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“挑战者”号: 探索地球最后的未知之境

2021.09.14

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    2012年3月25日,美国,著名导演詹姆斩·卡梅隆乘坐名为“深海挑战者”号的潜艇,准备下潜到马里亚纳海沟的深海处。

在19世紀中叶以前,地球上的主要大 陆和大多数较小陆块,都已经被发现, 海岸线也受到相当程度的调查,南 极、北极、澳洲大陆和西北航线都已经被发现, 但人们对于这些航线下的大海,尤其是深度超 过几十米的深海仍然是一无所知。人们不知道 海底有什么生物,是什么样的地形,甚至不知 道海水的温度是多少,很多人认为深海漆黑、 高压而又严寒,应该是毫无生气的地方,然而 1850年-1860年,许多因素综合起来的结果, 一改人们从前的认识。

首先,在大陆之间装设水线电报与高压电 缆的技术逐渐发展,导致人们必须对深海海床 的地形与特质有准确的了解,其次,早期深海 捕鱼所捕获的一些鱼类,让人们认识到深海没 有生命的看法可能是错误的。一位达尔文的追 随者,根据刚出版的《物种起源》及新捕捞到 的鱼类,声称深海应该有更多的生物。

这些商业上和科学上的动因激励着深海考 察的诞生,1872年12月21日,一艘被命名 为“挑战者”号的皇家海军小型护卫队,从朴 茨茅斯出发,展开了一趟为期三年半的科学考 察,这趟旅程成为有史以来最著名的深海探险, 人们通常认为,正是这趟考察,奠定了海洋学 诞生的基础。因为在此之前,没有任何国家曾 经派遣以研究深海物理、化学、地质与生物为 明确目的的大型探险队,英国财政部在此任务 上花费了20万英镑(价值超过今天1千万英 镑),以前从来没有如此巨资花费在任何一个 科研项目上。

出发

这趟航程最初是两位平民科学家的主 意一一伦敦大学的威廉·本杰明·卡彭特,另 一位是爱丁堡大学自然史教授查尔斯·威维 尔·汤姆森,1868年-1869年,后者在英国 海军资助下在英国海岸沿线进行探险,在4427 米的水下发现生物。当时英国科学界流行爱德 华·福布斯的观点,认为深海中没有生物,然 而汤姆森的报告《海洋的深度》(1873年)却 阐述了与之针锋相对的观点。报告也消除了人 们的错误认知一一以为深海到处充满温度为4 摄氏度的海水,他们发现靠近海底的水温可能 大幅度降低或者升高。

“挑战者”号的船员们正在检查一只探测网中捕获的动物标本。

卡彭特和汤姆森认为,需要带着合适的装 备进行全球探险,以调查深海这个地球上最后 一个未知之境,他们透过皇家学会向皇家海军 提出这个大胆的提议,获得肯定。

这个提议提出的时间,正是大英帝国最强 盛之时,大不列颠此时正是海上霸主,皇家海 军里不少人都认为,英国必须在任何创新的海 事活动上领导世界,而且虽然皇家海军水文局 在数十年以来,一直是世界上最优秀的调查与 图表制作机构,它对深海却不太了解,水线电 报公司针对深海海床提出的一系列问题它都无 法回答。于是,一切天时地利,只待开启。

在18个月之内,皇家海军便做好一切准备: 选好舰船并进行翻修,在船上安置了一个为该 计划量身定做的实验室,并且为这个大型研究 计划提供了最先进的设备一一甚至包括一团长 度超过400公里的绳索。

“挑战者”号的船长是经验老到的勘测员 乔治·斯特朗·内斯尔,大约有250名船员, 非军方编制的六位科学人员是以汤姆森为首的 科学家们,当时卡彭特已经58岁了,没有直接 加入考察队。另外几名科学家包括来自苏格兰 的化学家约翰·扬·布坎南、英国人亨利·诺 蒂奇·莫斯利、加拿大苏格兰后裔约翰·默里 与德国人鲁道夫·冯·威里莫斯一苏姆,以及 瑞士画家让一雅克·怀尔德。这种多国籍,多 专业的综合背景刚好适合覆盖领域宽广的海洋 学,国际合作也自此成为这个学科的特色之一。

