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海斗深渊前沿科技问题研究与攻关

前沿 来源:互联网搜集 作者:酷站采集 发布时间:2019-12-14 20:13:56 人浏览
摘要

海斗深渊(Hadal trenches),简称深渊,专指海洋中深度大于 6 000 m 的海沟区域.全球共有 37 条深海沟,其中 9 条最深的海沟(例如马里亚纳海沟)分布在西太平洋.深渊环境以压力大、温度低、无光黑暗、构造活跃、地震密集、生命奇特为特点,代表了地球上

海斗深渊(Hadal trenches),简称深渊,专指海洋中深度大于 6 000 m 的海沟区域.全球共有 37 条深海沟,其中 9 条最深的海沟(例如马里亚纳海沟)分布在西太平洋.深渊环境以压力大、温度低、无光黑暗、构造活跃、地震密集、生命奇特为特点,代表了地球上非常独特的海洋极端环境.深渊里孕育了地球上最神秘的生态系统,有着特有的洋流运动,与上层海洋与海底之间存在着广泛的物质和能量交换.深渊与浅海(<200 m)、半深海(200-3 000 m)和深海(3 000-6 000 m)一起,构成了一个完整的海洋体系,是驱动地球系统演化的关键一环.尽管它们有着如此重要的作用和迷人的魅力,但却又是迄今人类知之极少且难以企及的海底区域.

1 立项背景及意义

近年来,随着深渊探测技术瓶颈被逐步突破,深渊科学正成为国际地球科学尤其是海洋科学中蕴含重大突破的最新领域.它以大深度深渊潜水器、深渊探测装置和深渊环境模拟平台为主要技术装备,探索深渊内发生的地质、化学、物理、生命等自然现象、过程及其规律,重点研究海洋最深处发生的生命过程与生命演化、俯冲作用和板块活动、地化过程与矿床形成、深部释气与化能生命、海沟地形与洋流运动等.深渊科学代表了海洋科学发展的最前沿阵地之一,对其进行研究是我国占领国际海洋科学研究制高点的重要机会,对我国海洋科学事业的发展乃至国家整体科学创新实力的提高均有重要的推动作用.

与深渊科学研究同样倍受关注的是深渊技术的快速发展.当前,深渊探测装备技术也正在成为国际海洋竞争的焦点,代表着深海工程技术领域中的顶级挑战,体现了一个国家的深海工程技术水平,目前我国各类研究计划对深渊科学与技术的研究几近空白.2014 年 4 月10日,中科院正式启动了“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”战略性先导科技专项(B 类),首席专家由国际深海科技领域知名学者丁抗研究员担任.该项目计划利用“蛟龙号”深海潜水器和其他深海探测设备在马里亚纳海沟进行科学考察与试验,建立和发展我国海斗深渊生物学、海斗深渊生态学、海斗深渊地学等多个学科体系,并以此为引导,进一步攻克全海深潜水器关键技术及全海深探测装备关键技术,推动我国深海科学和深海装备技术向最深的海洋区域进军.

1.1 专项总体目标

本专项涉及的研究领域代表了海洋科学的最前沿之一,研究过程中所获得学术成果和技术成果,将对我国海洋科学事业发展、深海探测技术进步起到极大的推动作用.专项的总体目标如下:

(1) 聚焦深渊科学前沿问题,在深渊生命演化及适应性、深渊环境演变及资源环境效应、深渊构造活动和地质演变等方面争取重大科学发现或突破,建立我国深渊生物学、深渊生态学和深渊地学等海斗深渊学科体系.

(2) 发展适应于深渊探测和科研需要的深渊探测装备,突破深渊探测技术、深渊模拟实验技术和全海深载人/无人潜水器瓶颈技术,建立支撑我国深渊科学研究及技术攻关的技术体系,为开展和保障海斗深渊的科学考察和研究奠定坚实基础.

(3) 建立一个以深海科学与技术紧密结合为特色的深渊科技卓越中心,形成具有国际竞争力的深渊科技力量综合性联盟体,使其成为深海科技领域具有国际影响的“创新高地”,发挥深渊科技在国家海洋发展中的重要战略作用.

1.2 专项研究内容

深渊科学的探索不仅涵盖了物理海洋、地球物理、海洋化学、地球化学、海洋地质、海洋生态、海洋生物、海洋环境等诸多学科领域的前沿科学问题,也涉及到材料、能源、导航、控制、运载器、深海作业等多种深海高技术领域的储备和研发问题,科学与技术于此相辅相成,是一场长期、复杂和系统的工程.因此,该专项将按照“有限目标、重点突破”的原则,寻求行之有效的发展思路和组织管理方法,集中优势力量解决当前迫切需要且最有可能获得重要进展的三大核心科学问题和三大核心技术问题,并围绕这 3 个科学问题 3 个技术问题设置了 6 个项目.

项目一:海斗深渊的基本生物学特征及特有物种的起源、演化和环境适应机制;项目二:海斗深渊的基本环境特征及专属性物理海洋和地球化学现象;项目三:板块俯冲、构造活动与海斗深渊的形成和演化;项目四:深渊探测设备研制、应用及海上综合性试验平台建设;项目五:全海深潜水器关键技术攻关;项目六:深渊环境模拟实验系统.在 6 个项目中分别设置相关研究课题,针对性地开展相关研究工作.项目一、二、三是专项的科学研究项目,将在深海科学研究领域体现出本专项的核心竞争力,它们的成功实施将为建立我国包括深渊生命学、深渊生态学和深渊地学在内的深渊学科体系作出重要贡献.项目四、五、六是专项的核心技术研究项目,为专项科学问题的研究提供现场观测、样品采集以及实验室模拟支持,是本专项的支撑系统.科学研究项目是该专项实施的目的,技术研究项目是专项成功的前提,科学项目引导技术项目的前进,技术项目促进科学研究项目的发展.6 个项目之间的关系见.

海斗深渊前沿科技问题研究与攻关

 
图 1 专项项目设置  

 

2 进展及独创性

海斗深渊先导专项自启动以来,已在多个布局方向取得较大的进展和突破.

2.1 深渊科考平台--“探索一号”船

完成“探索一号”深渊科考平台建设.作为深海工程技术作业及试验平台,“探索一号”将满足我国在未来 10 多年内进行深渊探测与作业的迫切之需.该平台可为全海深关键技术的研发提供海试平台,可支撑我国万米载人潜水器及无人潜水器的海上试验与作业.2016 年 6-8 月进行的马里亚纳海沟首航,“探索一号”船出色、圆满地完成了航次任务:船舶 DP2 动力定位系统的高精度定位性能,以及万米测深探测系统、CTD 采水器、沉积物取样装置、地震实验系统等船载设备成功运行,表明了“探索一号”船作为我国 4 500 m 和万米载人/无人潜水器母船以及综合性海斗深渊科考作业平台,具备了 6 500 m 以深海洋的常规探测作业以及支撑万米深潜科考作业的能力.


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