十九次出海探矿寻宝，我就是在大洋中乘风破浪的姐姐 | 韩喜球

科普中国-我是科学家 2021-03-10

　　2020年12月12日，“科普中国-我是科学家”年度盛典“2020，这一年”演讲现场，自然资源部第二海洋研究所海底科学实验室研究员、浙江大学海洋学院副院长韩喜球带来演讲：《我们在深海大洋乘风破浪》。

　　以下为韩喜球演讲实录：

　　2020.12.12 北京

　　大家好，我是韩喜球，来自自然资源部第二海洋研究所。我从事海底科学研究，到深海大洋去科考去探矿是我科研工作的一部分。

　　今年（2020年）10月份，我收到一位三年级小朋友的一封来信。她在信中问：“韩阿姨，海洋里真的有宝藏吗？会不会有美人鱼在海里游来游去？”

　　我很认真地给她回了一封信，告诉她，我没有见过真正的美人鱼，但海洋的确是一个神奇的生命世界，有非常丰富的宝藏，也就是矿产资源。

　　大家眼里的地球，大概是这样——

　　地球上三分之二的面积都被海水所覆盖。茫茫大洋里，怎么样去探矿、去找宝？

　　而在我们海洋地质学家眼里，地球是这样——

　　我们有能力拨开海水，看到海底。我们知道海底哪个地方有可能存在哪种矿产，有哪些宝藏。

　　这是一幅海底藏宝图——

　　深海里的天然气水合物、多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物是四种最重要的未来可供人类开发利用的固体矿产资源。

　　这幅藏宝图告诉我们：如果想找天然气水合物，也就是可燃冰，我们就要到大陆边缘去找；要找多金属结核，就要去深海洋盆里去找；如果想找富钴结壳，要到海山上去找；如果想找多金属硫化物，我们就去海底扩张中心，比如说大洋中脊。

　　天然气水合物——可燃冰

　　天然气水合物，成分主要是甲烷和水，俗称“可燃冰”，就像甲烷结冰了一样。在大陆坡，我们的南海就有非常多的天然气水合物。

　　多金属结核——富铁、锰、铜、钴、镍

　　太平洋有一条富矿带叫C-C区，里面有非常丰富的多金属结核。这张多金属结核的照片是在太平洋5000米深的海底拍到的，看起来密密麻麻的就是富含铁锰铜钴镍的金属氧化物球。

　　富钴结壳的成分和前面多金属结核类似，不过它钴的含量特别高。钴是非常重要的原材料，我们大家每天都要用的，小到手机，大到电动车都需要电池，而无论是锂电池还是镍氢电池，都需要用到钴。

　　这是多金属硫化物，富铜、富铁、富锌、富金、富银，某种程度上讲，它就是一种铜金矿。

　　我的研究方向是海底资源和成矿系统，所以对以上四种资源都有一定的研究。不过最近15年，我的团队主要在印度洋寻找多金属硫化物资源。

　　怎么找？

　　多金属硫化物的形成与海底热液循环有关。我们一般先找到热液羽状流，再追根溯源找到海底黑烟囱，海底黑烟囱的周围往往就是多金属硫化物矿。

　　我把这个系统比喻成家庭厨房里面的锅灶：下面是1200多度的高温炉灶，炉灶上方的洋壳就相当于一个硕大无比的高压锅，锅内不断沸腾蒸煮，洋壳里那些有用的金属元素就会渗到汤汁里，形成高度还原的富含多种金属元素的含矿热液。若这个高压锅漏气，含矿热液沸腾后就会喷出来，喷出来碰到冷的海水后，就会迅速沉淀成矿，海底黑烟囱就是这么形成的。

　　我们的工作有点像侦探破案，需要调动感官探测水体和海底的异常信息，“耳朵”是声学传感器，“鼻子”是化学传感器，“眼睛”是光学照相机。

　　找海底黑烟囱的过程其实就跟侦探破案差不多：我们把全副武装的装备，有耳朵、鼻子、眼睛，也就是各种传感器，放到海水里面用船拖曳着或者让它自由地在深海探测。如果在海水里面探测到有热液异常，比如我们探测到周围的海水比背景海水要高出0.05度，它里面的甲烷成分比背景海水高5个纳摩尔浓度，或者我们探测到一股脏水，我们就知道：找到热液羽状流了。随着热液羽状流，我们就能够追根溯源，找到热液喷口。

　　说起来容易，做起来其实挺难。想想看，要在好几千米深的海底找到那么一根细细的黑烟囱，不是一件容易的事。所以，发现异常后，我们一般要严密推算，根据海底的地形判断喷口可能在海底的哪一座山头，然后将船开过去，用可视抓斗寻找，找到后就开始采样。