开创

在英国皇家学会的支持下,汤姆森率领“挑 战者”号于1872年12月启航,出发后,调查 团队在短暂适应期内检查了取样技术,并且在 里斯本和特内里费岛稍事停留,工作于1873 年2月15日在加纳利群岛南方64公里,深度 3500米处正式展开,挑战者号人员在这里设置 了第一个正式观测站。

在离开加纳利群岛之后,“挑战者”号先 后访问太平洋、大西洋、印度洋和南极海域, 建立了数百个站位,并进行了测深、测温、采 水、取样、拖网等种种监测和考察,采集到大 量海洋生物标本、地质标本以及海水样品。尽 管“挑战者”号设备先进,装有连接着双叶螺 旋桨的400马力燃煤蒸汽引擎,但因为尽可能 希望多点停留,以进行考察,“挑战者”号大 多还是依赖扬帆远航的方式,在整个计划期间, 它花了很长时间在港湾逗留,其中包括北美洲、 南美洲、南非、澳洲、新西兰、中国香港岛、 日本等地,以及一系列大西洋和太平洋的岛屿, 科学家和考察人员得以上岸考察,每次上岸时, 船员和科学家就会进行大量动植物和人类学采 集。

去往各个不同的大陆和岛屿,他们见到了 各种各样不同的地方的人,从葡萄牙国王、日 本天皇到斐济食人族等各种各样的人物,官方 随船画家让一雅克·怀尔德把所见所闻一一画 下来,还有一些事件则是用更新颖的照相技术 记录下来的。这次航海采集到很多深海珍奇动 物标本,包括夏威夷群岛北方海域5500米以 下的动物,也测得太平洋马里亚纳海沟的深度 数据(此次测绘数据为8180米)。

为了给英女王庆祝生日,“挑战者”号正 式结束航程回到英国。四年的考察中,“挑战 者”号已经走遍了印度洋以外的所有大洋,设 立了无数观测站,收获颇丰,在海洋生物方面, 发现4400多个新种,提供了从表层到海底的 海洋动物学标本;在海洋地质方面,重要成果 是发现了深海软泥和红粘土,并采集到了矿物 资源锰结核;在海洋物理方面,除了调查海流 和气象外,主要成就包括:根据地磁测定的结 果,掌握了航海罗盘仪的偏差;绘制了等深线 图;发现180多米以下的水温受季节影响不大, 温度变化极小;认为大洋底的水温在大范围内 基本相同,但在不同的海区也显示出特定的值; 确定了一些岛屿的准确的位置。

此次行程中,“挑战者”号共航行12万多 公里。航行距离达到68890海里。考察结束后, 几十位科学家潜心研究了20多年才完成所有 考察报告的编写,共计50卷、29500多页, 为海洋学的建立奠定了坚实的基础。所以此后 的海洋考察史中,均认为“挑战者”号考察开 创了海洋综合调杏的时代。

探险队带回的装有拍摄底片的其中—只盒子。

成果

在“挑战者”号航游各大洋的航程期间, 各式各样的材料从百慕大、哈利法克斯、开普 敦、悉尼、日本等地送回英国,汤姆森在科学 简报中写道:“当我们终于在希尔内斯清空船 舱货物并进行清点后才发现,它们总共有530 箱,其中包括2270个大型玻璃罐、1749件用 塞子塞好的较小玻璃瓶、1860个试管和176 个锡罐,都装满了用酒精保存的标本……另外 还有180个装有干标本的锡盒,以及22个用 浓盐水保存标本的酒桶。”

