作者:张文静 来源:中国科学报 发布时间:2018/11/2 9:09:01
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冷水珊瑚林为什么这样热?

 

如今,当热度散去,“冷水珊瑚林”的研究进展如何?其研究显现出怎样的价值?它对我国深海研究又有着怎样的启示?

■本报记者 张文静

今年5月,在南海西沙海域,“探索一号”科考船的“南海深部计划”西沙深潜航次顺利完成。在这一航次中,年逾八旬的中国科学院院士、同济大学海洋与地球科学学院教授汪品先,搭载深潜器“深海勇士”号三次潜入1400余米的深海,并取得重大发现——在南海首次发现了“冷水珊瑚林”。这在当时引发了媒体和社会的广泛关注。

如今,当热度散去,“冷水珊瑚林”的研究进展如何?其研究显现出怎样的价值?它对我国深海研究又有着怎样的启示?带着这些问题,《中国科学报》记者对汪品先研究团队进行了追访。

深潜时的意外发现

在意外成为“网红”后的这半年中,汪品先的工作和生活似乎没有受到丝毫影响。半年来,他依然从清早到深夜,每天雷打不动地出现在办公室,或者飞往外地参加学术会议。如果非说有什么变化,那就是他的眼睛始终盯在那次深潜的新发现——南海“冷水珊瑚林”上。

“真的像爱丽丝漫游仙境一样。”回忆起当时在水下看到“冷水珊瑚林”的情景,汪品先感叹说。这也是半年前他从载人深潜器走出后,说的第一句话。

汪品先下潜深海,原本不是去找冷水珊瑚的,而是去看西沙珊瑚礁的碳酸盐台地的。“在夏威夷海域,水下几百米有很多沉没珊瑚礁,我想去看看西沙有没有。”汪品先说。

潜到海底后,沉没珊瑚礁没有看到,汪品先等人倒是意外地“撞上”了可燃冰出口,看到了一些冷泉生物。这个发现虽称不上重大,但在黑黢黢的海底世界里,也足以给人带来一丝振奋。“看到了一点生物,我们觉得很来劲。”

随后,“深海勇士”号向着可能长过珊瑚礁的高台处移动。这一走不要紧,惊喜来了。首先映入眼帘的是一根根高高的像鞭子一样的竹珊瑚,上面弯转卷曲的部分长着肉,下面有节的部分像根竹子,长度大约两米,拉直后可达五六米。再走近些一看,这些竹珊瑚底下还有很多矮矮的像扇子一样的扇珊瑚。“我们越看越来劲了!”

汪品先对潜航员说:“路边的野花不要采,我们继续向前走。”果然,更好的还在后头。

随着深潜器的走近,一幅从未见过的深海“园林”景致在汪品先眼前慢慢展开。如同陆地上的园林一样,那些高大的竹珊瑚像乔木,低矮的扇珊瑚像灌木,而贴在海底的海绵之类相当于草本植物。在陆地上,树林是鸟兽的家,而在这片深海“园林”里,鱿鱼、鱼虾等海洋动物栖息在珊瑚上,将这里当作了栖居地。这片由珊瑚和其他海洋生物构成的系统被称为“冷水珊瑚林”。

深潜归来,汪品先当机立断转移题目,将“冷水珊瑚林”作为观测和采样的重点。科考队决定,将汪品先原本的两次下潜任务增加到了三次。最后一次下潜,汪品先把主要精力放在观察“冷水珊瑚林”的生态系统上,仔细去看“园林”中各物种的分布情况、珊瑚的生长方向等。

除了水下观察,下潜还有一个重要任务,那就是采集样品。“深海勇士”号安装有采样盒和采样网,用来放置样品。但竹珊瑚太长放不进去,折断了又太可惜。怎么办?于是想了个办法,等到该采的样品都采完后,返航前又回到中意的那株竹珊瑚处,让两个机械臂“高举”着竹珊瑚带上水面。

“我本来想做个装满海水的玻璃柜,把这株竹珊瑚放在里面做科普展览用,毕竟能到海底看冷水珊瑚的人太少了。可惜的是,竹珊瑚上面的肉保存不住,不到两天就都掉光了,只剩下一根竿。现在我们把它放在了学院楼下的展厅里。”汪品先不无遗憾地说。

重要的深海生态系统

“冷水珊瑚林”的发现为何使汪品先等科学家如此兴奋?