　　我还很清楚地记得，十年前我带领的团队在西南印度洋首次自主发现“玉皇”热液区时的情形。

　　那是我们即将返航的前一天。我们调查的位置位于西南印度洋魔鬼西风带，海况非常恶劣，狂风恶浪涌上了甲板甚至都扑到了四层高的驾驶台玻璃窗上。

　　我们一直在等待，等待风浪稍稍平息的间隙，把可视抓斗放下，待它快到底时，我转移到驾驶台进行导航，指挥“大洋一号”科考船沿我们设计的路径向预定目标前进。风高浪急，科考船后面还拖了一个两三吨重的调查设备，加大了船舶操纵难度，很难把住方向，只能开得非常缓慢。

　　就这样，我们与风浪整整搏斗了4个多小时。

　　突然，对讲机里传来信息，我们发现红色热液沉积物了！又过了不久，传来，我们发现硫化物了，我们取到样品了！

　　当时我的激动的心情难以言表，我一边飞奔，一边呼啸、尖叫，从四层的驾驶台冲到甲板层的实验室。

　　这张照片定格了当时的时间、经纬度位置和风速。那时风浪已经稍稍平息了一点，但是风速仍高达13.5米/秒，属于强风级别。

　　我们的电视抓斗返回来以后，采到了一斗金属硫化物，我抱着这块矿石拍了一张照片。它非常重，密度很高，主要成分是闪锌矿、黄铁矿，里面还有黄铜矿，当然还有金和银。

　　2015年，我们在海军官兵的帮助下，共同执行了中国大洋第33航次。非常幸运，我们在西北印度洋卡尔斯伯格脊上连续发现了两个热液区，现场就在《诗经》里面取词，分别命名为“大糦”热液区和"天休"热液区。

　　这一次，作为首席科学家的我，已经淡定和成熟多了，没有呼啸也没有尖叫，而是非常冷静地在地图上圈出了一个调查的目标位置，告诉值班人员，让船在距离那个目标位置还有两海里的地方停下来，然后放下电视抓斗朝着目标前进，肯定能够找到海底黑烟囱。

　　果不其然，我们很顺利地发现了“天休”热液区，取到了样品，也取到了热液生物。

　　在我们之前，其实国际上有好几个科考队都曾经来这片区域探矿，也有报道说附近有热液异常，探测到热液羽状流，但都没有发现热液喷口，当然也没有取到多金属硫化物的样品。这次，我们很幸运地把烟囱喷口给找出来了，所以给它起了一个名字叫“天休”，意思就是“天降福佑”。

　　2017年，我们有机会带“蛟龙号”载人深潜器到我们发现的那些热液区进行近距离的近底探测。

　　在“蛟龙号”里，我们只能通过一个小小的观察窗看向外面，但比起我们平时在船上实验室里通过深海摄像头观看，那种观察体验完全不同：那可是种全方位、360度无死角身临其境的感觉！我感觉自己就像穿着翼装在崇山峻岭中飞翔，特别开心。

　　这是我们首次到达卡尔斯伯格脊“卧蚕”热液区时，我用手机对着观察窗拍的一张照片：前方立着这一根已经停止喷发的的海底黑烟囱，周边全都是多金属硫化矿，黄黄的，说明它有很多黄铜矿。

　　然后我们绕过小山丘，见到了正在喷发的海底黑烟囱。我们用这个机械手把温度探针伸下去，测了一下它的温度：359度。

　　离喷口稍远一些，我们发现了大片热液生物群。在3000多米深的海底，看到这么多的热液生物——如果在40多年以前，告诉生物学家也好，任何人也好，他们都不会相信。因为大家知道，万物生长靠太阳，在如此深的海底，没有阳光，怎么可能有那么多生物在生长发育？

　　这就是一个新的发现，这是一个完全不一样的黑暗生态系统。它们不依赖于阳光，而是依赖于海底喷出来的硫化氢等还原性无机物。这些生物与微生物共生，微生物吃硫化氢、吃甲烷，能够把这些化学物质转化为自身的能量和有机质，然后供给它们的宿主生物。

　　奇妙的海底生物：左边是鳞足螺，直到现在，也只有在印度洋海底热液区才发现过它们的踪迹，其他海域都尚未发现过，非常神奇。右边是蛇尾，它的腕足如果断掉，还能再重新生长。

　　自从1979年发现首个海底黑烟囱，到现在已经40多年了。目前，在世界范围内，已经发现700多处海底热液区，有400多处已经得到了取样证实。其中，我们中国人贡献了四十几处，大概占10%。

　　2001年，我们中国的大洋资源探测团队，为国家在西南印度洋国际海底区域申请到了一块多金属硫化物勘探区，面积是1万平方公里。我们跟国际海底管理局签订了勘探合同，在这片区域，我们有专属的勘探权和优先开采权。勘探完成以后，我们就可以拥有一片2500平方公里的区域，可以供将来开采和开发。

