yyyang2008
近年来，各国科学家竞相进行太空探索。但一个不可否认的事实是，人类在热衷研究其他星球的同时，对地球本身仍缺乏足够的认识。比如，对我们所居住的地球上的海洋来说，正如一位美国海洋生物学家所说，“我们关于海底的知识还不如对火星的多”。星际探索短期内可能不会给人类带来实质性的好处，而深海中蕴藏的丰富资源却有望在不久的将来为人类造福。日本在海洋探索方面走在了各国的前列。比如“海沟”号无人驾驶深海探测器，曾在1995年潜入世界最深的马里亚纳海沟，潜深达到10911米。但不幸的是，“海沟”号最终却在日本沿海失踪了。“海沟”号的生命历程1986年，日本海洋科技中心开始研制“海沟”号无人驾驶潜艇，于1990年完成设计并开始制造。“海沟”号长3米，重6吨，耗资1500万美元。它是缆控式水下机器人，上面装备有复杂的摄像机、声呐和一对采集海底样品的机械手，是世界上惟一下潜深度达到7000米的探测器。2003年5月29日，日本科学家利用“海沟”号在日本高知县东南大约130公里左右的海域进行海底调查作业，当时“海沟”号的下潜深度为4673米。由于当年的4号台风已经开始接近这一海域，操作人员当天下午1时29分提前结束调查作业。但是在回收“海沟”号时，工作人员发现不知何原因“海沟”号已无法回到母船的发射架中。1分钟后，海面控制船与“海沟”号的光缆通信和高达3000伏的电力供应突然中断，控制船不得不采取紧急措施。当天下午4时17分，控制船的卷扬机只回收到了“海沟”号的母船发射架，“海沟”号则因电缆断裂而不知去向。操作人员大吃一惊，连续用方位测定器向“海沟”号发射了3次信号，但控制船没有接收到“海沟”号的任何信号。“海沟”号上搭载的电波发射器可以连续工作240小时，而电波发射器的发射范围仅在4公里左右。当时由于台风已经接近该海域，控制船上的操作人员推测认为，“海沟”号没有反应，可能是它受海浪冲击与控制船距离已经超过了4公里的范围。此后，日本海洋科学技术中心决心找回“海沟”号，并进行了一个月的搜索，但一无所获。直至当年6月30日，日本方面才向外界公布了“海沟”号失踪的消息。日本海洋科学技术中心于当年7月4日开会研究后认为，在大片海域中即使动用声呐仪也不可能找到久已失去联系的“海沟”号，于是宣告搜索结束。“海沟”号失踪使不少科学家痛心不已。对日本的深海科研来说，这次的损失无法估量。一些科学家甚至将“海沟”号比作航天界的“哥伦比亚”号。他们认为，这个价值5000万美元的探测器是独一无二的，它的失踪对科学研究是一个重大损失。到深海去看看大海正以自己特有的魅力召唤着人类。“海沟”号的失踪并不能阻止人类进行深海探测，正像“哥伦比亚”号失事不能阻止人类的航天事业一样。今天的人类正面临着人口、资源和环境三大难题。随着各国经济的飞速发展和世界人口的不断增加，人类消耗的自然资源越来越多，陆地上的资源正日益减少。为了生存和发展，人们必须寻找新的物质来源，海洋应当是首选。因此一些科学家认为，深海给人类带来的利益要比那些耗资庞大的太空计划实惠得多。此外，深海生物新物种的发现，在探索生命起源方面具有重大意义。深海探测中的技术问题在短期内，人类乘坐潜水器潜入深海还不太现实。因为在海洋中，每下潜100米就增加10个大气压，几毫米厚的钢板在1万米洋底就像大气中的鸡蛋壳一样易碎。为了克服这些障碍，从事深海探测的大部分科学家都已从有人驾驶潜水器转向机器人潜水器的研究。现在，称为“遥控潜水器”(ROV)的有绳潜水探测器和小型的计算机控制蓄电池驱动潜水器(AUV)可以由任何合适的船只操纵。