[第5集] 罗伯特.巴拉德：深海探险

深入调查——探索海洋

大洋中脊覆盖了地球总表面积的23%。我们这个行星几乎四分之一是一条单独的山脉，然而，直到Neil Armstrong和Buzz Aldrin登月之后，我们才进入这条山脉。所以在到达我们自己行星上最大的地貌之前，我们就到了月球，在那上面玩高尔夫了。

——Robert Ballard

源自TED:

观看2008年TED演讲“Robert Ballard： 深海探险”。传奇海洋探险家Robert Ballard想知道为什么我们对外太空如此痴迷，反而对自己星球水下科幻般的景观知之甚少。Ballard讲述了他的一些深海探险，并认为通过发掘海洋中的宝藏来丰富经济，这样才能使我们的利益最大化——包括宝贵的资源，如储量丰富且达到商业级别的重金属矿床。

主要讨论：

政府、非营利组织以及企业部门应当投资深海勘探的原因是什么，又应当投资多少？深海中的矿产资源应当开采吗？

主要术语

声学测绘
 声学测绘利用声音脉冲及其回波来探测海底的深度。回波强度也可用来估测海底的硬度及其构成（如岩石还是沉积物）。声学技术已经成为非常重要的海底制图成像技术，包括多波束声纳，侧扫声纳和海底剖面测量。声学系统传感器可安装在船体上，或拖曳在船只后部，也可安装在ROV （遥控潜水器）或 AUV（自主式水下航行器）上。

动力定位
 全球定位系统（GPS）已经成为海上航行的主要工具。利用GPS的精确性，同时使用动力定位系统（DP），可以使船只极为精确地保持在海面上的位置。DP利用位置参考传感器（由卫星提供）、风传感器、船舶陀螺罗盘和运动传感器来输入信息，通过电脑操作船只的螺旋桨和推进器来控制船只的位置。在部署科学采样设备（包括ROV以及用于在深层测量盐度、温度与压力的温盐深测量仪）的过程中，DP对稳定船只位置起到了很大的作用。

潜水器
 一种小型载人航行器，也叫做载人潜水器，可在水下进行操作。潜水器一般要求要有水上辅助船，或者从附近的港口运转出发，到海底或水层进行不到一天的短期潜水任务。与大型军用潜艇不同，潜水器无法实现长时间的独立运作。潜水器可用于海底测绘、水层成像、进行采样与实验、部署检测设备或修理水下装置。

遥控潜水器 (ROV)
 通过电缆与水面船只系链的水下遥控装置，由一个或多个导航员和工程师操控。ROV可执行载人潜水器（HOV）的所有功能，并且是从水面供电，可以配置更多传感器和设备，推进器和机械手的动力也更充足。而且，ROV不受操作人员的耐力限制，也不用考虑人类潜入深海的安全问题。但是，遥控潜水器有可能会受到其他技术问题的限制，比如液压油泄漏。ROV的缺点包括视线有限，由于ROV依赖于镜头，远比不上人眼的观察。

自主式潜水器(AUV)  
 用于水下操作的无缆遥控装置，不依赖于船只。AUV在一些任务中的利用率越来越高，如海底高清声学测绘、海底大面积的摄影测量以及大范围内的环境参数（例如，温度、盐度、海流转向）。AUV可通过精确地海底地图和GPS来校准高度复杂的惯性导航系统。

海底块状硫化物

(SMS)
 富含基本金属硫的矿床。基础金属包括铁、铜、锌和铅，通常以黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿的形式存在。一些SMS沉积物还含有金和银这种重要金属。至今发现的大部分沉积物比陆地上发现的要小。这种沉积物经常沿着洋中脊、火山弧以及逆弧分布，靠近活动的或者已经熄灭的热液喷口。

多金属结核或锰结核
 高尔夫球一般大小，部分掩埋于深度为4500至6500米的深海平原的表层沉积物中。结核的上部是海水中的金属沉积，下部是底层沉积物的金属积聚。这些金属来源于地面的风化作用和火山作用，以及海洋中的热液作用。多金属结核含有锰和铁的氧化物以及少量的铜、镍、钴、稀土元素（REE）、锂和钼。1868年，多金属结核首次发现于西伯利亚的卡拉海，1872年至1876年，皇家海军舰艇挑战者号在全球范围内进行了多金属结核的采集。 
 
富钴结壳
 海水中的金属沉积于海底山及海脊的火山岩上而形成的钴结壳。结壳厚度可达25厘米，经过上百万年的发展，在全球海洋1000至2500深处形成了广泛的分布。这种结壳主要含有锰和铁的氧化物、钴、镍、稀土元素、碲、钼、锆、钛、铋、铌、铂以及钨。

稀土元素
 稀土元素（REE）在地壳中是比较常见的，但通常浓度很低。REE已成为高科技以及绿色科技设备制造中极为重要的成分，涉及范围包括电池、液晶显示器、X光机、磁铁、超导体等等。95%的REE生产于中国，其他国家预计将在2013年之前着手稀土开采。多金属结核和富钴结壳都含有REE，虽然含有的矿石等级较低，但数量比现有的陆地矿藏要高得多。加工海洋沉积物提取REE的化学过程也比较简单，产生的有毒副产品也比较少（尤其是钍）。人们还发现，太平洋深海平原的泥浆中REE的浓度相对较高。

国际海床管理局
 负责管理公海海底矿产资源开采的联合国机构。国际海床管理局（ISA）是根据《联合国海洋公约法》(UNCLOS)的实施协议成立的国际组织，总部位于牙买加的金斯顿。

作业：

1. 进一步了解稀土资源的开采、加工以及利用。观察你身上、家里、学校里或工作单位，有哪些物品含有稀土元素（REE）。你还依赖于哪些用到稀土元素的技术？稀土资源供不应求，研究将来我们将会从哪里获取REE，会有什么样的益处和后果。参考以下资源：

• Hein, J. (2012). Prospects for rare Earth elements from marine minerals. International Seabed Authority Briefing Paper.

