亚纳海沟(11034m)位于太平洋西部。 ?大西洋——the Atlantic (Ocean),位于欧、非大陆与南北美洲之间,大致呈S形,面积和最大深度居世界第二。面积0.93亿KM2。 ?印度洋——the Indian Ocean,第三大洋,大部分位于热带和温带地区,其北、东、西分别为亚洲、大洋洲和非洲,南临南极大陆。 ?北冰洋——the Arctic (Ocean),位于亚欧大陆和北美洲之间,大致以北极为中心,是面积最小的大洋。
各大洋间的分界线 ?四大洋间无天然界线,只能以水下海岭或人定经线为界。 ?太平洋北边通过白令海峡与北冰洋相通,东边以通过南美合恩角的经线(68°W)到南极洲与大西洋分界,西边与印度洋的分界:从马来半岛起,经苏门答腊、爪哇、帝汶等岛,澳大利亚的伦敦德里角,再沿塔斯马尼亚岛的东南角至南极洲。 ?印度洋与大西洋的分界线:从非洲南部厄加勒斯角起经20°E经线至南极洲。?北冰洋则大致以北极圈为界。 (二)海及其分类 ? 海——指位于大陆的边缘(或大洋的边缘),由大陆、半岛、岛屿或岛屿群等在不同程度上与大洋主体隔开的水域。具有深度浅、面积小、兼受洋、陆影响的特性,并具有不稳定的理化性质,潮汐现象明显,基本上不具有独立的洋流系统和潮汐系统,是大洋的附属部分,即海总从属于一定的洋。据国际水道测量局统计,全球共有54个海(包括某些海中之海)。 ? 依据海与大洋分离程度和其他地理标志,可以把海分成边缘海、地中海和内海。
? 边缘海——又称陆缘海、边海或缘海。位于大陆边缘,以半岛、岛屿或群岛与大洋或邻海相分隔,但直接受外海传播来的洋流和潮汐的影响。如白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海、东海和南海等。 ? 内海——又称内陆海、封闭海,指伸入大陆内部,仅有狭窄水道(海峡)同大洋或边缘海相通的海。例如我国的渤海、西亚的波斯湾、红海、欧洲的波罗的海等。 ? 地中海——以称陆间海,指位于两个或多个大陆之间的海。如亚、欧、非大陆之间的地中海,位于安的列斯群岛、中美地峡和南美大陆之间的加勒比海等。 (三)海湾和海峡 ? 海湾——bay,gulf,指洋或海的一部分伸入大陆,深度逐渐变窄的水域。海湾中的海水因其与邻近海或洋相通,故海水性质与相邻海洋的性质相似。海湾中的最大水文特点是潮差很大,原因是深度和宽度向大陆方向不断减小。如杭州湾的钱塘江怒潮,潮差一般为6-8m。北美芬地湾潮差更达18m之最。 ? 海峡——strait,channel,指位于两块陆地之间,两端连接海洋的狭窄水道。如连结东海与南海的台湾海峡等。 二、海洋运动的结构 ?(一)海洋形态结构 ?根据海底地貌的基本形态特征,可分成大陆边缘、大 洋盆地、洋中脊三个单元 1、大陆边缘 大陆边缘一般包括大陆架、大陆坡和大陆基(大陆隆),约占海洋总面积的22%。 大陆架或大陆浅滩是毗连大陆的浅水区域和坡度平缓区域,是大陆在海面以下的自然延续部分,通常取200米等深线为大陆架外缘。大陆架宽度极不一致,最窄的仅数公里,最宽可达1000公里,平均宽度约75公里。 大陆坡和大陆基构成了由大陆向大洋盆地的过渡带。大陆坡占据这一过渡带的上 部,水深约200—3000米的区域,坡度较陡。大陆基大部分位于3000—4000米等深浅之间,坡度较缓。 2、大洋盆地 大洋盆地是世界海洋中面积最大的地貌单元,其深度大致介于4000—6000米之间,约占世界海洋总面积的45%左右,由于海岭、海隆以及群岛和海底山脉的分隔,大洋盆地分成近百个独立的海盆,主要的约有50个。 3、大洋中脊 ? 洋中脊或中央海岭是世界大洋中最宏