此外，它们的造价也比较便宜，而且不会给操纵它的人带来任何危险。另一种可能解决的方案是开发出能取代适于海洋最深处压力的船壳。美国海军已成功试验过利用新型的陶瓷材料制成有浮力的深潜船壳，这类船壳具有人乘坐时所需的安全可靠性。目前这种陶瓷材料的数据资料已经解密，此举必然会促进其商用开发。而对于潜水器的浮力材料，不仅要求它能承受住巨大的压力，而且要求它的渗水率极低，以保证其密度不变，否则机器人就会沉入海底。在高压环境下，耐高水压的动态密封结构和技术也是水下机器人的一项关键技术。机器人上任何一个密封的电气设备、连接缆线和插件都不能有丝毫渗漏，否则会导致整个部件甚至整个电控系统的毁灭。由于无线电波在水中的衰减太快，所以在水中不能使用无线电通信、无线电导航及无线电定位系统。“海沟”号与控制船之间就是利用光缆进行通信的。由控制船发出的信号以及由“海沟”摄像机拍摄到的实时图像信号均可通过光缆传输，操作人员可观察监视器上的图像，在控制船上对“海沟”号进行操作。这些技术问题如能得到彻底的解决，海底这块最后未开发的“处女地”必将得到很好的开发和利用。届时，人类面临的一些社会问题也可有望迎刃而解。我们企盼着这一天的到来。（曲笑）大洋探秘从海洋中探索生命的奥秘记日本海洋科学技术中心 曲国斌海洋被称为地球上最后一个未开拓的疆域，她不仅可以为人类提供“取之不尽、用之不竭”的能源，而且还是人类探索生命奥秘的绝好窗口。位于日本横须贺市海滨的日本海洋科学技术中心就是一所专门从事这一科研活动的规模最大的机构。从开发资源到进一步了解地球日本海洋科学技术中心成立于1971年，30年来它走过了3个发展阶段。日本在20世纪70年代初设立这所科研机构的目的在于开发海洋大陆架资源。它通过实施“海洋计划”开发出了可在300米的深海的高水压、黑暗和低温等严峻条件下进行作业的技术以及潜水技术和潜水系统等。80年代，为展开对深海及海洋微生物的研究，它研制了有人潜水考察船“深海2000”号、海中作业实验船“海洋”号、3000米级无人潜水器“海豚3K”号等。到90年代，它开始在世界范围内展开对海洋的全面考察和研究，为此建造了6500米级潜水考察船“深海6500”号、深海考察船“海岭”号、万米级无人潜水器“海沟”号、海洋地球考察船“未来”号、深海巡航探测器“浦岛”号，最新研制的工具是远程航行型自律无人潜水器“AUV”等。1998年，日本海洋科学技术中心制定了新的“海洋开发长期计划”，提出“进一步了解地球”的目标，并设定了五大研究领域：揭示海洋和气候的变化机制、调查海洋海底的动态、探索海洋生态系、解析地球系统及研究新的海洋开发技术等。其中提出，21世纪的重要研究目标之一就是“探索地球生命的起源”。为此，海洋科学技术中心还启动了“深海生态环境”和“深海地球钻探计划”两个研究项目。发现地下生物圈1977年，美国的“阿尔宾”号潜水考察船最早在太平洋上的加拉帕戈斯岛附近2500米深的海底发现了热水（温度高达90℃）喷出孔周围存在着“热水喷出孔生物群落”。以此为契机，1984年，日本海洋科学技术中心使用“深海2000”号在距东京不远的相模滩1200米海底深处也发现了热水喷出孔生物群落，其中有在壳质形成的栖管内生活的虫类以及蜗牛、贝纲、甲壳纲、多毛纲、海葵目等的多种生物。据研究，这些动物不依赖光合作用，而把从地球内部喷出的硫化氢和甲烷等还原性低分子化合物作为初级能源，依靠由以硫酸化细菌、甲烷化细菌等为主的化学合成细菌构成的食物网供应能源。不仅如此，在相模滩及日本列岛附近的日本海沟及南海海沟等处，还发现了“冷水涌出带生物群落”。