從海底觀察地球——地球系統(tǒng)的第三個觀測平臺

海底觀測平臺把深海大洋置于人類監(jiān)測視域，這就從根本上改變認(rèn)識海洋的途徑，開創(chuàng)了海洋科學(xué)新階段。

觀測地球的視野和視角

回顧人類認(rèn)識世界的過程，也是一部不斷擴(kuò)展視野的歷史。古人沒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險(xiǎn)。當(dāng)然更不會知道海底的地形起伏，會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，海水比河水多百萬倍，海洋的平均水深3 700多米，隔了厚層的水，人類對深海海底的了解，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”，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)使人類克服地球引力進(jìn)入太空，第一次看到地球的全貌，開始將地球看作一個整體，將地球上種種現(xiàn)象聯(lián)結(jié)為“牽一發(fā)動全身”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，這次用的遙測遙感技術(shù)是一種“顯宏鏡”（macroscope），通過觀測對象的縮小方才看到了地球整體。17世紀(jì)從地球向外看太陽系，帶來哥白尼革命；20世紀(jì)從太空向內(nèi)看地球，帶來的科學(xué)進(jìn)步被喻為“第二次哥白尼革命”。

這次“革命”對地球科學(xué)的影響極大，尤其是對浩瀚的大洋。人類對海洋的認(rèn)識，大都是19世紀(jì)晚期以來通過航海從船上取得的，這種星星點(diǎn)點(diǎn)、斷斷續(xù)續(xù)的觀測，帶來了許多錯覺和誤會。例如，直到20世紀(jì)早期，測量海底地形的辦法還是用繩子系上重錘拋到海底，用繩子的長度測算水深，如此得來的測點(diǎn)寥若晨星，繪在圖上當(dāng)然只能說明海底平坦，地形單調(diào)。再如，船上用溫度計(jì)測量海水表層，只能測了上一點(diǎn)再測下一點(diǎn)，永遠(yuǎn)也畫不出一張同時的海洋溫度圖。20世紀(jì)出現(xiàn)的遙測遙感技術(shù)從衛(wèi)星獲取地球信息，開辟了全新的對地觀測系統(tǒng)，能夠獲取全球性的和動態(tài)性的圖景，同時得到的不僅有海水表面的溫度、風(fēng)場、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)的主要觀測對象在于地面與海面，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。現(xiàn)在要問：能不能換一個視角：不要老是從海面看海底，可不可以從海底看海面，把觀測平臺放到海底？21世紀(jì)伊始，一個新的熱點(diǎn)正在出現(xiàn)：這就是海底觀測系統(tǒng)。假如把地面與海面看作地球科學(xué)的第一個觀測平臺，把空中的遙測遙感看作第二個觀測平臺，那么21世紀(jì)在海底建立的，將是第三個觀測平臺。海底的觀測平臺的功能是把深海大洋置于人類的監(jiān)測視域之內(nèi)，結(jié)果將從根本上改變?nèi)祟愓J(rèn)識海洋的途徑，開創(chuàng)海洋科學(xué)的新階段。

深海的持續(xù)觀測

作為陸生動物，人類自古以來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)興時代的巨匠達(dá)·芬奇也確實(shí)設(shè)計(jì)過潛水服，而人類真的潛入深海還是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和一名美國軍官乘坐Trieste號深潛器，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大氣壓，到深海作“探險(xiǎn)”可以，要蹲在海底進(jìn)行長期“觀測”又談何容易？

然而，長期現(xiàn)場觀測是當(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，探險(xiǎn)、考察大體上可以解決問題；而現(xiàn)代的地球科學(xué)要作環(huán)境預(yù)測，就只有通過過程觀測才能揭示機(jī)理，不能滿足于短暫的“考察”。對靜態(tài)的對象，無論是“新大陸”還是古墓葬，探險(xiǎn)就可以發(fā)現(xiàn)；對動態(tài)的過程，不管是風(fēng)向、海流還是火山爆發(fā)，都要求連續(xù)觀測，只攝取個別鏡頭的“考察”無濟(jì)于事。好比領(lǐng)導(dǎo)“視察”，看到的不見得有代表性，除非長期“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，很久以來就看到幾年一度的“厄爾尼諾”，但誰也不明白它的來歷。1985年開始，在太平洋赤道兩側(cè)投放了將近70個錨系，對水文、風(fēng)速、風(fēng)向等連續(xù)觀測十幾年，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)測就有了依據(jù)。另一個例子是海洋沉積。深海海底的泥來自表層，長期以來總以為這是一種緩慢、均勻的過程，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。原來海洋里的沉積作用平時微乎其微，來時如疾風(fēng)暴雨，是突發(fā)性的。

說了半天還都是海水中的觀測，沒有到海底。但是，在海里進(jìn)行連續(xù)觀測都有能源供應(yīng)和信息回收的限制，因?yàn)楸仨毝ㄆ谂纱鎿Q電池、取回觀測記錄。這種一年半載后才能取回的記錄，連續(xù)但并不及時，而海上預(yù)警要求有實(shí)時觀測的信息，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，而偏偏最不安全時的觀測最有價(jià)值，比如臺風(fēng)和海嘯。

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