馬裏亞納海溝:11034米的地球深淵,開發錳結核的深潛練兵場
眾所周知,地球的表面積大約5.1億平方公裏,其中3.6億平方公裏都在海平面以下,平均深度3729米,1.5億平方公裏的陸地,平均高度875米,平均海拔4000米的青藏高原是地表最高的高原,被譽為南北極之外的“第三極”,即地球的高極,是距離天空最近的地方。那麽距離地心最近的地球低極,便是“第四極”馬裏亞納海溝。
11034米的地球深淵
馬裏亞納海溝位於菲律賓東北、馬裏亞納群島附近的太平洋海底,北起硫磺列島,西南至雅浦島附近,全長2550公裏,平均寬70公裏,大部分水深超過8000米,其最深處正是位於海溝西南部的“斐查茲海淵”,最深處可達11034米,是人類已知的海洋中最深的地方,也是地球的最深點,有“海洋中的珠穆朗瑪”之稱。事實上,將世界最高峰的珠穆朗瑪峰放進馬裏亞納海溝,也還會沈沒在海平面以下2000余米處。
作為太平洋板塊自東向西俯沖至亞歐板塊(次級菲律賓板塊)之下形成的南北向深溝,馬裏亞納海溝對人類而言,存在著太多的謎題。因為相比翺遊太空,潛入深海存在的困難毫不遜色前者。通過流體力學計算得知,水深越大,附加在水中物體表面的壓力就越大,水深每加深 10 米,就會增加壹個大氣壓,這意味著馬裏亞納海溝底部的海水壓力是其水面的1000倍,相當於用壹根手指頂起壹噸重量的壓強。
要知道10米水深的壓強就足以壓垮壹輛空油罐車了,但在人類屈指可數的深海探測器下潛次數中,還是發現在這高壓、漆黑、低溫、食物匱乏的深淵之下,生活著多種神奇物種。1960年,瑞士深海探險家雅克.皮卡爾與美國深海中尉多恩.沃爾什駕駛“的裏雅斯特”深水探測器,在人類 歷史 上首次下潛到馬裏亞納海溝萬米深處進行科學考察,漆黑壹片的海底如同荒漠壹般寂靜荒涼。
2012年好萊塢著名導演卡梅隆駕駛特制的深海潛水器抵達海溝底部,這是人類第二次探底馬裏亞納海溝。令人驚奇的是,在萬米深淵中存在壹些形狀扁平的魚和小紅蝦,泥土裏有壹些白色像海參壹樣的巨型阿米巴蟲在蠕動。
要知道之前人類在海洋中發現下潛最深的馬裏亞納獅子魚類,也不過在8000米的深度,這些魚為了適應高壓環境,不但進化出了非常柔軟的骨骼,內部的器官和體液濃度也和壹般魚類相差很大,而且它們的外表皮內有壹層海水膜,可以調節與外部的海水的壓強平衡。
距離地心最近,卻依然遙不可及
我們常說大地厚重而不可動搖,然而從整個地球看來,大地不過是雞蛋表面那層硬而脆的蛋殼。依據地震波的傳播速度,地球的內部結構為壹同心狀圈層構造,由地心至地表依次分為地核、地幔、地殼。其中地殼處於最外層且最薄,平均厚度約17千米,陸地平均厚度約33千米,像壹些高原高山地殼厚度可達60~70千米,海洋地殼較薄,但平均厚度也有約6千米。
介於地表和地核之間的地幔地球內部體積最大、質量最大的壹層,厚度將近2900千米,壓力約在50萬 150萬個大氣壓。這裏放射性物質集中,由於分裂產生的高溫使得地幔層的溫度高達1000 —3000 之間,足以使巖石熔化,是巖漿的發源地。
地球最核心是地核又稱鐵鎳核心,其物質組成以鐵、鎳為主,又分為內核和外核。內核的頂界面距地表約5100公裏,外核的頂界面距地表2900公裏。所以雖然馬裏亞納海溝是地表距離地心最近的地方,但想要到達地心依然是遙不可及。
最後的地球邊疆,礦產資源的富集地
地球第四極馬裏亞納海溝,是人類在地球上的最後邊疆,也是人類積極 探索 的新疆域,這其中不僅是對自然探秘的渴望,更有實實在在的利益價值。從2009年至2012年,我們研究的“蛟龍號”載人深潛器連續取得1000米級、3000米級、5000米級和7000米級海試成功。在此基礎上,新壹代載人潛水器“奮鬥者號”在2020年成功下潛突破1萬米,實現在馬裏亞納海溝成功坐底,深度為10909米。
實現深潛坐底的背後是我國材料科學的突破,更意味著我們的載人深潛器已經能夠在世界所有深度海域實現深潛,並進行科學研究。要知道大洋洋底雖然壹片漆黑,但卻蘊藏著極其豐富的礦藏資源,錳結核就是其中的壹種。作為沈澱在大洋底的壹種鐵、錳氧化物結核礦石,錳結核含有30多種金屬元素,其中錳、銅、鈷、鎳等金屬元素是陸地上緊缺的礦產資源。
據有關研究機構估算,地球上的錳結核總儲量在3萬億噸以上,其中北太平洋分布面積最廣、儲量最大,約為1.7萬億噸。僅就太平洋底的儲量而論,錳結核中含錳4000億噸、鎳164億噸、銅88億噸、鈷98億噸,若按照2006年世界金屬消耗水平計算,銅可供應600年,鎳可供應1.5萬年,錳可供應2.4萬年,鈷可滿足人類13萬年的需要。
但錳結核廣泛地分布於海洋2000~6000米水深海底的表層,以生成於4000~6000米水深海底的品質最佳,這意味著想要實現規模開采就必須掌握深潛技術和耐高壓材料。同時1991年聯合國海底管理局正式批準了我國15萬平方公裏的大洋錳結核礦產資源開發,隨著蛟龍號和奮鬥者號不斷刷新在馬裏亞納海溝的坐底記錄,將為我們未來開發錳結核資源打下堅實基礎。
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