目前,冷水珊瑚的研究主要集中在大西洋、美国西海岸太平洋地区和夏威夷海域,东亚基本上是空白的。“此次发现的南海‘冷水珊瑚林’,是我们此前完全不了解的生态系统。”汪品先说。

冷水珊瑚生活在4℃~12℃的冷水里。与人们熟知的生长在热带浅海水域的暖水珊瑚不同,冷水珊瑚不与单细胞藻类共生,主要以水中的浮游生物以及浅水层沉降下去的有机质为食。这里说的竹珊瑚、扇珊瑚都属于“柳珊瑚”一类,柳珊瑚在浅水也可以有,但是只有在缺光或无光的深海环境里才能够扬眉吐气,在几百米到一两千米的深海繁育成林,故也被称为深海珊瑚。

“珊瑚的分布可以分为三个等级:一是珊瑚礁,由成千上万珊瑚虫的骨骼缓慢生长堆积而成;二是珊瑚林,不像珊瑚礁那样挤在一起,而是在一个地区长得比较密集;三是散开生长的珊瑚。人们通常注意的是热带珊瑚礁,对深水珊瑚林的研究近年来方才开始。”汪品先介绍说。

但是,“冷水珊瑚林”是深海中一个重要的生态系统。除了各类的珊瑚外,这里还是很多生物赖以生存的家。比如,有些鱼类就在“冷水珊瑚林”中产子,幼鱼可以在此生长。

“研究‘冷水珊瑚林’,对于我们认识南海生态系统有重要帮助,而这正是我们以前忽视的。”同济大学海洋地质国家重点实验室博士李建如告诉记者,“同时,‘冷水珊瑚林’本身是碳循环的一个环节,它是浮游生物与底栖生物之间的连接,在这方面也有着研究价值。”

李建如的工作就是对这片新发现的“冷水珊瑚林”进行生态系统方面的统计。“首先,我们要去认识它们,我们与中科院海洋研究所研究员李新正团队合作,对‘冷水珊瑚林’中的珊瑚属种进行了鉴定。第二个工作就是,我们初步对‘冷水珊瑚林’中单位面积的珊瑚数量进行了统计。第三项工作是对珊瑚分布地点进行统计,包括从在横向上看,比如海底火山、碳酸盐台地的边缘、峡谷的底部和两边等地分布有多少冷水珊瑚,从纵向上看,从水深600米~3000多米分别分布有多少冷水珊瑚等。”李建如介绍说。

这些工作已经取得了一些初步结果,比如,李建如发现,水越深的地方竹珊瑚越多,而在水浅的地方更多的是扇珊瑚。“统计工作还在继续,我们要争取把‘冷水珊瑚林’中海绵等生物的属种一个一个鉴定出来。”李建如说。

由于当前深海渔业主要采用底部拖网作业的方式,所以会对“冷水珊瑚林”造成损伤。冷水珊瑚生长缓慢,一旦遭到破坏,需要成百上千年的时间恢复。“所以,联合国已经注意到‘冷水珊瑚林’的保护问题。联合国环境署世界保护监测中心早在2004年就发布报告,倡议世界各国保护冷水珊瑚。但在东亚地区,连有没有‘冷水珊瑚林’都不知道,更遑论保护。”汪品先说。

记录海洋古环境

除生态系统外,“冷水珊瑚林”在揭示深海古环境历史变化方面,也有着独特的研究价值。

5月深潜共采集了几十件冷水珊瑚样品,一部分用作科普展览,另一部分则用来做实验室分析。半年来,同济大学海洋与地球科学学院助理研究员党皓文就埋头于这20多件冷水珊瑚样品之中。

冷水珊瑚,特别是竹珊瑚,是记录长时间尺度海洋环境变化的良好载体。“与能生存几千年的扇珊瑚相比,竹珊瑚的寿命较短,能活几十年到几百年,但短有短的好处。如果把竹珊瑚切断,就能看到像树轮一样一圈一圈的纹层。随着海水环境的不同,这些纹层的生长状况、化学组成也会不同。所以我们通过对纹层化学成分变化进行分析,就可以得到海水环境的变化特征。”党皓文介绍说。