“挑战者”号的主要任务,是在它航行海 上的713天完成,在航程中,每过一段时曰, 它就会在12个正式观测站中的一个停留勘测, 每次停留时.工作人员会先測量水深并对海底 沉积物进行采样,然后针对表层、接近海底以 及不同深度的水层进行水温测量,并且采样以 便稍后进行化学分析,最后再以打捞或海底拖 网的方式进行生物采样,也常常使用浮游生物 网搜集中层水域至水深约1500米水层的动物。 每次生物采样的成果,都必须小心整理,保存、 装瓶、上标签、储存并详细记录。

1872年12月-1876 年5月,“挑战者”号探 险队的航行路线。

1874年,“挑 战者”号。

1874年,“挑 战者”号上的科学家们及 部分船员的合影。

“挑战者”号的工作方式并不是最新颖的, 这种严格的考察方式过去的船队偶尔也会使用, “挑战者”号的重要意义在于其密集的观察、 航程遍及全球以及对深水层的重点观测。她最 深的探测深度几乎达到8200米(在太平洋西 南部),打破了当时探测海洋的深度记录,被 称为“挑战者深渊”,“挑战者”号在深度超 过4500米处也进行了25次成功的捕捞,最深 捕捞记录为5700米,这是史无前例的。

“挑战者”号最终做出的研究报告极其精 彩,这些报告中包括了无数图像,其中有许多 照片以及怀尔德手绘的水彩画。“挑战者”号 是第一支使用照相技术的探险队,由于当时照 相技术还在发展初期,需要较长时间曝光,因 此不适合拿来拍摄动态照片,比如科学家或者 船员在船上工作的情景,不过它在处理个人照、 团体照与远景时仍然是个非常好的工具。探险 队的正式命令上就有这么一条:“把握每一个 机会拍摄各地土著的照片。”因此该航程拍摄 的照片成为19世纪末人文地理风情的重要记 录,其中甚至包括可能是历史上第一张南极冰 山的照片。在英国伦敦自然博物馆,几乎每天 都有来自各国研究室的客座科学家仔细研究这 些报告中提到的精美标本收藏。

后续

虽然,“挑战者”号在接下来的几十年中, 让许多海洋科学家推崇备至,但英国政府并未 继续支持接下来的海洋学研究,或许因为这样 的海上考察实在耗资太过巨大。但之后,激起 了各国海洋考察的热潮,19世纪最后20年, 美国、德国、挪威、瑞典、法国、意大利和摩 纳哥都曾派出大型海洋考察队,继续推进着“挑 战者”号开创的海洋学之道,比如德国“羚羊” 号(1874-1876)、俄国“勇士”号(1886-1889) 进行了环球考察,奥地利“极地”号(1890- 1898)在红海和地中海考察,美国“布莱克” 号在加勒比海考察(1877-1886)。

从20世纪初期到中期,海洋探险进入了 一个新阶段,1902年,国际海洋考察理事会 (ICES)的成立。德国“流星”号、瑞典“信 天翁”号、丹麦“铠甲虾”号和苏联“勇士” 号出海考察等等,由于现代科技的发展,各种 电子技术和近代科学方法得以采用,极大地促 进了海洋调查的深入和发展,至此,“海洋学” 成为一门独立的科学,其标志是考察挪威海洋 学家斯韦尔德鲁普与人联合编写的名著《海洋》 的问世。

自“挑战者”号开始,人类对深海的了解 越来越多,越来越丰富,直至2012年,好莱 坞著名导演詹姆斯·卡梅隆驾驶单人深潜器成 功下潜至地球海洋的最深处一一马里亚纳海沟 底部,这举动堪比人类登月,《国家地理》杂 志将其称之为“人类对深海探索的又一转折 点”。或许,为了纪念当年的“挑战者”号, 这艘高7.3米、重12吨,由澳大利亚制造的载 人潜水器被命名为“深海挑战者”号,继承着 此前“挑战者号”的光荣和梦想。

 
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