開發深海資源、探秘海鬥深淵，海洋科學還要怎樣創新？

要是把幾組數據擺出來，普通人或許會感受到一些研究海洋領域專家學者的焦慮。

首先，海洋覆蓋了全球70%以上的面積，但目前海洋只有5%的區域被人類探明。其次，國際自然保護聯盟（IUCN）去年告訴他們，全球每年生產約4.6億噸塑料，其中有2000萬噸最終流入海洋。最後，一篇近期發表在Nature上的論文指出，在深海試採發生44年之後，許多生物羣體依然受到影響。

平衡保護與開發是個難題。在2025中關村論壇年會舉辦的海洋科學與發展論壇上，國家自然科學基金委員會副主任蘭玉傑表示，“人類要破解共同發展難題，比以往任何時候都更加需要國際合作和開放共享。”在加強海洋領域基礎研究佈局方面，她提到將主動適應AI驅動的科研範式帶來的方法論革新。

深海採礦逐漸走向商業化，生境保護是關鍵

人們對海洋知之甚少。在垂直方向上，海洋包括大陸架、大陸坡、深海平原、海溝、盆地、海底山脈、海底峽谷、海底山等地形，垂直深度最大可以達到11千米。大海深處並不寂寥，其物種豐富程度也很高。

但毫無疑問的是，深海面臨着來自自然和人類的雙重挑戰。例如，全球增溫會讓海水酸化，對於“這種增溫和酸化是如何向深海挺進，其影響程度如何？”這類問題，人類目前也難以解答。

新能源中有錳、鈷、鎳等重要金屬元素，這些元素的重要富存區域就在深海。於是，人們從水深大約1000米以下的海底開始挖掘，提取礦產資源。他們認爲，深海採礦是一種可持續性更高的獲取綠色轉型所需礦產的方式。

已有的科學研究表明深海採礦本質上會嚴重破壞開採區域的棲息地和生物多樣性，受到影響的依賴海底資源生存的生物類羣可能需要數百萬年才能恢復，甚至可能發生物種的局部滅絕。

而採礦過程釋放的化學物質能改變海底水化學環境，通過富集作用導致重要經濟魚類發生毒素積累，甚至影響深海生物的生存。此外，深海採礦帶來的噪聲、燈光和震動等物理干擾會擾亂包括鯨類在內的海洋生物之間的交流。

不過，需要認清的是，在全球能源轉型的重要階段裡，人類無法避免去開發深海資源。

中國海洋大學教授陳旭光表示，深海蘊藏着幾千億噸的礦產資源，它既是人類可持續發展的新支點，也是全人類共同的財富。目前世界各國競相在深海採礦工程技術裝備領域取得突破，許多國家已初步掌握了具備深海採礦完整的技術裝備體系。在深海採礦不斷走向商業化的過程中，生境保護成爲了大家最關心的問題，也是最關鍵的問題。

陳旭光認爲，深海開發和環境保護絕對不是相互衝突、相互制約的關係，而是深度融合、相互增益的共生關係。“比如說，我們在深海礦產開發過程中，可以幫助二氧化碳更好地封存在深海海底，來實現二氧化碳的深海封存，從而助力全球的碳減排計劃。與此同時深海採礦水下裝備也可以支撐環境監測的保護裝備的研發和穩定地運行。”

科研工作者藉助於深海採礦的輪船、管纜和礦車系統，將液態二氧化碳從水面可以輸送至海底，讓它作爲海洋礦產開發的留存介質，這樣在保持深海礦產開發高效率的同時，能夠讓二氧化碳形成穩定的水合物附存災害地，這樣就形成深海礦產開發和深海碳封存的協同並進、共同發展。

深海的作業擾動有可能在海帶形成大規模的羽狀流，這些羽狀流可能會生成擴散，威脅生態環境。陳旭光介紹，鑑於深海採礦可能引發的生態的危險，他們從綠色的藻類當中提取成分，這個成分可以和羽狀流的細小顆粒快速地蓄積成團，形成大量的絮團快速地沉積到海底，這樣就能制約減緩海底產生的羽狀流對海底生態的危險和威脅，能抑制深海採礦對海底的生態的威脅，讓海底告別這種類似於霧霾的威脅，守護海底生態。

“這是我們的一個理念。這個工作也通過蛟龍號在海底原位進行了海試的驗證。”陳旭光說。

用AI研究深海生境

深海生境有多個。中國工程院院士、自然資源部第二海洋研究所研究員李家彪說，在這些生境空間裡，有100萬的新物種會被發現。從最近幾次深潛所獲得的新物種來看，他認爲這種估算並不激進。

人類對於深海生境的研究不足，缺少系統性的科學觀測。基於這類情況，2023年聯合國教科文組織政府間海洋學委員會發起了一個“數字化的深海典型生境”大科學計劃。該計劃也成爲全球21項聯合國“海洋科學促進可持續發展十年”大科學計劃申報中的唯一獲批計劃。

根據計劃，科學家們將重點關注海山、洋中脊、陸坡和平原等易受自然變化、氣候變化、人類活動影響的深海典型生境類型，開展科學調查及連通性研究，發展深海長期智能觀監測技術，提升深海典型生境應對擾動的預測能力，構建“發現-模擬-預測”數字化平臺，集成深海典型生境“一張圖”等公共產品並形成深海典型生境治理解決方案。