近100年来,长期的气候变化都有直接记录,比如温度、大气中二氧化碳浓度等。但对于更早期的气候变化来说,就没有这么精确的记录了。这时候,冷水珊瑚就能起到关键作用。

更为珍贵的是,此次发现的“冷水珊瑚林”生长在水深1000米左右,这里正是海洋地质学研究上的一块盲区。

“因为此深度的海底属于陆坡上段,虽然坡度很小,但沉积物也会往下滑,很难在这里留存。沉积记录的缺乏,使得这里的海洋环境研究极其困难。”党皓文说。

汪品先20多年前在德国船上进行海洋科考,为了采集水深1000米左右的沉积物,将一根管子打下去。“管子打下去都弯了,基底太硬,根本没多少沉积物。所以冷水珊瑚解决了一个大难题,补了沉积物的缺。而且,它们还记录了不同时期人类活动的变化。”

“我们都知道全球变暖,但近几十年又有一种说法叫作全球变暖停滞,也就是二氧化碳浓度升高了很多,但地表温度的升高却没有如理论上推测的那么多。这是因为很大一部分热量跑到了海洋内部中层水中,而中层水的深度就在1000米左右,所以这个位置很关键。”党皓文解释说,“但对这个位置的气候变化,我们一直没有好的记录。这次是第一次在南海北部发现这样一片‘冷水珊瑚林’,它能很大程度上填补我们认识上的空白。”

当然,对竹珊瑚纹层的化学分析并不是一蹴而就的。“我们首先要进行生物学研究,鉴定珊瑚种类,然后从物理学角度上看它们的纹层结构是否规律,是否可以与海水环境作直接对比,然后再作测年,了解纹层结构跨越时间的范围,最后才会去作化学成分变化的分析,进而重建海洋古环境的演变历史。”党皓文说,他们的工作也在继续。

国外早已成为热点

与我国科研人员还在因首次发现南海“冷水珊瑚林”而兴奋并加紧研究相比,在西欧和北美,冷水珊瑚早已成为备受追捧的研究热点。

特别是近年来,随着水下机器人和载人深潜器技术的发展,各国研究人员更是在冷水珊瑚的种类与分布、冷水珊瑚礁的形成与演化、海洋酸化对冷水珊瑚礁的影响以及冷水珊瑚对海洋古环境的高分辨率记录等方面取得了突破性进展。

2014年,《自然》刊发封面文章显示,研究人员在夏威夷海域采集扇珊瑚样品,沿着其纹层进行氮同位素组成分析,结果发现,它们在小冰期以来的几百年时间里呈现出显著变化。这个发现表明,在全球变暖的过程中,在以夏威夷海域为代表的整个北太平洋地区,海水的营养状况发生了变化。这是基于冷水珊瑚研究取得的重要成果。

“然而目前,我们连哪里有‘冷水珊瑚林’都没搞清楚。我们亟须摸清家底。”汪品先说,“21世纪人与海洋的关系正在变化,人类要开发海洋,就要在垂向上进入海洋。”

对于这位与海洋打了一辈子交道的科学家来说,今年的深潜已是汪品先亲历的第五次南海科考。最早一次是在上世纪70年代末,海南岛西边的莺歌海打南海第一口探井时,他在岸边为石油井作鉴定;第二次是1994年南海的第一个古海洋学专题航次,用的是德国船;第三次是1999年,他担任首次南海大洋钻探的首席科学家,用的是美国船;第四次是2005年,同济大学与法国合作举行“马可波罗”航海科考,他还是首席科学家,坐的是法国船;第五次就是今年的“南海深部计划”科考,让他感到特别骄傲和激动的是,自己乘坐的是中国科考船,而且用国产率高达95%的载人深潜器“深海勇士”号,下潜到了南海海底。

“现在我们的设备已经很先进了,但至于用它做了什么,我们的关心还不够。”汪品先说,“我们需要赶紧将科学和技术结合起来,将先进的设备好好利用起来,建立相关项目,促进单位与行业之间的合作。从这方面来说,‘冷水珊瑚林’只是深海研究中的一个小部分。”

让汪品先忧虑的是,相比于深海养殖等经济效益更显著的领域,目前我国对于深海底栖生物生态系统的研究并不多。深海底栖生物主要分布在热液区、冷泉和“冷水珊瑚林”。“这次正好让我们撞见了‘冷水珊瑚林’,没有理由不去好好研究它。”汪品先说道。

《中国科学报》 (2018-11-02 第1版 要闻)
 
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