【环球时报-环球网报道 记者 樊巍】在中国南海水下2000米左右的海底平原，一座名为“冷泉生态系统研究装置”（以下简称“冷泉装置”）的载人大型深海实验设施，将把科幻电影中海底科研基地的梦幻场景搬进现实。这座由中国科学院南海海洋所（以下简称“南海海洋所”）牵头申报并承担建设的科研设施，因其能在高压、低温、缺氧的深海极端环境中为科研人员提供一个安全、舒适、持久的生活和工作空间，因此也被形象地比喻为是一座位于深海之下的“海底空间站”。
2月28日，冷泉装置在广州南沙正式开工，中国人逐梦星辰大海的豪情壮志因此变得更加具象化。相关技术专家在接受《环球时报》记者采访时表示，冷泉装置将推动我国的深海工程技术及装备在国际上实现从“跟跑”到“领跑”的超越，未来基于该项技术建设的不同谱系深海驻留装备，可广泛应用于海底矿产资源开发，以及南海岛礁资源开发和权益维护等领域。
向南海“深海绿洲”进军
冷泉装置所聚焦的海底冷泉区，承载着地球深部碳循环的密码，是研究极端环境生命适应机制和探索新型生物资源的战略要地，因此，对冷泉区及其生态系统的研究一直是国际上的关注热点，例如美国的ECOGIG项目就着重于对墨西哥湾、大西洋海底峡谷以及加利福尼亚湾冷泉区及其生态系统的研究。而由25个国家参与的国际大洋发现计划（IODP）也在开展海底冷泉区“深部生物圈”和“可燃冰”的研究。
中国工程院院士，冷泉生态系统研究装置首席科学家张偲2月28日向《环球时报》记者介绍称，从应对气候变化角度而言，海底冷泉区的甲烷气体是温室气体的重要来源，冷泉区的甲烷渗漏对全球气候及生态环境具有重要影响，因此对冷泉区开展保护工作是至关重要的。此外，生活在冷泉区的生物有可能合成生物医学上重要的化合物，具有巨大的科学价值。
据了解，“冷泉”是指海底之下的甲烷、硫化氢和二氧化碳等气体在地质结构或压力变化的驱动下，溢出海底进入海水的活动。而冷泉生态系统是指海洋生物利用海底冷泉渗出的化学物质为能源进行化能合成，发育成海底黑暗世界里独特的生态系统。冷泉生态系统具有黑暗、高压、低氧等理化特征，以可燃冰分解的甲烷为维持生物生命生长所必需的营养元素。冷泉生态系统通过化能合成作用而生生不息，因此被誉为“深海绿洲”。
“冷泉能够为化能自养生物提供碳源和能量，维系着以化能自养菌为食物链基础的冷泉生物群，并成为初级生产者。”张偲院士介绍称，在此基础上，繁衍着管状蠕虫、蛤类、贻贝类、甲壳类、多毛类动物以及海星、海胆、蟹类、冷水珊瑚、鱼类等后生动物，形成一套完整的化能营养为基础的深海生态系统。目前，科学家已经在冷泉生态系统中发现了600多种生物。
在张偲院士看来，海底冷泉区是可燃冰的常见富集区，而可燃冰是未来最有潜力成为商业能源的来源，开展冷泉生态系统研究则是可燃冰绿色开发与深海科学研究的最佳切入点，冷泉装置的建成将为冷泉生态系统的研究和资源开发提供全新的视角和技术手段，加速相关领域的科研进展，为全球深海生态科学研究树立新标杆。
“冷泉装置将聚焦深海极端环境微生物化能合成作用，掌握深海底甲烷‘源-汇’规律，有望解决冷泉生态系统演变过程、发育动力机制，极端生命演化等前沿科学问题，助力掌握深海烃类能源开采前、开采过程和开采后生态环境变化及其效应。”张偲称。
此前有研究显示，目前在全球海洋中，可能存在着900多处海底冷泉区。我国近海辽阔，目前已发现的近海冷泉区有7个，其中有一个位于东海，六个位于南海。南海的地质环境和构造有利于冷泉的发育，这也预示着南海冷泉区更有可能蕴藏着丰富的能源。
海底2000米，连续生活30天
“冷泉装置将采用‘深海样地实验+陆地模拟，海陆协同、时空互换’的设计思想，装置主要由海底实验室、保真模拟分总体以及保障支撑分总体三部分组成。” 中国科学院南海海洋研究所所长，冷泉生态系统研究装置总指挥李超伦2月28日在接受《环球时报》记者采访时介绍称，南海海洋所计划用5年的时间，建成国际首个包括2000米级坐底式深海载人驻留实验室，以及国际最大尺度模拟深海甲烷物态演化和化能生态系统的国家重大科技基础设施。
