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神奇的海底观测站

■ 王 飞

《航海》2004年第06期  浏览 人次



  洋学家正在计划建造全球性的海底无人观测站网络。这个海洋网络世界由光缆接而成或与海面上的人造卫星浮标相连。有了它,海洋学家不用离开办公桌便可以完成深海的长期测量与实验工作。
  为了显示人类可以在水下生活的前景,雅克伊夫创建了著名的Conshelf实验室。这个海底家园能够在10~100米水下容纳几个人。此外,该实验室还配有一个“潜水碟”(由喷水式推进器驱动,可承载两人用于浅海探测的潜水装置)修理场。但是,在大陆架上建造人类生活居所无疑是代价昂贵和极其危险的。现在,只有美国国家海洋和大气管理局(NOAA)下属的、位于佛罗里达州拉哥礁外滩20米下的“宝瓶座”实验室仍在用做研究基地。
  然而,在海洋深处建立一个长期的“哨点”仍然是海洋学家执着的梦想。从船舶一侧投放实验仪器来收集海洋信息的传统方法不可避免地存在着一个固有的问题。该方法只能提供个别水位点海水的温度、盐分以及其他特性的瞬时数据?要从这些随机的数据中分析出未来的发展趋向可能是很困难的。即使人造卫星可以提供巨大海洋带的大量连续性数据,仍无法描绘出海面以下所发生的许多故事。海洋科学家需要能够记录海水时间与空间变化的工作站网络。水下观测站恰好能满足这一条件。
  今年1月初,科学家齐聚波多黎各商讨未来美国在这一领域的优势地位。作为新海洋观测站计划的一部分,美国国家科学基金会(NSF)已经拨款2亿美元,作为沿岸与深海观测站基础设施建设的投资基金。与此同时,欧洲和日本的研究人员也在雄心勃勃地规划建立大批海底观测站。
  建立长期海洋监视观测站网络系统的想法,最初是在冷战时期从美国海军的水声监视系统(SOSUS)获得的启示。该系统由安置在大西洋和太平洋中的大量水下听音器组成,用来监听苏联潜艇的动向。1990年代,SOSUS开始用于民用。科研人员利用它探测到了以前无法预知的中洋脊地震以及鲸鱼迁徙的讯息等。这些结果进一步证实了持续观测海洋的科学价值。
  
   *NEPTUNE海底网络实验
  
  提出者:华盛顿大学与伍兹霍尔海洋研究所的科学家
  目标:在整个胡安德富卡板块上安装3000公里长的光缆网
  安插在网络节点处的观测站将为海洋学家提供多学科的探索空间以及太平洋西北部地区的早期地震预警系统。科学家们认为,NEPTUNE汁划将从根本上改变人类研究海洋与地球的方式。
  去年10月,加拿大宣布为该项目投资4750万美元。另外,NSF用于海洋观测站建设的大量资金也有可能最终投向NEP-TUNE。与此同时,美国和加拿大已经为作为该计划试验平台的两个小型光缆观测站提供了资金支持。一个是维多利亚海底实验网络(VENUS)。预计明年在乔治亚海峡和英属哥伦比亚附近的胡安德富卡板块动工铺设光缆。另一个是蒙特利加速研究系统 (MARS),计划在加拿大蒙特利湾设立观测站。它们将使科学家更加密切地监测海岸周围的水域,同时也为开发NEFFUNE技术提供广阔的竞技舞台。
  科学家表示,建设诸如NEP-TUNE这样的地区性网络系统面临的首要技术挑战就是系统的长期维护问题:NEPTUNE有长达3000公里的光缆线,连接着20或30个观测站,每个观测站可能还有支路延伸至几千米远的各种仪器。 NEPTUNE预计的使用年限至少为20或30年。要保持网络系统在漫长、崎岖的海底地形中一直畅通无阻并非易举。
  
  *ESONET欧洲海底观测网
  
  目标.探索在大西洋与地中海沿岸兴建海底网络系统的可能性;
  迄今为止,ESONET已经收到了一项可行性研究的资助资金9832万美元—勺NEPTUNE不同,ESONET将承扣一系列利学项日,诸如评估挪威海海冰的变化对深水循环的影响以及监视北大西洋地区的斗物多样性和地中海的地震活动等等。理想的话,该计划将涵盖从北冰洋到黑海的所有欧洲水域,也将探斗从冷水珊瑚到泥火山等大量神秘的自然现象
  ESONTE汇集了来自欧洲大陆的14家研究所的高级科学家,他们希望根据项目的实际情况逐渐探求发展完整网络系统的巨大潜力,而不愿在一开始时就力求获取整个网络系统的全部建设贤盆
  ESONET不像NEFIINE那样是一个独立完整的网络系统。它是由不同地域间的网络系统组成的联合体。ESONEI计划协调员希望20年后,ESONET将具备监视整个欧洲的强人能力为了如偿所愿,ESONE的科学家们正在探求与其他合作伙伴共享基础信息的叮能性现在,致力于地中海2400米水下中傲了望远镜建设项目的利学家,已经架设了一通向向牛的光缆来传输数据,从当叫的海底站也可以获得这些伯息。
  
  *A日ENA海底地震观测网
  
  主持:日本东京大学
  目标:沿日本海沟建造跨越板块边界的光缆连接观测站网络:
  与NEPTUNE和ESONET一样。科学家期望 ARENA也能够提供多学科的资讯,譬如地震,海洋学和生物学信息等等。
  
  *LEO-15海底观测站
  
  设计:伍兹霍尔海洋系统实验室
  目标:监测温度和水流数据,并将视频影像发送给实验室。
  路特葛斯大学主持的是离新泽西州海岸16公里处的—个长期生态系统观测站。
  事实证明,LEO-15不仅科学家收益颇丰,对东晦岸的渔民来说也是好处多多 1976年,由于海水神秘缺氧导致贝类产业损失惨重污染被首先怀疑为凶手,但结果证明一股强烈的上升流才是真正的罪魁祸首,它绐海岸沿线带来了深水区营养丰富的冷水流,结果导致浮游植物滋长,随后死亡、腐烂。水中的大部分氧气山此被消耗殆尽。
  现在.LEO-15能够对上升流作出早期预警,使渔民提早做好准备LEO-15的 个“节点”是专门为在观测站周围巡游的自动潜艇——伍兹霍尔远程环境感受器配置的服务站。REMUS能够够该节点对接,下载数据和更换电池;科学家期望在胡安德富'板块附近也能有—群类似的载只来穿行,不时“造访”NEP-TUNE网络系统的节点并从节点间隙收集信息另外,这些机械载只还能对系统探测到的偶发事件件出回心,譬如前往发生地并探洲地震活动的震源位置等。
  路特葛斯大学还计划将LEO-15与马撤葡萄园岛海岸观测站等类似项目衔接起来,建立一个覆盖东诲岸大部分地区的网络监视系统。结合海底观测站的数据、 卫星影像资料以及监视晦洋表面水流状况的雷达观测报告,还有海洋浮标与传统测量手段获得的测量数据等,科学家们希望揭示大陆架的碳循环模式。
  海洋学家存花越束越来多的时间沉浸于‘远程显现”所勾勒的世界之中,那些打算进一步拓展这种可能性的人们对其未来的巨大价值坚信不已利用船舶和人造卫星等传统方法,科学家们已经在征服海洋的道路上走出了长长的一段征途,如今迈人了一个崭新的阶段。