　　在海底，每加深10米，就会增加1个大气压。到海底1万米，就意味着每一平方厘米的面积，也就是一块指甲盖大小的面积，要承受一吨的重量。

　　我们在船上有时也会突发奇想，做些深海高压实验，把材料放到深海里，看看拿回来后会变成什么样子。我们尝试过各种各样的材料，比如鸡蛋和泡沫纸杯，我们还放下去过苹果、橙子，甚至还试了一下豆腐乳。

　　实验结果呢？我们把一个生鸡蛋和一个熟鸡蛋放到了4000米的水深处，拿回来后发现鸡蛋还完好无损；苹果和橙子也看起来无损，不过尝了一下后，觉得橙子好像变苦了一点，我们猜可能有海水渗进去了。

　　最近20多年，我前后经历了19次出海科考。我们的航迹到达过南海，到过太平洋、大西洋、印度洋还有墨西哥湾，不仅找多金属硫化物，也找天然气水合物。图片中的这些科考船都是我曾经使用过的科考船，其中有我们国家著名的科考船，也有德国的著名科考船，还有海军的调查测量船。

　　借用现在比较时髦的一句话：我，就是乘风破浪的姐姐。

　　因为疫情，今年我没能出海。不过，我还是做了几件比较有意思也值得自豪的事情。

　　今年10月初，我们在浙江舟山组织了一个中国青年女科学家论坛，在论坛上，我们策划了一个“大手拉小手”活动，邀请舟山当地二十几位小学生跟我们一起到舟山的摘箬山岛实地考察。每位女科学家牵手一位小学生，孩子们特别开心，我们也非常高兴，觉得自己做了一件非常有意义的事情。

　　今年10月底，我们团队在杭州面向公众做了一个系列的科普讲座，主题就叫做“海底两万里”。当我们给孩子们放深海拍摄的录像的时候，那些好奇的孩子们恨不得都爬到讲台上去，现场气氛特别热烈。

　　这就是那位给我写信的郝郁彤小朋友。她手里拿着我给她的回信。

　　亲爱的郝郁彤小朋友：你好！

　　很高兴收到你的来信！你的文字表达能力很棒，清晰又准确；你的字也写得非常好，整洁又漂亮。作为一个才上三年级的小学生，这些都是非常显著的优点，说明你的父母和老师对你的教育非常好，如果我是你的妈妈或老师，我为你感到骄傲。

　　你在电视上看到大海是蓝色的，并且知道海水是咸的。你还想知道大海有多大，多宽，多深，海底有没有宝藏，有没有美人鱼。我从你的来信中感受到了你对科学的热爱和对海洋的好奇心，我感到很高兴。我现在可以回答你的问题，如果从太空遥看，我们居住的地球就像个蓝色的水球，海洋面积约占了地球表面积的71%。不过，大海整体上虽然以蓝色为主，但不同的海域，海水的颜色其实也是很丰富的呢。我国沿海很多区域，例如长江、黄河等河流入海口附近，由于泥沙含量比较高，海水看起来是黄色的，而不是蓝色的。到了远离河口的海域，那个海水呀才变成蓝色，而那个蓝色也是多变的，根据海域的不同和天气，可以呈现蔚蓝色、墨蓝色、浅绿色、绿松石色等等。大海有多宽和多深？那得要看是哪个海啦，太平洋最宽，达1.9万千米，太平洋里的马里亚纳海沟最深，达11034米，把整个喜马拉雅山塞进去都露不了头呢！全球海洋里的水以我们肉眼看得见或看不见的形态相互变换流通着，比如海洋的水经过蒸发到达大气中，转变为雨水和雪花降落在地球表面上，再通过地表径流等方式汇入到海洋中，可能你即将要喝的水正在跋山涉水从地球的另一端向你赶来。

　　海洋是一个巨大的宝库，海底蕴藏有很多矿产资源，例如石油、天然气、可燃冰、多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物等，这些都可以称作海洋的宝藏。海水里没有美人鱼，却有20多万种各种各样的海洋生物，有色彩斑斓的海洋植物，有长达几十米长的海洋动物，也有肉眼看不见的微生物。海洋是一个奇妙的生命世界。

　　郁彤小朋友，有关海洋的知识可多了，海洋还有很多奥秘等待科学家们去探索。希望你好好学习，健康成长，并保持好奇心和善于提问的勇气，将来加入到探索海洋、研究海洋的科学家队伍中来。

　　祝你进步！

　　韩喜球

　　自然资源部第二海洋研究所

　　2020年10月17日

　　据说她收到回信非常开心，她妈妈也很高兴，说要把这封信裱起来挂在墙上，激励女儿努力学习，以后也做一个科学家。

　　我觉得，我们的科普工作非常有意义，能够在孩子的心里种下一颗科学的种子。我特别希望，今天在座的小观众们，未来你们长大以后，你们中有那么几位能够成长为海洋科学家，在我还没有很老之前，我们一起去深海大洋乘风破浪。

　　谢谢大家。