它们同样是通过化学合成而诞生的生物群落。到目前为止，在日本列岛周围海底，已经发现了18处冷水涌出带生物群落和13处热水喷出孔生物群落。自从发现了存在于海底的热水喷出孔生物群落之后，各国科学家竞相在太平洋、印度洋和大西洋等海域寻找深海生物。结果发现，这种热水喷出孔生物大多生存在地质构造上是活动着的海岭的两侧。而且，它们之间还有某种共同之处。在考虑到海底扩大的不连贯性和海底扩大的历史过程等因素的基础上，科学家对热水喷出孔生物群落的生物地理学特征进行了比较，结果提出如下假说：“生活在大西洋的热水喷出孔生物群落里的生物是从东太平洋派生出来的，而最有可能的传播路线可能就是东南印度洋海岭和西南印度洋海岭。”1996年，日本海洋科学技术中心使用无人探测器“海沟”号又在世界最深的海域———马里亚纳海沟查林杰海渊深度约1万米处采到了海底泥沙的标本，从中分离出来大约3000株微生物，并发现了新的微生物种类，如在1000个大气压下能够生存的超喜压性细菌、超好热性细菌、可制造有用酶的蛋白质分解酶及新的糖质分解酶的微生物等。2000年8月，日本海洋科学技术中心使用深海考察船“海岭”号又在印度洋的中央海岭、东南海岭和西南海岭的交接处（南纬25°19′10〃、东经70°2′24〃，水深2420米）发现了热水喷出孔生物群落，共有20多种生物，其中许多都是第一次发现。这表明，即使在深海海底那样的极限环境里，也存在着多样性的生物世界。科学家们设想：地球诞生初期的微生物有可能不受外界干扰而照原样生存下来；既然海底地壳下这样严酷的环境中还有生物生存，那么，在火星等星球上也会有生命存在；如果热水喷出孔生物是适应地球诞生初期高温环境的生物的话，那么，这就有可能使我们解开地球生命起源的奥秘。进一步探索地球生命的起源海底堆积着各种各样的物质层，保存着有关地球的各种历史资料，由此也可以了解地球气候的变化过程。根据迄今为止的研究，80万年来，地球上曾经有过多次超过现在的高温（40℃）和寒冷（－40℃）的时代。而从1万年前开始到现在，地球在气温上处于“异常的稳定期”。更有意义的是，上述谈到的“地下生物圈”，正是探索生命起源的绝好场所。把它与地球外行星上的生命现象进行比较，将加深人类对生命、对自身的了解。日本海洋科学技术中心为此进行超临界水中的氨基酸聚合观察实验、微生物在超临界水中的溶解实验、压力生理学实验等。科学家们发现，色氨酸能够使酵母菌在高压环境（250个大气压～300个大气压）下安然无恙地生存、发育，高等生物细胞（HeLa细胞）在400个大气压下会大大改变其骨骼形态等。为了进一步探索地球生命的起源，日本将从2003年起，与美国联合实施“统一国际深海地球勘探计划（IODP）”。为此，日本建造了“地球”号地球深部勘探船，并于今年1月在三井造船公司冈山公司厂举行了“进水式”。这条船长210米，宽38米，高116米，深2米，吃水6米，排水量约6万吨，船员150名，能够从海底向下钻探达到5公里～7公里（这是地壳到地幔的最短距离）处的地幔。为了实施这一国际性研究活动，日本海洋科学技术中心设立了“深海生物风险中心”，开发了“深海微生物实验系统”，其中包括地壳岩芯标本的防止微生物污染技术、地壳岩芯及岩石标本的微生物解析法、微生物分离法和培养法等技术。人们对这个计划寄予了极大期望，期待着能够在揭开生命起源之谜等方面获得进展。 
