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深海探游爭霸戰

除了航向太空,深海探游的競爭也日趨白熱化。 今年,不僅中國「蛟龍號」突破海深七千米大關,創下作業型載人潛艇的深潛紀錄, 《阿凡達》名導更下探一萬一千公尺深的「挑戰者深淵」,成為隻身完成探險的第一人。 深海除了挑戰科技與人體的極限,究竟還蘊藏什麼寶藏?

本文選自《BBC Focus》雜誌

作者/尼克‧富萊明(Nic Fleming)  譯者/高英哲

▲卡麥隆執導,二○○五年上映的紀錄片《深海異形》一景。他打算拍一部以他最近的海底探險為素材的紀錄片,十分令人期待。

將近三千人曾登上聖母峰頂,大約兩千五百人曾造訪北極點,還有五百多人曾經遨遊太空。然而去過海洋已知最深處的人類,只有三人。

一九六○年一月二十三日下午一點多,美國海軍上尉唐‧華許(Don Walsh)與工程師賈克‧皮卡德(Jacques Piccard)在太平洋上關島西南方五百公里處,馬里亞納海溝<1>的最深處「挑戰者深淵」(Challenger Deep)著陸。儀器顯示他們的深度位於海平面以下10,916公尺。他們握手慶賀,吃了口巧克力,還在潛水器「的里雅斯德號」(Trieste)掀起的海床沉積物之間看到一條比目魚跟一隻小蝦。他們擔心裂開的觀景窗會出狀況,因此沒有久留,二十分鐘後就開始浮升。

<1>(編註)Mariana Trench,目前所知最深的海溝,深約一萬一千公尺,深度遠超過世界第一高峰聖母峰的高度八千八百公尺。

從那之後,人類的深海探索幾乎毫無進展。在今年以前,軍用潛艇最多只能下潛到一千三百公尺左右,作業型載人潛艇<2>無法下潛到超過六千五百公尺的深海,而機器載具雖然可以潛得更深一點,但地球上仍留有一大片未曾造訪的神祕禁區,等待探險家與科學家去一探究竟。

<2>(編註)in-service manned submersible,目標是執行定點作業、巡航、取樣等任務。與「的里雅斯德號」等探險型深潛器相比,作業型載人潛艇搭載的人員和設備較多,體積較大,需要較強的耐壓能力以重複執行任務。

不過這個情況很快就改變了。有五支團隊分別在研發能夠把人類帶到海洋最深處的載具。大多數參與者都否認他們只是在比「誰潛得比較深」,工程跟科學上的挑戰才是他們更重要的動力。還有好幾位野心勃勃的百萬富翁砸下重金豪賭,競相爭逐要成為第一個回到深海去的人。這精采絕倫的故事可以拍成一部好萊塢電影——而且真有人打算開拍。除此之外,巨額獎金也燃起更多人挑戰深海的鬥志。「X大獎基金會」(X Prize Foundation)在二○一○年一月,也就是「的里雅斯德號」下潛五十週年時宣布,率先兩次載人下潛到「挑戰者深淵」底部的研究團隊,將獲得該基金會所頒發的一千萬美元獎金。

在海底迎接這些探險家的,是地表罕見的美景。據估計,生活在深海裡的動物有80%到90%會藉由化學反應自己發出「生物光」。許多生物大體上是透明的。海底火山會噴出綠色泥巴,海床則被動物外殼、骨骼、腐敗的微生物與植物所構成的黃色沉積物「生物軟泥」(biogenous ooze)覆蓋。

海底競賽鳴槍開跑

去年四月,維京集團創辦人理察‧布蘭森爵士(Richard Branson)與加州房地產大亨兼水手克里斯‧威爾斯(Chris Welsh)坐在他們的「深航挑戰者號」(DeepFlight Challenger)裡,笑著對攝影機宣布,他們在維京海洋公司(Virgin Oceanic)的計畫中擬定了一個目標:下潛遊遍地球五大洋的最深處。他們的潛水艇原先是為冒險家史提夫‧佛塞特(Steve Fossett)所打造的。佛塞特希望當第一個獨自下潛至馬里亞納海溝的人,但他在二○○七年的一場空難中喪生,未能如願完成這項壯舉。

「我當初開始著手參與計畫時,的確比現在更想創下紀錄,」威爾斯說,「如今我還有幾個科學聖杯要追求,像是看看脊椎生物啦、找到二氧化碳湧泉等等。」當他被問到如果其他團隊捷足先登,他是不是依然會前往馬里亞納海溝時,他說:「倘若我們變成第二名或第三名的話……我們會重新評估一下。」

雖然登上頭條新聞的是布蘭森跟威爾斯,然而這個計畫真正的先鋒,卻是設計出「深航挑戰者號」的英國工程師葛拉罕‧霍克斯(Graham Hawkes),他是公認世上最頂尖的潛艇設計師。「深航挑戰者號」的機翼(或稱為水平舵)使它可以往下「飛」,下潛完畢之後便可沿著海床,以高達三節<3>的速度水平移動約十公里。

