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相比探索宇宙,探索大海的难度简直是“寸步千里”
2018-8-23 0:51:00           作者: 宇宙小百科

极限深度

尽管人类探索地球最深渊的渴望与登上世界之巅的欲望一样强烈,但想要到达海洋的最深处,单靠强烈的好奇心是远远不够的。在那里,有人类未知的极度高压和全然的黑暗;在那里,生活着一些前所未见的奇特海洋生物。毫不夸张地说:地球上约五分之四的地方还没有被人类勘探过,而马里亚纳海沟就是其中最神秘的地方。

相比探索宇宙,探索大海的难度简直是“寸步千里”

 

深海探索

马里亚纳海沟是目前已知的海洋的最深处,就算将整座喜马拉雅山沉入沟底,珠穆朗玛峰峰顶距离海平面还有1.6千米之差。

1960年1月,美国海军深海潜艇“的里亚斯特号”展开了人类历史性的深海探索之旅——“自游生物计划”。

人类深海探险史上的传奇式人物雅克·皮卡德和海军中尉唐·沃尔什乘坐“的里亚斯特号”深海潜艇成功下潜至1万多米深的马里亚纳海沟海床。该潜艇在海底只待了不到20分钟。但是,在此之前,能下潜到如此深度并成功归来的可全部都是不载人潜艇。这次的深潜行动轰动全球,当时创下了人类探索海底的深度记录。

相比探索宇宙,探索大海的难度简直是“寸步千里”

 

从购买深海潜艇、整顿一切,到配置所有物资,美国海军总共花费了为期9个月的时间,为“的里亚斯特号”及其队伍参与“自游生物计划”进行准备工作。此项计划是他们在西太平洋关岛附近所开展的一系列深海科学探索——旨在对海水的光线透明度、水底能见度、人为声音传送等海洋地理学知识进行探索。

“的里亚斯特号”由皮卡德的父亲、瑞士人奥古斯汀·皮卡德发明。1953年,由于科研深陷财务危机,老皮卡德向美国海军寻求科研经费上的帮助。而那时,美国海军也正需要一款用于深海探险的潜艇设计。为了向美国海军证明自己的潜水设备,皮卡德父子将设计带来了美国,纯粹只为科学研究。1958年,美国海军被他们的设计所折服,向皮卡德父子购入了“的里亚斯特号”,并聘请他们作为顾问。

其实,皮卡德父子于1953年便开始反复测试“的里亚斯特号”,不断寻求改良的设计,到最后,已有数十载的研发经验。1953年8月,“的里亚斯特号”下潜至海下1080米的深度,之后不久又下潜至3150米,在1956年更下潜至3700米。1958年,潜艇外层已经能承受7千米深的压力,经过改良后,最终则能抵受住超过1万米的压力。在潜艇进行终极测试前,“的里亚斯特号”总共潜航了64次。美国海军的参与,让皮卡德有机会将他的发明付诸行动,实现他对海底探索的终极梦想。

极限惊魂窗体顶端

1960年1月23日,雅克·皮卡德和海军中尉唐·沃尔什驾驶“的里亚斯特号”潜艇抵达位于太平洋西部的马里亚纳海沟,下潜了近5小时,才抵达10 916米的深度(马里亚纳海沟沟深10 924米)。“的里亚斯特号”潜艇的这次深潜行动没有携带任何科学仪器,也没有进行任何科学实验,该任务的目的只为达到人类下潜的极限深度。潜到水下9144米深处时,突然一记响亮的撕裂声划过耳边,所有人的心都悬了起来。不过,他们仍然继续下潜,最终触碰到了海沟底部黑色的软泥。

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在海洋中,每下潜10米就相当于增加了1个大气压,几毫米厚的钢板在万米深的洋底会像空气中的蛋壳一样不堪一击。由于在10 916米深的海底,水压之大可以恐怖到每平方厘米500千克的地步,也就是说,海底的压力比海平面高出至少1096个大气压(相当于1000多倍)。雅克·皮卡德的深海潜艇开始无法承受这一压力,当他在窗口玻璃上发现有裂纹出现时,皮卡德决定缩短航程时间。之后,只在海底逗留了20分钟,就不得不返回水面,而裂纹在3小时15分钟的上浮过程中,并没有发生任何可怕的情况,这实在是太幸运了。“的里亚斯特号”(无论是有人驾驶还是无人驾驶)成为第一艘到达海洋最深处的船只。

