環境與生態

探索深海10000公尺

全球最先進的高科技無人潛艇現正潛入深海海溝進行探勘,要解答關於奇異生物、海嘯成因與地球生命起源等長久以來的疑問。

撰文/斯科普(Mark Schrope)
翻譯/邱淑慧
2014-05

環境與生態

探索深海10000公尺

全球最先進的高科技無人潛艇現正潛入深海海溝進行探勘,要解答關於奇異生物、海嘯成因與地球生命起源等長久以來的疑問。

撰文/斯科普(Mark Schrope)
翻譯/邱淑慧
2014-05

重點提要
■深海潛艇尼爾尤斯號於今年4月潛入深達10047公尺的克馬德克海溝。它會拍攝奇異生物的即時影像,並且採集岩石、沉積物和海水樣本。
■技術、經費和宣傳工作均已備妥,全力支持首次有系統地探勘深海海溝。研究的優先目標包含找出生命如何在巨大水壓下生存,以及地球最初的生命是否始於海溝,且仰賴來自化學反應而非光合作用產生的能量。
■在深海生物中發現的不尋常化合物,可能有助於新藥研發。而岩石可能揭露為何某些海嘯的威力如此驚人。
■載人還是非載人的任務獲得的回報較多,目前還在爭論中。

今年4月12日,美國的湯普森號研究船從紐西蘭往東北方航行900公里,然後停留在寬闊的太平洋上。它施放了一艘稱為尼爾尤斯號(Nereus)的自動化載具,大小相當於一部迷你小客車。尼爾尤斯號會不斷下潛,直達地球表面最深且最險峻的環境之一:克馬德克海溝,那裡要到一萬公尺深才會碰到海底,相當於聖母峰再加上一座美國大煙山。在這個寒冷且完全黑暗的環境中,水壓高達每平方公分1000公斤重(相當於三部運動休旅車一起壓在腳的大姆趾上),尼爾尤斯號就在這極端的環境中照亮人類未知的疆域。尼爾尤斯號連接著細如髮絲的光纖,一路下沉,光纖線路也不斷延伸,攝影機所拍攝的畫面便藉由這些線路傳回湯普森號。

在湯普森號上的科學家會守在電腦螢幕前面,期盼有奇特的生命形式出現。就在他們看著螢幕畫面的同時,尼爾尤斯號的機械手臂會從海溝底部採集動物和岩石。它把一根硬管插入海床,鑽取出沉積岩的岩心樣本。尼爾尤斯號也會汲取一些海水,以期捕捉到在如此極端條件下生存的細菌和其他生物。

生物學家和地質學家有各種理由相信,尼爾尤斯號將有驚人的發現,但是這次的深海探索有更重大的意義。全世界海面下6000公尺到極深海溝間的區域稱為「超深淵帶」(hadal zone),是人類探險足跡罕至之處。這次的遠征是由美國伍茲赫爾海洋研究所(WHOI)主導,象徵著開啟科學家數十年來努力與盼望的新時代:有系統地探索地球上最深處的疆域。夏威夷大學瑪諾亞校區的海洋地質學家弗萊爾(Patricia Fryer)表示,尼爾尤斯號任務是「一線曙光,使超深淵科學得以成為研究計畫,而且這個計畫將會為我們帶來一些難以置信的發現。」

超深淵帶大探索已啟動,資金、技術和宣傳工作也一同到位。超深淵帶曾經在2012年吸引大眾目光,因為身兼電影導演與探險家的科麥隆(James Cameron)駕駛單人潛艇下潛到馬里亞納海溝底部。WHOI增進深海探勘技術使尼爾尤斯號夠堅固且靈活,研究經費也提高了,隨著其他設備建造完成,使得進一步探索世界最深處的夢想成真。

當然,經費運用上依然吃緊,而任務卻龐大且艱鉅。全球超深淵海溝所佔據的面積相當於澳洲那麼大。下探到深海的載具要去哪裡?它們要探尋什麼?訪談了10幾位海洋專家之後,得到共同的首要任務,包括:找出生物何以能在如此巨大的壓力下生存;是否能在這些大大小小的生物中找到新化合物來研發新藥物;了解造成海嘯的地震是如何發生;以及回答一個終極問題:是否如一些科學家所言,海溝是地球生命的起源,只是我們一直無法加以證明或否定。


古怪生物大蒐奇


如果任務期間尼爾尤斯號安然通過水壓的考驗,而且機械手臂和感測器運作良好,它將達成研究進度表上多項首要任務的重大進展。研究人員過去也曾把許多小型「著陸器」投入海中,沉到海床的某個位置上,提供有用但有限的資訊。相較之下,耗資800萬美元的尼爾尤斯號,最大優點就是可以拍攝即時影像並且涵蓋更廣的範圍,還可以採集更多岩石、沉積物和海水樣本,並潛水超過12個小時,而且即使纜繩斷了也能自行回到研究船上。


具有這些能耐表示尼爾尤斯號可能正適合用於搜尋奇異的生命型態,這也是研究進度表上第一順位的任務,直到現在,科學家都還在與世隔絕的地方苦苦找尋,尼爾尤斯號可以帶領科學家展開一場克馬德克海溝的即時實境之旅,並一邊採集各種生物樣本。WHOI的深海生物學家、也是此次深海遠征的首席科學家向克(Timothy Shank)說:「我想我們會很驚訝,即使我們什麼都想過,但結果可能還是始料未及。這就是驅動我的力量。」


來到向克的實驗室,這裡保存了陽燧足、蝦、管蟲和其他深海生物的樣本,有些架子標示著地球上的奇妙地點,例如加拉巴戈斯裂谷和大西洋中洋脊。但沒有一個架子標示著「超深淵海溝」,因為來自那裡的樣本非常稀少。


除了極少數例外,載人與未載人的載具在設計上最多只抵達超深淵帶的頂端,也就是深度6000公尺處,強大的水壓再加上其他因素,若要潛到更深處,運作會更複雜且昂貴。實際上整個超深淵帶依然未經探索。


目前只有四部儀器曾經到過地表最深處:深度達10989公尺的「挑戰者海淵」,位於關島附近的馬里亞納海溝。1960年,美國海軍軍官華爾希和瑞士海洋工程學家皮卡德搭乘高度強化的飛艇狀深海潛艇「的里雅斯特號」,首度抵達該處。之後很久都沒有人再去過,直到1995年日本海洋研究開發機構(JAMSTEC)拋下一個名為Kaiko的遠端遙控載具。接著就是尼爾尤斯號在2009年前往,三年後,科麥隆親自駕駛私人潛艇深海挑戰者號成功抵達。


大多數的深海潛艇任務是為了採集科學研究的樣本,但要完成任務卻是工程上的考驗:要證明你在欲抵達的深海處可以辦到,而且在任何海域的深海都可以成功。Kaiko曾經為長久以來的海洋科學研究帶來很大的希望,但是超深淵帶的工作環境限制很大,Kaiko在2003年的一次巨大風暴後在大海底下失蹤。它的主要接替潛艇只能下潛到7000公尺深。