今天，科学家们可以清楚地描绘出太阳系诞生最初几千万年时地球的情景：地球表面布满岩浆，地球时时遭到陨星的轰炸，地球浓密的大气层没有一丝氧气，地球大约此后数次陷于这种地狱般的状况。然而，地球随后发生的变化，以及地球青年期的情况至今仍然是个谜：地球最初如何形成？地球后来怎么变成能接待牛羊和雏菊的星球？滋养动物和花朵的水分又从何而来？这些正是科学实验室沸腾的课题。由于技术越来越精确，科学家已尽可能地让火山、格陵兰岛甚至从彗星尾巴采集来的样品说话。但是，尽管发现的速度越来越快，一些最基本的问题仍然无法解答。 地球成因不明 科学家全力攻克的第一个谜题：45亿年前地球诞生的情景。 目前的论点是：太阳最初诞生的年代，漂浮在气团中的宇宙尘埃组合成了陨星或者球粒陨石，然后这些球粒陨石经过无数次相撞，最终聚集而成了地球。天文学上把这种现象叫“吸积”。但上述论点并不能解释全部秘密。科学家对每年掉落在地球上的十几吨球粒陨石的构成进行分析后发现，在这些球粒陨石内部，有一些硅酸盐组成的球形物。这可能预示着在吸积进程中，陨石内部本身已包含着大约只有几公里的微型行星。因此，地球可能不仅仅是太阳周围的宇宙尘埃形成的。 吸积进程所需的时间 直到目前，科学家一般认为，吸积进程大约持续1亿年。法国岩相学与地球化学中心科学家肖西东却认为，也许应该只需要仅仅3000万年。 肖西东说，通过对火星以及系外行星的观察，我们现在知道一颗星球的形成比人们所认为的要快得多。不过，对这一假设目前还有很多争议。 地球早期的状况 假如地球的形成仍然有许多待解的问题，青年期地球的状况就更是一个谜。这一阶段指的是地球最初形成的6亿年期间。最大的阻碍是，在这一阶段快要结束时期，地球遭到了无数陨石的狂轰滥炸，在今天的月球上还能看到这种痕迹。这一被科学家形容为“迟到的袭击”，完全擦掉了地球最初形成的所有痕迹。 那么，此前地球究竟发生了什么变化？ 有一种观点认为，从形成到遭遇轰炸，地球一直处于并合阶段。但另一种观点认为，在这一阶段，地球已经有了现在的形状，地核被地幔包围，其表面可能已存在一些大陆和海洋，生命可能已经出现。一直到发生“迟到的袭击”，地球的进化被毁灭，地球退步到并合阶段。一切都得重新开始。 地球的结构是如何形成的 地球在遭遇无数小行星轰炸，有时甚至遭遇如同火星一样大的星球撞击后，总共有多少次一次又一次地重新形成地核，地幔和地壳？ 巴黎地球物理研究所所长比尔克认为，地壳激变造成的后果使地球处于并合状态。地球完全被温度高达数千摄氏度，厚达数百公里的岩浆覆盖，各种化学元素根据自己的属性游离，比如，铁这一沉重而又无法同硅酸盐兼容的金属就会流动到地球的心脏地区，组成地核。然后，当无数小行星结束轰炸，地表重新冷却后，绝大部分热能又转化到太空，地壳开始在地表变得坚固起来。从理论上讲，海洋和生命可在此时出现，一直到新一轮的狂轰滥炸使地球再度陷入并合状态。问题在于，每一次的轰炸和撞击都基本擦掉了上一次的痕迹。但比尔克表示，不能说所有的痕迹都被擦掉。他和他的科研小组通过对格陵兰岛一些岩石中发现的钕元素的分析，证明地球在最初形成后6亿年间已经形成了地幔。 地球大气层何时形成 有一点是肯定的，今天地球的大气层同最初的大气层完全不同。 科学家们认为当时地球的大气层类似于今天的金星，主要成分有二氧化碳、氮、氢以及水蒸气和甲烷。当时的大气压强比现在高出20倍到480倍。这一方面同地幔释放出的大量气体有关，这一时期应在地球形成后5亿年左右；另一方面同当时每天袭击地球的天体释放自身的气体有关。但要描述地球大气层的历史并不容易，主要障碍在于，在地球形成之初，并无足够的温度和引力以抓住大气层中所有的气体成分，其中比较轻的逐渐地流失到太空中。 