伟的地貌单元。它隆起于海洋底中央部分,贯 穿整个世界大洋,成为一个具有全球规模的洋底山脉,大洋中脊总长约80000公里,相当于陆上所有山脉长度的总和;面积约1.2亿平方公里,约占世界海洋总面积的32.7%。洋中脊的顶部和基部之间的深度落差平均1500米。 4、海 沟 ? 海沟主要分布在大陆边缘与大洋盆地交接处,是海洋中最深区域,深度一般超过 6000米。世界海洋总共有30多条海沟,约有20条位于太平洋,大多数海沟沿着大陆边缘或岛链伸展,宽度小于120公里,深度达6—11公里;深度大于1万米的海沟有马里亚纳海沟、汤加海沟、千岛-勘察加海沟、菲律宾海沟、克马德克海沟,均位于太平洋。其中,马里亚纳海沟的查林杰海渊深达11034米,是迄今所知海洋中的最大深度。(二)海水运动结构 广阔无垠的海洋,永远处于不停的运动之中。水的运动不仅仅发生在表层,而且直 到近底层的深处。水的移动不仅可以在水平方向上,而且也发生在垂直方向上。 海水的运动不仅是输送水量,而同时输送能量和物质促进了海洋生态的良性循环和 影响着全球的气候和天气。 引起海水运动的原因很多。其中主要有:天体作用、太阳辐射作用、大气压力梯度 等等,使海水运动形成多种多样的结构形式,但海水运动结构主要有:规模宏大首尾相接的洋流系统;周期性涨落和水平运动的潮汐系统;澎湃激荡的波浪系统;永无休止的混合系统。 2、海洋生物
海洋是生命的发源地,地球上生命30多亿年的发展史,其中85%以上的时间是完全在海洋中度过的。要研究生命的起源和演化问题,离不开海洋生物学的工作。海洋中生物门类,主要是动物门类的多样性远远超过陆地和淡水,其中许多门类的动物只能生活在海洋中。
人类已知的海洋生物有大约23万种这些海洋生物隶属于5个生物界、44个生物门。人类每年都会发现许多未知的海洋生物,人类对海洋的了解或许不如对火星的了解。 3深海探索
由于潜水艇的发明人类已经有能力到达最深的海底但人类对深海的探索程度仍不足5%。其中深潜记录由“特瑞斯特”号在1960年创下其已经到达了大海的最深处。
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5.6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。
3人类探索海洋所面临的难题
人类潜水作业对深海进行探测尚不大现实,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。
进行深海探测主要有以下一些物理手段 (1) 浅地层剖面测量技术 浅地层剖面测量技术是用低频声脉代替高频声脉,以图解的方式记录地质剖面,根据这些剖面可以判断沉积层在剖面上的分布及特征。(图为德国SES-2000,世界上第一套便携式的参量阵浅地层剖面仪) (2)多频声学剖面测量技术 多频海底回声探测仪,它最终会形成 一幅假彩色合成剖面记录,可以通过彩色分割技术准确的划分出不同声学反射层,是一个应用前景非常广阔的浅地层剖面探测技术。 (3)高分辨率单道模拟地震系统 其工作原理与浅地层剖面系统相似,但震源能量较大,常使用电火花震源,可以穿透100—500m的海底,分辨率达5m,它可以穿透浅地层剖面系统不能穿透的深度。 ( 4)高频多道数字地震系统 这是海洋石油探测的主要方法。利用地震波在海底地层中的传播规律,来研究在海底以下的地质构造。这项技术,美国较领先。 (5)地震折射法 从一艘前进的船上按规定间距发射震源信号而在另一艘船上或浮标上安置检波器,随着震源与接收点的距离变动,将信号记录下来。从检波器接收到的信号曲线可以显示海底弹性波速度跳跃式增大的不连续深度。 (6)海洋重力测量 最初的海洋重力测量只能在潜水艇上进行。后来,重力测试仪不断更新,测量方法从人工记录发展为连续模拟记录。海洋重力测量对研究长短波重力异常、地幔都特别重要。