在此之前,海洋生物学界的普遍观点认为,在海洋的最深处不会有生物存活。但是就是这短短的20分钟,震惊了整个科学界。在潜水艇探照灯的映照下,皮卡德见证了人类前所未见的景象,他们在完全黑暗的世界里看到了鲜活的生命。

在皮卡德的书中有这样的记录:“我看见一条鲽鱼从潜艇舷窗旁飘然游过,在那个深度发现一条鱼令我们感到十分惊讶,我看见它的同时,它也用头顶的两只圆眼睛盯着我看。然后,慢悠悠地从舷窗前游走了。随后,它渐渐沉入海底软泥中,一截身子露在外面。生命有可能存在于如此深的海底吗?是的,它可以!”皮卡德用他堪比人类登月的壮举解答了困扰生物学家、海洋学家几百年来从未寻找到的答案。正是雅克·皮卡德在1.1万米深的海底发现了活着的海洋生命,才最终促使国际社会决定禁止人类向深海海沟中倾倒核废料。

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8200米是鱼类生活的极限深度

但时至今日,有研究人员的结论和皮卡德所看到的刚好相反。研究人员认为,人类从未在8200米的深度之下见到过存活的鱼类,并且提供了鱼类无法在此深度之下存活的生物学原因。

首先,阿伯丁大学的佩里教授提出,海洋深处是地球上最恶劣的环境之一。那里完全漆黑、温度接近冰点且水压很大。除了偶尔出现下沉到海底的鲸鱼残骸或死鱼残屑,海洋深处的食物其实极其缺乏。在那样一种与世隔绝的深度,除了以磷虾一类的微小生物为食,那些脆弱的深海鱼类个体压根就没什么可吃的。深海鱼类通常只在3千米以上的浅海水域生存,能在3千米以下碰到鲨鱼和鳐鱼的概率微乎其微,因为在那个深度,根本没有足以让其生存下去的食物。

在深海生存最大的挑战在于对抗深海的压力。假如你站在海底底部,相当于有两头大象站在你的大脚趾上。这对身体会产生深远的影响。例如,在高压下,细胞膜会变硬,严重阻碍其正常生理功能。为了生存,深海生物体内有像人造黄油似的脂肪,很黏。这种具有较高黏度的脂肪可以保持细胞膜内外液体的正常流通。

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除此之外,美国华盛顿惠特曼学院的保罗·燕西在几年前还提出了一个全新的观点。他认为,鱼类能否在深海生存完全取决于鱼类身体组织中承受高压的某种特殊分子。若要存活于更深的水中,鱼类需要进化出这种分子,以免极度高压改变其体内蛋白质的形状。这是一种名为氧化三甲胺的化学物质,简称TMAO,也正是这种物质让鱼类有了鱼腥味。

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TMAO分子有助于保持鱼体内蛋白质的形状,并帮助调节细胞内可溶物质的浓度。这意味着,鱼类只要有效地增强体内细胞中TMAO的浓度就可以保持蛋白质的形状。没有TMAO分子的存在,细胞中的蛋白质会在深海的高压下扭曲并且停止工作。

TMAO分子水平越高,下潜深度就能越深?这可能就是为什么深海鳕鱼随着年龄的增长,会渐渐下沉到海底几千米处的原因吧(因其体内TMAO分子水平不断增高,所以鳕鱼就可以越游越深)。

尽管我们现在知道了在大洋的最深处是鱼类无法达到的,但是马里亚纳海沟深处却存活着大量其他生物,比如形似虾的片脚类生物。除此之外,2012年,詹姆斯·卡梅隆驾驶潜艇只身潜入马里亚纳海沟,

相比探索宇宙,探索大海的难度简直是“寸步千里”

 

还发现了一种前所未见的的海参。目前,这些生物为何能在如此高压下生存,还是一个未解之谜。同时,人类对距离海平面下近1.1万米深的海底研究或可对地球板块构造和地震研究提供新的视角。

责任编辑: 蔚 蓝 文章来源:
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