据《环球时报》记者了解，冷泉装置中，位于深海之下的海底实验室可利用各类水下探测设备，在进行海底冷泉研究时选取的特定区域内有选择性地“捕捉”关键科学现象。科研人员可以在深海之下现场制定实验计划进行深海原位培养，实时获取实验数据。还可以开展高保真取样、原位实验精细作业以及舱内实验研究等实验科目。
“海底实验室的排水量达到600吨，最大工作水深约2000米，设计载员人数为6人，在海底的最长自持力达30昼夜。”李超伦介绍称，海底实验室将实现载人与无人技术的高度融合，不仅设计有科学实验舱、航行驾驶与作业操纵舱、多功能探测舱、人员起居舱、电力辅机舱等主舱段，还装配有载人移动观测平台、水下航行器、无人遥控潜水器及绞车等移动探测设备。
而冷泉装置中的保真模拟分总体则位于陆地之上。据了解，保真模拟分总体冷泉舱球舱内径5米、柱舱内径3米、水体总高度15米，最大工作压力达20兆帕，这等同于海底2000米左右的压力。保真模拟分总体在观测数据的基础上同时对可燃冰形成的物理、化学和生物过程及其相关机制、可燃冰开采过程和冷泉生态系统全生命周期发育演化的过程进行全要素的仿真模拟重塑。
此外，在冷泉装置中还设计有一套保障支撑分总体。李超伦进一步介绍称，该总体主要由水面保障母船和研发与智慧管理中心组成。其中水面保障母船设计排水量达9380吨，具备600吨级海底实验室收放与保障作业能力。保障支撑分总体功能主要用于支撑冷泉装置系统日常运维管理、科学研究等。“三个分总体相互支持，有机融合，共同构建成国际首套面向冷泉生态系统的大科学装置。”李超伦称。
根据南海海洋所制定的发展规划，冷泉装置的总建设周期为5年，其中第一阶段将花费4年时间完成设计建造工作，第二阶段将花费一年时间开展设备集成调试以及各项海上试验。而建成后的冷泉装置将为探索深海极端环境下的生命起源，以及可燃冰的绿色开发等前沿基础研究和高新技术研发提供先进的平台支撑。提升我国海洋领域核心技术原始创新能力和装备的自主研发能力，推动深远海科技进步，服务“海洋强国”战略及“双碳”目标。
具有战略意义的大科学装置
据《环球时报》记者了解，作为我国自主研发的首个海陆结合的国家重大科技基础设施，冷泉装置的规模和主要技术指标在国际上都处于领先。冷泉装置的建设及运行，不仅将有助于实现可燃冰的产业化发展，助推海洋生物资源利用，还被认为将对我国海洋装备制造等产业的发展有着“沿途下蛋”的积极推动作用。
“冷泉装置的建设及运行将进一步提高我国深海探测技术及海洋装备的自主研发、制造能力和运行管理水平，加快深海载人装备从探索、探测、探险到深海样地现场长周期试验、实验、研究的飞跃。”李超伦认为，冷泉装置在建设和运行过程中，将突破深海载人长周期驻留实验、超大潜深大型耐压结构安全性、大尺度钛合金加工工艺、深水接驳开舱等一系列关键核心技术，实现我国深海长周期载人驻留实验装备的工程化应用和相关产业的发展，推动我国的深海工程技术及装备在国际上实现从“跟跑”到“领跑”的超越。
据《环球时报》记者了解，冷泉装置在建设过程中突破的超大潜深大型耐压结构安全性、大尺度钛合金加工工艺技术可全面带动国内钛合金加工建造产业链上的设备升级，健全钛合金选材及加工制造的指导评价准则，推动水下航行器标准的制定。此外，冷泉装置所掌握的深水接驳开舱技术则能突破目前500-700米的深度限制，达到水下2000米，这将极大地提升我国援潜救生最大作业深度，为未来深海载人作业装备提供可靠的救援保障。
值得一提的是，冷泉装置所突破的深海原位长期载人驻留实验技术，未来可应用于建设不同谱系的深海驻留装备，并广泛应用于海底油气以及铁锰结核等矿产资源开发、海底工程建设以及南海岛礁资源开发和权益维护等领域。
“冷泉装置的建设及运行将大幅提升我国的深海科学技术创新能力，促进我国海洋经济的高质量发展。但与此同时，冷泉装置是一个多学科综合的大科学装置，”李超伦介绍称，冷泉装置在建成之后将向社会开放共享，建立多学科综合交叉平台，优化区域科技布局，吸引高水平研究及技术人才，最终带动相关产业发展。