(7)地磁测量 对于海域的地磁场测量分为航空测磁和海洋测磁两大类。 海洋测磁是应用核子旋进磁力
海洋地质概论仪和磁力梯度仪进行海上拖拽测量
(8)海底热流调查 应用海底热流计进行海底热调查,全球已经积累了10 000多个数据,这对发展海底构造理论起了重要的作用。绝大部分海底热测量集中于大于1000m的深海,浅海工作区很少。在浅海石油探井可以进行地热梯度测量
(9)回声测深技术 通过声脉的发射和接受之间的行程记录,在船航过程中,如果不间断地发声并接受回声,就可绘制出一条海底地形曲线。
(10)多波束测深技术 多波束测深是利用多个波束声波探测海底深度,经运算得到航迹两旁带状区域海底深度、地貌。目前国内尚无商用化的国产系统;德国、美国、挪威、丹麦、英国较领先。
(11)旁侧扫描声纳 利用超声波在水中传播和反射的原理,设计制造的
一种探测海底地貌的仪器。(右图为旁侧扫描声纳扫描到一艘沉船) ( 12)海底电磁探测技术 利用相关电磁探测仪器在海底采集海底自然电场数据,对海底大地构造与资源进行物理探测。我国拥有世界领先水平的成果和海底电磁探测仪器。
比起航天其实深海探索的难度并不算什么
从资金投入方面来看,深海探索成本远不及太空探索
上世纪六十年代,美国宇航局为完成阿波罗计划(载人登月飞行任务)共耗资255亿美元。在而在同一时期,美国也研发出了可以探索4500米以下深海的阿尔文号潜水艇,但阿尔文号全部研发成本也仅只在5千万美元左右。在科研经费预算上也体现了两者的难以在一个量级上比较,2009年美国太空总署(NASA)的预算是176亿美元,而美国国家科学基金会海洋研究的经费为3亿美元。目前世界上最贵的深海潜水艇是日本的“地球号”,共斥资6亿美元研发建造,然而和航天飞机每架20亿美元的研发费用,每次发射9000万美元的发生成本相比,只能算是小巫见大巫。
从技术上来看,深海探索的难度比太空探索小得多 深海探索和太空探索有各自的困难:海洋的巨大压力需要潜艇设计新材料得以抗压,需要稳定的电池供能和提供照明;而太空探索也要解决这些问题,但不同于深海探索可以靠管线补给,太空探索由于距离遥远,需要把一切都压缩到最小的空间并且能够使用最长的时间,仅此一项,太空探索就要多解决数万项技术壁垒;还以阿波罗工程为例,该工程历时约11年。在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万人。可以说全美国的精英都参与了阿波罗计划才最终把人类送上了月球。而伍兹霍尔海洋研究所,作为一个非盈利的海洋研究机构仅仅凭借一己之力,就在60年代完成了美国深海探索的突破,研发并且建造了阿尔文号深海潜水艇,并且成功下潜数千次。 人类目前已有能力进入到整个海洋99%的地区
美国1964年建造的“阿尔文”号载人潜水器是他们的代表作,可以下潜到4500米的深海。1985年,它找到泰坦尼克号沉船的残骸,如今已经进行过近5000次下潜,是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。 日本1989年建成了下潜深度为6500米的深海6500潜水器,水下作业时间8小时,曾下潜到6527米深的海底,创造了可控载人潜水器深潜的纪录。它已对6500米深的海洋斜坡和大断层进行了调查,已经下潜了1000多次。中国蛟龙号深潜器更是设计7000米以上的下潜深度,而这深度已经涵盖了99.8%的海洋 人类对深海的不了解与其说是因为海洋难以了解,不如说是不愿意付出了解的成本。
只要人类舍得投入大量资金在深海探索领域大海对人类将不再有秘密让我们期待这一天的到来。