从海底观察地球——地球系统的第三个观测平台

海底观测平台把深海大洋置于人类监测视域，这就从根本上改变认识海洋的途径，开创了海洋科学新阶段。

观测地球的视野和视角

回顾人类认识世界的过程，也是一部不断扩展视野的历史。古人没有想到海洋有这么大，15世纪重新发现的“托勒密地图”上并没有太平洋，以为欧洲航海西行到亚洲并不遥远，否则哥伦布也许不敢冒这个险。当然更不会知道海底的地形起伏，会比陆地的高山深谷还大，这要等到20世纪中期，有了声波测深技术才能发现。现在我们知道，海水比河水多百万倍，海洋的平均水深3 700多米，隔了厚层的水，人类对深海海底的了解，还不如月亮和火星表面。而地球深处“地幔”中的水，又比地球表面的海水多出许多倍。

人类视域的突变发生在17世纪：用新发明的显微镜，看到了细胞，看到了微生物；用新发明的望远镜观察行星，提出了“日心说”，导致“哥白尼革命”。又一次的突变发生在20世纪：航天技术使人类克服地球引力进入太空，第一次看到地球的全貌，开始将地球看作一个整体，将地球上种种现象联结为“牵一发动全身”的系统，导致地球系统科学的产生。与17世纪发明“显微镜”相反，这次用的遥测遥感技术是一种“显宏镜”（macroscope），通过观测对象的缩小方才看到了地球整体。17世纪从地球向外看太阳系，带来哥白尼革命；20世纪从太空向内看地球，带来的科学进步被喻为“第二次哥白尼革命”。

这次“革命”对地球科学的影响极大，尤其是对浩瀚的大洋。人类对海洋的认识，大都是19世纪晚期以来通过航海从船上取得的，这种星星点点、断断续续的观测，带来了许多错觉和误会。例如，直到20世纪早期，测量海底地形的办法还是用绳子系上重锤抛到海底，用绳子的长度测算水深，如此得来的测点寥若晨星，绘在图上当然只能说明海底平坦，地形单调。再如，船上用温度计测量海水表层，只能测了上一点再测下一点，永远也画不出一张同时的海洋温度图。20世纪出现的遥测遥感技术从卫星获取地球信息，开辟了全新的对地观测系统，能够获取全球性的和动态性的图景，同时得到的不仅有海水表面的温度、风场、海流和波浪，而且有生产力、污染以至浅海地形等各方面的信息。

遥感技术的主要观测对象在于地面与海面，缺乏深入穿透的能力。隔了千百米厚的水层，遥感技术难以达到大洋海底。现在要问：能不能换一个视角：不要老是从海面看海底，可不可以从海底看海面，把观测平台放到海底？21世纪伊始，一个新的热点正在出现：这就是海底观测系统。假如把地面与海面看作地球科学的第一个观测平台，把空中的遥测遥感看作第二个观测平台，那么21世纪在海底建立的，将是第三个观测平台。海底的观测平台的功能是把深海大洋置于人类的监测视域之内，结果将从根本上改变人类认识海洋的途径，开创海洋科学的新阶段。

深海的持续观测

作为陆生动物，人类自古以来把海底让给神怪世界。虽然相传纪元前4世纪的亚历山大大帝曾经亲自潜入海底进行观察，文艺复兴时代的巨匠达·芬奇也确实设计过潜水服，而人类真的潜入深海还是20世纪的事。最深的记录是在1960年1月23日，瑞士工程师J．Piccard和一名美国军官乘坐Trieste号深潜器，下到了世界大洋最深处——马里亚纳海沟，在10 916米深的海底呆了20分钟。但是，千米水深就有上百个大气压，到深海作“探险”可以，要蹲在海底进行长期“观测”又谈何容易？

然而，长期现场观测是当代地球科学的要求。当地球科学处在描述阶段、以寻找矿产资源为主要目标时，探险、考察大体上可以解决问题；而现代的地球科学要作环境预测，就只有通过过程观测才能揭示机理，不能满足于短暂的“考察”。对静态的对象，无论是“新大陆”还是古墓葬，探险就可以发现；对动态的过程，不管是风向、海流还是火山爆发，都要求连续观测，只摄取个别镜头的“考察”无济于事。好比领导“视察”，看到的不见得有代表性，除非长期“蹲点”，否则很难发现真相。海洋上有很好的例子。

秘鲁和厄瓜多尔的渔民，很久以来就看到几年一度的“厄尔尼诺”，但谁也不明白它的来历。1985年开始，在太平洋赤道两侧投放了将近70个锚系，对水文、风速、风向等连续观测十几年，终于找到原因：在于赤道的东风减弱，西太平洋暖池的次表层水东侵，压住了东太平洋上升流，从此厄尔尼诺的预测就有了依据。另一个例子是海洋沉积。深海海底的泥来自表层，长期以来总以为这是一种缓慢、均匀的过程，就像空气中的雨点那样降到海底。1978年，发明了“沉积捕获器”，把下面装有杯子的“漏斗”投放到海水深层，每隔几天换一“杯”，看沉积颗粒究竟是怎样降到海底的。结果大出意外：有的杯子几乎是空的。原来海洋里的沉积作用平时微乎其微，来时如疾风暴雨，是突发性的。

说了半天还都是海水中的观测，没有到海底。但是，在海里进行连续观测都有能源供应和信息回收的限制，因为必须定期派船替换电池、取回观测记录。这种一年半载后才能取回的记录，连续但并不及时，而海上预警要求有实时观测的信息，不是要“事后诸葛亮”的“马后炮”。海面作业更大的限制在于安全，而偏偏最不安全时的观测最有价值，比如台风和海啸。

近来的动向，就是把观测点放到海底：在海底布设观测网，用电缆或光纤供应能量，收集信息，多年连续作自动化观测，随时提供实时观测信息。其优点在于摆脱电池寿命、船时与舱位、天气和数据迟到等种种局限性，科学家可以从陆上通过网络实时监测自己的深海实验，命令自己的实验设备冒着风险去监测风暴、藻类勃发、地震、海底喷发、滑坡等各种突发事件。