巴黎地球物理研究所专家莫雷拉说，正如大气层曾经被小行星轰炸、被太阳风扫荡过，许多东西都不复存在了。巴黎地球物理研究所因此着力研究一些诸如氙、氦、氩、氖这一类自地球诞生之初就存在的稀有气体的演化进程。莫雷拉说，氩非常重，很难流失到太空，因此45亿年来在地球大气层聚集了许多。研究清楚它的演化就能掌握地幔脱气的时间，就能更多地了解地球形成后前20亿年大气层的情形。而许多有关地球的重大问题都集中在这20亿年间。在这以后，相对而言清楚多了：地球形成后前23亿年氧气大规模出现，借助于最初的光合作用，这一现象促成生命异乎寻常地快速发展。被植物吸收同时被硅酸盐捕捉，大气层中起主导作用的二氧化碳很快从占大气层98％的比例减少到不足1％，大气层就有了我们今天的面目(今天我们的大气层中的二氧化碳只占03％)。 地球上的水来自何方 尽管这仍然是一个难解的谜，科学家们正试图解开。巴黎地球物理研究所研究人员亚沃解释水大约有两个来源： 一方面，水从地球形成之初就存在，然后在原始地幔脱气后释出。另一部分水则来源于宇宙，它们通过陨星，尤其是水含量丰富的彗星在地球形成初期以密集撞击地球的方式被“进口”到地球。 为了证实两种起源所占的份量，专家们试图追寻氘的踪迹，这种元素似乎在彗星中含量非常丰富，而在地幔中的含量则非常稀少。亚沃说，当然有关水起源的争论仍然没有定论，但资料显示，地球一半的水可能来源于彗星。 剩下的一个问题是，大洋又是如何形成和产生的呢？来自天上吗？ 是的，来自天上。因为当地球处于并合状态，水以蒸汽形式躲藏在大气层里。当气温下降，水蒸气凝结，水变成液态，于是地球进入持续大洪水时期。专家们从格陵兰岛找到的沉积物确定这些大洋出现在距今39亿年的时侯，但可能还有更原始的大洋存在，它们可能在地球遭遇陨星轰炸后完全化为蒸汽进入大气层。于是一切又得重新开始。不过，最近在澳大利亚的新发现又引起混乱：这就是与硅酸盐属同一类型的锆石。它们生成的年代确定为距今43亿年至44亿年期间。问题在于，锆石的生成需要沉积物，也就是需要液态水，难道说在这么早的时期，也就是地球刚刚形成后不久就已经产生了大洋？这又是一个有关地球的悬而未决的问题。(本报巴黎4月20日电) 背景资料： 世界地球日 4月22日是 世界地球日。中国今年确定的主题是“珍惜地球资源，转变发展方式，倡导低碳生活”。 世界地球日活动起源于美国。1969年，美国民主党参议员盖洛德·尼尔森提议，在全国各大学校园内举办环保问题讲演会。当时25岁的哈佛大学法学院学生丹尼斯·海斯很快就将尼尔森的提议变成了一个在全美各地展开大规模社区性活动的具体构想，并得到很多青年学生的普遍支持。1970年4月22日，美国首次举行了声势浩大的“地球日”活动。这是人类有史以来第一次规模宏大的群众性环境保护运动。 作为人类现代环保运动的开端，“地球日”活动推动了多个国家环境法规的建立。1990年4月22日，全世界140多个国家、2亿多人同时在各地举行多种多样的环境保护宣传活动。这项活动得到了联合国的首肯。其后，每年的4月22日被确定为“ 世界地球日”。 举办“ 世界地球日”活动的宗旨是唤起人类爱护地球、保护家园的意识，促进资源开发与环境保护的协调发展。中国从20世纪90年代起，每年4月22日都举办 世界地球日活动，并根据当年的情况确定活动主题。今年的“低碳生活”主题旨在借助地球日活动平台，提高公众对国土资源国情的认识，普及有关科学技术知识，引导全社会积极参与节约利用资源、减少碳排放、促进经济发展方式转变的实践。(新华社记者顾德伟)
