節(jié)。

        深海大洋是人類未來(lái)的資源寶庫(kù)

        進(jìn)入21世紀(jì),人類面臨著人口膨脹、資源短缺和環(huán)境惡化這三大難題。出路在哪里?答案就是海洋。我們要向海洋拓展活動(dòng)空間,向海洋要資源,海洋是人類未來(lái)重要的資源寶庫(kù)。

        首先要談的是海水資源。我們知道海水是咸的,那是因?yàn)楹K缓芏嗟牡V物質(zhì)。海水的平均鹽度是35‰,里面溶解有80多種元素。在這些元素里,有些含量比較高,比如我們平時(shí)食用的鹽有很大一部分就是從海水里提煉出來(lái)的。如果把海水里的礦物質(zhì)全部提煉出來(lái)的話,光食鹽就可以達(dá)到3770億噸,鎂也有1800多億噸。除了海水資源,海洋里還有魚(yú)、蝦、貝殼、珊瑚等海洋生物資源。據(jù)科學(xué)家調(diào)查統(tǒng)計(jì),海洋植物和動(dòng)物大概有20萬(wàn)種以上。其中,海洋動(dòng)物占絕大多數(shù),大概有18萬(wàn)種。大海每年為人類提供了大概有6億噸的海產(chǎn)品,其中蛋白質(zhì)占總量的22%。

        其次,不得不提的就是深海生物基因資源。說(shuō)到海洋生物,就不能不說(shuō)一下“陽(yáng)光生物圈”與“黑暗生物圈”。大家知道,萬(wàn)物生長(zhǎng)要靠太陽(yáng),陽(yáng)光是基礎(chǔ)能量,植物通過(guò)光合作用吸收二氧化碳,把它轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳、葡萄糖和淀粉,植食性動(dòng)物又以植物為食,然后就形成了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。但大家很少了解的是,除了“陽(yáng)光生物圈”,還有一個(gè)于20世紀(jì)70年代首次發(fā)現(xiàn)的“黑暗生物圈”。在這個(gè)獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境中,微生物非常豐富卻可以不依賴陽(yáng)光。這些生物能夠在惡劣的條件下生長(zhǎng),它本身肯定具有一些非常獨(dú)特的基因,而這些基因就是科學(xué)家研究的對(duì)象,也必定值得人類開(kāi)發(fā)利用。

        最后,海洋里還蘊(yùn)藏著許多的礦產(chǎn)資源。在1000米水深范圍以內(nèi)且靠近陸地的區(qū)域,就能夠找到天然氣水合物資源,俗稱“可燃冰”?!翱扇急庇靡桓鸩窬湍鼙稽c(diǎn)燃,有望成為未來(lái)重要的后續(xù)能源。

        在深海盆地4000~5000米深的地方能發(fā)現(xiàn)多金屬結(jié)核,它富含鐵、汞、銅、鎳等金屬元素,估計(jì)總儲(chǔ)量有1.5~3萬(wàn)億噸,比陸地上現(xiàn)已探明的那些金屬資源儲(chǔ)量要高得多。此外,在大洋海山上分布著大片的富鈷結(jié)殼,大洋中脊生產(chǎn)著多金屬熱液硫化物,這些深海礦產(chǎn)資源蘊(yùn)藏量巨大。

        深海資源,早期僅有發(fā)達(dá)國(guó)家和部分海洋大國(guó)關(guān)注,近年來(lái)發(fā)展中國(guó)家也加入了深海礦產(chǎn)資源勘查和圈礦的行列。深海資源的探礦海域日益擴(kuò)大,新資源的發(fā)現(xiàn)也倍受世人關(guān)注,人們?cè)缙诙嚓P(guān)注多金屬結(jié)核資源,現(xiàn)已轉(zhuǎn)向多金屬結(jié)核、多金屬硫化物、富鈷結(jié)殼和深海稀土等多種資源。

        深海大洋是各國(guó)參與全球海洋治理的重要領(lǐng)域

        隨著人類對(duì)資源需求的不斷增加,陸地上的資源供給越來(lái)越乏力,一些國(guó)家和國(guó)際礦業(yè)公司正以極大的熱情瞄準(zhǔn)深海礦產(chǎn)資源的探測(cè)與開(kāi)采。讀者可能會(huì)想,現(xiàn)在深海探測(cè)程度還這么低,投巨資到那么深的海底去采礦合算嗎?其實(shí),我們所關(guān)心的不僅僅是采礦這么一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題,深海采礦已經(jīng)成為宣誓國(guó)家存在、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益的一個(gè)重要方式。1982年通過(guò)的《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》中規(guī)定:國(guó)際海底區(qū)域(國(guó)家管轄范圍以外的大洋底部)及其資源是人類共同繼承的財(cái)產(chǎn),全世界人人都有份。本著“誰(shuí)有能力誰(shuí)先開(kāi)采”的原則,世界各國(guó)開(kāi)始了對(duì)海底采礦權(quán)的爭(zhēng)奪。目前,國(guó)際海底區(qū)域的海底資源采礦權(quán)歸國(guó)際海底管理局管理,各締約國(guó)依據(jù)相應(yīng)的探礦規(guī)章制度,可以自由去做科學(xué)調(diào)查與研究,并向國(guó)際海底管理局提出礦區(qū)申請(qǐng)。截至目前,我國(guó)已經(jīng)在國(guó)際海底區(qū)域申請(qǐng)了4個(gè)礦區(qū),包括東太平洋2個(gè)多金屬結(jié)核礦區(qū)、西太平洋1個(gè)富鈷結(jié)殼礦區(qū)和西南印度洋1個(gè)多金屬硫化物礦區(qū)。

        此外,環(huán)境保護(hù)正成為深海活動(dòng)的新領(lǐng)域和海洋強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的新舞臺(tái)。2012年,聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展大會(huì)敦促國(guó)際社會(huì)建立《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》框架下的海洋生物多樣性保護(hù)協(xié)議。深海保護(hù)區(qū)建設(shè)也成為深?;顒?dòng)的新領(lǐng)域。2011年,環(huán)北大西洋15個(gè)國(guó)家倡議設(shè)立的大西洋公海保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)宣布生效。2016年,由新西蘭-美國(guó)聯(lián)合提議的羅斯海公海保護(hù)區(qū)宣告設(shè)立。發(fā)達(dá)國(guó)家和國(guó)際組織從各自利益出發(fā),相繼提出了一系列有關(guān)公海保護(hù)區(qū)建設(shè)模式、選區(qū)準(zhǔn)則及管理制度的提案。海洋生態(tài)保護(hù)與深海資源勘查一樣,正成為世界各國(guó)進(jìn)入深海和參與全球海洋治理體系建設(shè)的又一重要領(lǐng)域和競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)。

        總之,深海探測(cè)是我們?nèi)祟愑篮愕氖姑?,開(kāi)發(fā)和利用深??臻g是人類謀求未來(lái)生存與發(fā)展最現(xiàn)實(shí)的選擇,是21世紀(jì)國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)秩序變革的焦點(diǎn)之一,也是我國(guó)建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的必然選擇。我們絕不能放棄這么一大片的深海大洋。

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