• Cho, R. (2012, September 9). Rare Earth metals: Will we have enough?[Blog post] The Earth Institute, Columbia University.

• Matson, J. (2011, July 9). Experts sceptical about the potential of Rare Earth Elements in seafloor mud[Blog post]. Scientific American. • Park, P. (2012, August 28). India backs exploration of rare metals in the deep sea. SciDev.net.

2. 海底块状硫化物（SMS）开采似乎将会成为首个经济上可行的深海采矿。在不久的将来，深海采矿会给热液喷口生态系统带来最为严重的威胁吗？对热液喷口地区进行实验性采矿之前要评估环境影响，请对此提出一些指导性方案。进行环境影响评估时需要哪些信息？什么样的缓解政策适合热液喷口区的开采？参考以下资源：

• Miner, M. (2013, February 1). Will deep-sea mining yield an underwater gold rush? National Geographic Daily News.

Marlow, J. (2012, December 18). Deep-sea mining is closer than you think [Blog post]. Wired.

• Broad, W. (2012, July 9). A gold rush in the abyss. The New York Times.

• Van Dover, C.L. (2011). Tighten regulations on deep-sea mining. Nature 470: 31-33.

• Hoagland, P. et al. (2010). Deep-sea mining of seafloor massive sulfides. Marine Policy 34: 728-732.

• International Seabed Authority (2004). Marine Mineral Resources: Scientific Advances and Economic Perspectives. United Nations Division of Oceans and Law of the Sea and the International Seabed Authority.

3. 促进深海探索的技术发展非常迅猛，这也带动了深海自然资源的开采，促进了商业化的海洋考古。海洋学家Cindy Van Dover评论道，“我从未想到过保护深海会成为我职业生涯中不得不面临的问题。我认为将来人类活动对深海带来的影响将会持续几十年甚至几百年。”

进一步了解深海探测工具和技术，特别是正处在开发阶段且日益精细的载人潜水器（HOV）、遥控潜水器(ROV)、自主式潜水器(AUV)以及混合式遥控潜水器(H-ROV)。明确这些技术发展过程中的十个“具有里程碑意义的时刻”，并进行展示。参考以下资源：

• NOAA Ocean Explorer: Submersibles

http://oceanexplorer.noaa.gov/technology/subs/subs.html
• UT2 The Magazine for Underwater Technology (see in particular its 2006 launch issue)

http://www.ut-2.com/back_issues/oct_2006.pdfv
• Deepsea Challenge

http://deepseachallenge.com/
• Ballard, R.D. (2007) Archaeological oceanography. Oceanography 20: 62-67.

4. 科学家能通过电脑来探索海洋吗？写一页简介，介绍美国国家海洋和大气局所属船只俄刻阿洛斯探险者以及鹦鹉螺号所用到的远洋勘探新技术。

深入阅读及相关资源:

• Ballard, R. (Host) and Johnstone, G. (Producer). (2012). Alien Deep with Bob Ballard [Video]. National Geographic Channel.

• Ballard, R. and Hively, W. (2002). The Eternal Darkness: A Personal History of Deep-Sea Exploration. New Jersey: Princeton University Press.

• Cameron, J. (Director) (2004). Ghosts of the Abyss [Motion picture]. Walt Disney Pictures.

• NOAA Okeanos Explorer

http://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/about.html
• International Seabed Authority

http://www.isa.org
• Hein, J. (2011). Rare metals and rare-Earth elements in deep-ocean mineral deposits [PDF document]. Presentation given to the International Workshop on Environmental Needs for Deep Seabed Minerals, International Seabed Authority.

• Oceanography: The Official Magazine of The Oceanography Society

http://www.tos.org/oceanography/

经典实验、研究与与文章：

Cousteau, J. (2004; Reprint Edition) The Silent World. Washington, D.C.: National Geographic Books. 这篇文章记录了水中呼吸器的开发以及Jacques Cousteau及其团队的首次水下探险。同名纪录片也是同类型影片中的先驱，该片首次利用水中呼吸器探索海洋的珍贵历史记录。

接下来：

在知悉了重金属和其他地质储量之后，我们将观看TED演讲“Craig Venter：DNA和海洋”，去了解深海生物的基因价值。

关于作者：Alex Rogers是一名海洋生物学家，主要研究深海生态系统，包括热液喷口，冷水珊瑚的栖息地和海丘。Rogers也是牛津大学保护生物学的教授。

翻译: Zuhong Yue

审译: Alexandra Shi

引导性文章由：深海科学的出现、深海多样性——是过高估计还是超乎想象、深海环境的形成：“漂移说”与“固定论”、没有太阳也能存活的生命、海洋自然资产消耗殆尽和海洋的未来，这6部分展开，详尽的展示和海洋相关的专业权威的生物学知识。

水中探险家们在TED的舞台上分享他们所见所闻，描述地球最边缘处的鸿沟——深海。那里有着庞大的海底山脉和峡谷，巨大的烟囱，众多令人称奇的动物。本系列演讲展示有关地球生命起源的线索。概况环节将向你展示本系列演讲的主要演讲者、涉及的学科内容和整个课程的结构组织。