<3>(編註)knot,航海的速率單位,一節表示每小時移動一海里。

「幾乎所有的海洋動物都演化出鰭好在水下飛行,」霍克斯說,「從某種工程觀點來看,你可以把空氣跟水當成同一回事,雖然所用的常數大不相同,方程式卻是一樣的。」這就是為什麼他建造的這艘船艦有反過來的飛機機翼。他打算製造出與飛機上升相反的效果,使「深航挑戰者號」得以下潛。

霍克斯在紙上演算出的結果顯示這樣的作法沒問題,所以他認為他的任務已經達成了。但紙上作業雖沒問題,船艦本身卻不捧場。去年夏天「深航挑戰者號」進行壓力測試時,玻璃觀景圓頂裂開,由於要造個補強的全新替代品相當曠日耗時,原本在深海探險競賽中領先的研究團隊這下真的落後了。

深海奧祕令導演也瘋狂

這場「友誼賽」的大黑馬是好萊塢電影導演詹姆斯‧卡麥隆(James Cameron),他在拍出賣座強檔如《鐵達尼號》和《阿凡達》之餘,也縱情於潛水與海洋探索,還拍了《深海異形》(●Aliens Of The Deep)與《深淵遊魂》(●Ghosts Of The Abyss)等紀錄片。從二○○五年開始,他與工程師兼洞穴潛水員朗‧亞倫(Ron Allum)合作,投下上百萬美元在澳洲打造一艘載人潛艇,籌劃期間保密到家。「我們嚴禁洩漏所有資訊,」亞倫的私人助理說,「我甚至連這點也不該告訴你。」這計畫搞神祕的程度,一度令人猜想卡麥隆是打算為某個電影計畫抬轎造勢。

▲霍克斯坐在他為維京海洋公司所建造的「深航挑戰者號」裡頭。

不過這艘神祕潛艇不僅在今年公開亮相,還在三月帶著卡麥隆重游華許和皮卡德的海底歷險,成為單人潛到「挑戰者深淵」的第一人,破壞了布蘭森跟威爾斯的美夢。卡麥隆的壓箱寶名叫「深海挑戰者號」(Deepsea Challenger),它的基本結構是小型的球形金屬單人座艙體,另外還配備了3D高解析度攝影機、大型照明陣列,以及採集樣本用的機械手臂(不過後來因液壓系統故障沒派上用場)。卡麥隆這趟在海底停留了三小時多,將海底珍貴的影像帶回世人面前。

第三支研究團隊是位於佛羅里達州的崔坦潛艇公司(Triton Submarines),他們的動機可就清楚多了:販賣能夠載一名駕駛員和兩名乘客到海洋裡任何深度的舒適船艦,每艘要價約一千五百萬美元。創立崔坦潛艇公司的布魯斯‧瓊斯(Bruce Jones)認為,購買潛艇的投資者能夠以大約二十五萬美元的價碼,兜售前往「挑戰者深淵」以及其他深海地點的行程。

崔坦潛艇公司推出的「Triton 36000/3」潛艇主體是以硼矽玻璃(也被用來製造玻璃廚具)製成高強度的球體,不但具有三百六十度的全景視野,而且抗壓能力更強。潛艇內部控制系統與外部元件(如推進器跟壓艙系統等)之間利用光線與無線電頻率訊號來通訊,以維持球體的完整性與強度。該公司希望能吸引資金投注,而這計畫已經引起電視圈的興趣。

看中深海潛在商機的可不只有崔坦潛艇公司而已。中國國家海洋局在今年六月宣布,以神話生物命名的「蛟龍號」潛艇在馬里亞納海溝下潛到7,062公尺深,打破日本「深海6500」潛艇所締造,作業型載人潛艇下潛最深的紀錄。

中國除了下探馬里亞納海溝,還專注於深海採礦作業。聯合國負責監督公海採礦作業的國際海底管理局(ISA),去年核准中國與俄羅斯勘探多金屬硫化物(polymetallic sulphide)的新礦區申請案<4>,這些硫化物是在海底山脊火山口附近形成的,含有銅、鉛、鋅、金、銀等金屬。目前大多在太平洋發現的硫化物礦藏,存量可能從幾千公噸到一億公噸,是名副其實的海底金礦。在三千五百到六千公尺深的海底,也有可用於電動車電池跟風力渦輪等高科技產品的寶貴稀土金屬。

<4>(編註)國際海底管理局針對公海礦藏開採,訂出勘探「多金屬結核區」(polymetallic nodules)、「多金屬硫化物」及「富鈷結殻」(cobalt-rich crusts)的三套法規,中國針對前兩項的礦區申請案已分別於二○○一年與去年獲准,「富鈷結殻」的礦區申請案也於今年遞交,將於二○一三年審議是否核准,若申請獲准,中國將成為世界上首個擁有三種主要國際海底資源勘探礦區的國家。

