

深海技术分类:①测深技术 ②深潜技术 ③采样技术 ④海底观测系统
①测深技术 :

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早期结绳测深

开始时,人们只能在绳索上绑铅锤或炮弹沉到海底来测水深。但海水越深,绳索就要越长越粗,就越难感觉是否已触及海底。水下又有很强的海流使绳索变弯,显然不可能精确;而且在深水海域,将绳缆放下、收起极费时间,效率极低。1872-1876年,英国挑战者号考察船首次进行了全球海洋科学调查,总航程12.75万千米,但绳索测深点只有 492个。到20世纪初,累积的测深点1.8万个。虽然得知大洋平均深度约为4千米,但却误认为洋底十分平坦而单调。
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回声测深技术
20世纪20年代,德国“流星”号考察船在南大西洋首次使用回声测深仪,才使海底地形测量成为可能。声波是机械振动波,在水中很难被吸收而能传播很远。若从船上向海底发出声波,能很快被反射回来,船上的回声测深仪就可以“听到”回声。声音在水中的传播速度约每秒1500米。如果能测定发声与回声的时间差,就可轻易地计算出水深来。在船航过程中,如果不间断地发声并接受回声,就可绘制出一条海底地形曲线。如果将大量等间距的海底地形曲线组合起来,通过计算处理就可以获得海底立体图像。

▲回声测深

▲回声测深技术工作原理

▲“回声测深技术”绘制海底地形
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旁侧声纳技术
自回声测深技术被广泛应用后,又出现了许多水声学技术。例如,旁侧声纳(侧扫声纳)是利用呈扇形的超声波束,对航线两侧一定宽度的海域进行连续扫描,一扫一大片。就如同航空照片一样。所有海底地貌、深海宝藏、千年沉船以及鱼群活动等等都能一览无遗,尽收眼底。有了声波这副“透视镜”,我们可以把海底的任何角落看个遍。神秘的海底全都暴露到“光天化日”之下。人类的“下海”步伐由此进入了一个新纪元。

▲旁侧声纳技术

▲旁侧拖鱼

▲“旁侧声纳技术”绘制的海底地形
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卫星遥感技术
长期来,因为海水单调、均一,很难利用卫星探测它的隐秘。1978年来,人类发射了一系列符合特殊需求的海洋卫星。它们高居几百千米之上,具有非常广阔的视野,并配备了各种专门用途的遥感器,可提供全天候、全覆盖的海况资料,包括海温、海风、海浪、海潮、海流和海冰等信息,极大地提高了海况预报的准确率。我国留美学者严晓海还利用1982-1991年的卫星遥感资料,编绘出全球海水温度分布图,首次确定了全球最热的海域,即“西太平洋暖池”。

▲海洋卫星可以全天候的测温、测流、测盐、测浪、测潮、测海冰、测鱼群

▲根据1982-1991卫星遥感资料编制全球水温图,并确定全球最暖海域——西太平洋暖池
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卫星重力测高

▲卫星测高技术,测出海面起伏,就能绘制海底地形

▲卫星测高技术的精度可达厘米级

▲利用卫星测高技术绘制的海底地形
②深潜技术 :

深海潜水器必须具有极强的抗压能力,因为每向下增加10米,水压就增加 1个大气压,例如水深4千米处每平方厘米就要承受400公斤的压力,普通的潜水器会象踩易拉罐那样被压扁。 上世纪60年代,“的里雅斯特”号深潜器首次载人潜入11022米的马里亚纳海沟;1977年阿尔文号深潜器在太平洋海隆上惊奇地发现了热液生物群落。1995年我国研制了潜水6千米的无缆智能机器人;现今“蛟龙号”深潜器可以“走”遍海下,饱览龙宫。

▲公元前四世纪的亚历山大大帝亲自设计潜水钟,把人类送到海底。

▲蛟龙号
我国研制的7000米载人深潜器“蛟龙号”是国家“十五”863计划重大专项项目,由中国大洋协会作为业主负责专项的组织实施。
其他国家的深潜器:
“Trieste”号 | 阿尔文 | “深海6500” | 和平一号 | 法国“Nautilie” | 法国“Victor 6000”
③采样技术 :

对深海的研究还必须将海底之物取上来,但这决不像水缸捞物那样简单。因为水下潜流涌动,即使你手臂有几千米长,在将沉积物捧上来过程中早被冲刷殆尽了。为此,人们研制了像双瓣贝壳的“大洋抓斗”,在撞击到海底时能快速闭合,将样品全部“抓”到斗内。但它容易扰乱样品,不利精细研究。为此又设计了箱式取样器、重力取样器和活塞取样器等,将它们垂直下放到海底,利用特殊装置迅速将样品完好地取上来,这样就能对沉积物逐层加以研究。
箱式取样 | 巨型箱式取样CASQ | 重力取样 | 多管取样器 | 液压活塞取样 | 沉积物捕集器 | 深海岩芯样品 | 深海重返钻井

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深海钻探计划和大洋钻探计划

▲决心号
深海钻探计划和大洋钻探计划:1968-1983年,由“格罗玛·挑战者”号完成了“深海钻探计划”(简称DSDP);1985-2003年,由“乔迪斯·决心”号进行“大洋钻探计划”(简称ODP)。1998年中国加入ODP计划,1999年我国科学家主持实施中国海首次大洋钻探。
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综合大洋钻探 IODP

▲地球号
2003-2013年正在执行的是“综合大洋钻探计划”(简称IODP)。这是一项通过研究大洋地壳来探究地球历史和结构的国际计划。这次计划更是雄心勃勃,计划打穿大洋,直捣地幔,揭示地震机理,查明深部生物圈和天然气水合物,理解极端气候和快速气候变化的过程,为国际学术界构筑起新世纪地球系统科学研究的平台。该计划以其前身深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP)为基础,使用多种钻探平台(包括:立管钻探船、非立管钻探船、特定任务钻探平台)实现其综合科学考察的目标。
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为海洋科学做出突出贡献的海洋科学考察船

为海洋科学做出突出贡献的海洋科学考察船
格罗玛·挑战者号 | 决心号 | 地球号
格罗玛号 | SONNE | Polarstern | Marion Dufrense | 大洋一号 | 雪龙号 | 极地号
④海底观测系统:

21世纪来,世界各国作出了种种努力将观察点布置到深海海底,计划建立起一个全球海底观测系统,又称“超级海底计划”。人们将设在海底和埋在钻井中的监测仪进行联网,通过光纤网络向各个观测点供应能量和收集信息,从而可以通过连续自动观测了解海底的长期动态变化。它能在陆地上进行操纵,实时监测地震、海啸、海底喷发、滑坡和军事入侵等突发事件。这为人类深入理解复杂的地球系统提供了一种全新的研究途径。
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地球系统观测的三个平台

千百年来,人类一直是在地面或海面这个平台来观察地球的。自20世纪人类上天后,就开始利用空中遥测、遥感这第二个平台来了解地球。21世纪开始,人们又设想在极其广阔的海底建立起第三个平台,即全球海底观测系统。
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海王星计划

海王星计划(NEPTUN)是美国和加拿大投资3亿美元在东北太平洋建立的海底观测网。用3千千米光纤电缆,通过30个“节点”将上千个海底观测设备进行联网,每个节点维系一大批海底和钻孔中的仪器。建成后计划将进行水层、海底和地壳的长期连续实时观测约25年。

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ODP的井下水文观测装置CORK

1991年起,大洋钻探在部分钻孔中设立海底水文地质观测站,将钻井密封,以考察孔隙水流动、热、化学对流和地壳变形等现代过程,以及微生物活动。
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