按照李家彪的解釋，這個項目是希望推動人們對深海不同生境的認知發展，以及去探索發展深海生境的新技術。簡而言之，該項目就是幫助人類去理解在自然和人類的影響下，這些深海生境的韌性和脆弱性到底在哪裡。

海洋科學是一個天然跨學科、跨國別的研究領域。特別是在新一輪科技革命和產業變革加速演進的背景下，深海研究面臨的許多問題高度複雜，相關理論和技術突破越來越依賴不同學科、不同國家的協同攻關。就如同李家彪所說，做好“數字化的深海典型生境”大科學計劃，單一的研究機構、單一的國家很難去完成全球認識，所以必須要構建一個全球網絡。

在此次論壇上，李家彪還提到，當前我們要聚焦全球最重要的三個深海生境。一個是大洋中脊的熱液生境，這個區域是硫化物分佈的區域；第二個是深海平原生境，這裡分佈了大量的錳結核，可能是在未來最先開發的礦種；第三個是深海海山生境，海山是物質和能量在垂直方面交流最爲激烈的區域，該區域可能是日後最重要的研究方向。

“研究深海生境雖然是一個生物學的問題，但是它的方法可能要過渡到非生物學才能夠解決。”李家彪認爲，人類觀察世界的最重要的工具，一個是眼睛、一個是耳朵。在研究深海生境時，聲和光兩個方向的數據可能需要利用AI來深度學習。

在他看來，海洋中最大的數據挑戰就是稀疏的空間數據以及這些數據之間缺少關聯，這些需要用生成式AI以及大數據模型來分別解決。專家們希望提供一個更大的預測模型，這個預測模型需輸入各種環境數據，並對深海生境進行成圖，構建一個全球或者是一個區域尺度的生境宏觀時空演化的多模態大模型。

他說，這些模型則有利於我們未來輸入不同的參數來預測氣候變化、預測人類活動可能帶來的影響。而它的後果評估，則會變得更加數字化。

穿越海鬥深淵，發現全新的生命

在上世紀70年代，著名的美國載人潛水器阿爾文對於海底熱液煙囪以及熱液極端生命的發現，震驚了世界。而這一發現也極大地拓展了人類特別是科學界對地球上極端生命科學的認知。不過，地球上還存在着比深海熱液更加極端的環境，也就是超過6000米的深淵區域。

全球共有37條超過6000米的海鬥深淵，所涉海域接近於我國的陸地面積。它們分佈在大洋板塊向大陸板塊俯衝的地帶上，水深範圍從6000米到11000米左右，被科學家稱爲“海鬥深淵”“超深淵”或“海溝”，代表着地球上最深的海洋區域。

當海水深度每增加10米，水中物體所要承受的海水壓力就會增加一個大氣壓。如果是在10000米的海底，所要承受的壓力將達到1000個大氣壓。所以，探索海鬥深淵就需要依賴無人的着陸器或者是無人的潛水器來開展研究。我國經過十餘年努力，先後研發出了三代載人潛水器，7000米級的“蛟龍”號，4500米級的“深海勇士”號以及現在萬米級的“奮鬥者”號。

2022年中國科學院部署啓動“全球深淵深潛探索計劃”。去年，在西北太平洋高緯度寒冷海域及最低能見度僅50米的惡劣天氣下，“奮鬥者”號全海深載人潛水器37天完成31個潛次任務，其中28次下潛超過6000米水深，7次下潛超過9000米水深。截至2024年底，我國科學家已完成八條全球主要海溝深淵的載人深潛科考，創造多項世界載人深潛作業和科考新紀錄。

在此次論壇上，中國科學院深海科學與工程研究所研究員杜夢然分享了自己下潛的經歷。隨着不斷地進入深淵，杜夢然等人發現傳統的海洋調查方式，尤其是把樣品取樣回來後進入實驗室分析的方式，已無法滿足他們對這種極端條件下生命過程的研究需求，因此，他們決定把實驗室搬到海底去。

“我們現在能在深淵的原位實現關鍵溶解氣體和衡量金屬的分析，我們也能通過這種探針的方式把它插到沉積物之下，獲得關鍵的化學參數剖面。”杜夢然說，他們還能進一步在深淵萬米的原位進行同位素的示蹤試驗，幫助科研人員研究有機質降解碳的動力學機制。

除了這些研究需求外，他們現在的一項工作是要給載人潛水器安裝一個智能“大腦”。過去，科研人員下潛要依賴此前下潛科學家的經驗，去識別一個未知環境的生物或地質目標，而現在科研人員可通過大數據訓練，可讓任何背景的科學家在下潛過程中都能認識到一個未知的海域所蘊藏着哪些全新的、未知的生命和地質目標。

杜夢然還提到，如今他們也研製了一系列、一套能在深海深淵海底進行長期駐留的原位實驗室。這些原位實驗室可以在深海深淵底部駐留半年以上，自帶電源可以根據科學家預設的程序進行自主實驗，也可以根據所攜帶的傳感器獲得參數來進行實驗的智能調節，以滿足他們對長週期生物地球化學研究的需求。

新京報記者 張建林

編輯 劉茜賢 校對 吳興發