海王的寶藏

中國的探礦計畫嚇到了想要下探馬里亞納海溝的第五組人馬。位於舊金山的深海探險研究公司(DOER)有個「深海搜尋」(Deepsearch)計畫,打算設計並打造兩艘大型的先進潛艇。「深海搜尋」計畫的創辦人是聲譽卓著、被人們熱情地稱為「深海女王」的海洋學家席薇亞‧艾勒(Sylvia Earle),而這項計畫已收到Google執行董事長艾瑞克‧施密特(Eric E Schmidt)資助的數百萬美元研究資金。

「我們實在不知道探礦過程會毀掉什麼東西,」談到中國的探礦計畫時,深海探險研究公司的總裁莉茲‧泰勒(Liz Taylor)這樣說,「某種疾病的下一個療法可能就藏在某個住在海底的微生物裡頭,而我們為了挖些礦就要去把海底生態給搗爛嗎?」

雖然地球表面許多地方都蘊藏著抗生素等可供醫療之用的化學物質,然而「海王的藥箱」可不是如此。我們已經發現可製造出ω-3脂肪酸的微生物,這種化學物對於身體機能相當重要,還能對抗癌症與心血管疾病。我們也發現藏在深海泥漿裡的細菌會製造一種稱為SalA的化學物,這種化學物已在志願的癌症病人身上測試治療血癌與骨癌的療效。然而儘管先前有這些成果,深海環境的資源仍有大部分未被加以利用。

來自美國聖地牙哥附近斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的科學家也參與了維京海洋公司的研究計畫,其中包括將利用自動化採樣器收集海水與海底沉積物樣本,然後加以過濾、濃縮得到病毒以及其他類型的微生物。科學家認為有可能會發現許多新物種,得到一整套新的酵素與基因。

更令人興奮難耐的,也許是我們有機會在深海發現新的脊椎動物物種。畢竟駕駛「的里雅斯德號」的華許跟皮卡德在「挑戰者深淵」底部已經瞧見了能夠在那裡生存的生物,那兒的水深可是一萬一千公尺,不只沒有光線,壓力還是水面上的大約一千一百倍,這樣的高壓相當於每平方公分承受一台休旅車的重量哩!

華許與皮卡德在無意間也開啟了另一項研究計畫。為了從「挑戰者深淵」底部浮上水面(上浮的過程歷時三小時),他們在那兒釋放了兩噸壓艙用的鐵珠。

「倘若我們沒有發現會吃掉鐵的微生物,那就奇了,」隸屬於維京海洋科學團隊的南加州大學生物學家卡崔娜‧艾德華博士(Katrina Edwards)說,「我們也有可能會發現新奇的酵素與生化過程,對社會產生實質貢獻。」

另一位維京海洋團隊成員,斯克里普斯海洋研究所的道格拉斯‧巴勒特教授(Douglas Bartlett)表示,這些深海生物對於我們生活的潛在影響不容小覷。「除了知道原始生命起源於深海環境,我們對這怪地方可說幾乎一無所知。」他說,「比起地球表面,生物在深海海溝所面臨的物理環境還比較像木星的歐羅巴衛星。要是我們在當中找到什麼新的化學物質可以應用到生物醫學上,也不用太吃驚。」

除了醫學,這些深海微生物可能還有其他實際益處。已經有人在研究如何運用生存在深海海溝裡的微生物分解塑膠,而有些深海微生物已證實對於清理漏油很有一套。

看不見的璀璨世界

在研究人員抵達海洋底部前,我們還有些有意思的科學題目可以好好研究。我們知道為什麼許多生物會產生光彩奪目的顏色,比方說深海龍魚(Grammatostomias flagellibarba)就利用大多數動物在深海裡看不見的紅色生物光來充當「紅外線狙擊鏡」,照亮毫無戒心的獵物。然而有些物種為什麼會把寶貴的資源拿來發出生物光,我們至今還不是很清楚,維京海洋研究團隊希望這些深海探索任務能夠為此提供一些新方向。他們的研究結果也將有助於判定生物光的應用價值,例如標定動物的分布情形,或是監控各個海洋生態系統的健全狀態。

所以即便對某些團隊來說,潛入深海完全是為了名利與榮耀,不過長遠來看,最大的回報可能還是科學上的突破,以及各種新奇的科技。「知識,還有科技與研究資料的分享,才是深海探險最重要的收穫。」深海探險研究公司的總裁泰勒這麼說道。

科學暫且擺一邊,裂掉的觀景窗使維京海洋團隊的進度倒退一年,讓卡麥隆搶先抵達馬里亞納海溝的海床。無論海底會冒出什麼玩意,我們也許很快就都能在大銀幕上一睹世界最深海底的3D風景。■


尼克‧富萊明

自由科學作家,現居倫敦。

譯者高英哲 英國約克大學經濟學碩士,台灣大學科學教育發展中心長期合作譯者。

(本文刊載於《BBC知識》國際中文版No.15,2012年十一月號)

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