
“海马”号的机械臂如同“手”,探照灯和摄像头相当于“眼睛”。二者配合,助力科研人员实时观测、开展作业。图为“海马”号拍摄的水下“施针”的画面。

探针的布放回收需要通过“海马”号,整个过程耗时数个小时。图为工作人员利用“海马”号回收海底试验设备。

后甲板工作人员正在搬运海底电磁采集站。

扫码登船,一起出海!
出品:许芳、柳剑能
策划:赵东方、邱敏、龙成满、王俊
执行:汤新颖、何超
统筹:王晨阳、张毓、麦蔼文
视频统筹:顾展旭、王钰舜
设计统筹:徐锦昆、王紫凤、黄思勤、涂晓彬、谭惠兰
文/广州日报全媒体记者程依伦 图/广州日报全媒体记者王钰舜、程依伦
当科研走出象牙塔,当一艘船化身实验室,一场关于科学的浪漫远征在南海徐徐展开。今年2月,广州日报全媒体记者一行3人登上“海洋地质二号”科考船。30天里,我们与上百名科考人员一起,在这座“海上实验室”上,于南海深处开展了超过20场海底试验。
这趟由广州海洋地质调查局发起的“国家自然科学基金共享航次”,充满“不可思议”。你能想象吗?大海也有“心跳”。当一个金属“吊篮”从船舷下潜至千米深海后,机械臂从容伸出,稳稳握住1.5米长的探针,精准“扎”入海床——一场针对海底滑坡致灾机理的原位监测试验在海底展开,让大海的秘密浮出水面。
2月28日 出发日
随着一阵嘹亮的汽笛声响起,“海洋地质二号”(以下简称“海二”)科考船缓缓驶离位于广州南沙的科考码头,开启它的2026年首航。该航次为广州海洋地质调查局今年首个“共享航次”,中国海洋大学、大连海事大学、上海交通大学、浙江大学等多家单位前来“拼团”,带着各自的试验项目,汇聚在同一艘船上。
出发当日是个暴雨天,船只穿过珠江入海口后,雨越下越大。隔着烟雨,港珠澳大桥雄伟的轮廓依稀可见,无数货轮正繁忙地交替穿行。
在船长黄远明看来,“海二”像一个“不偏科的优等生”。“它的航行速度是12.5节,相当于约23公里/小时。虽然不算特别快,但对于科考船来说,比起速度,‘稳’字更重要。”
这艘为叩问大海秘密而生的科考重器,于2022年入列广州海洋地质调查局。深海钻探、地质取样、物探调查、海底电缆敷设、深水打捞、救援作业、物资保障……它样样在行。最为人熟知的,是“海二”搭载的“海马”号下潜至1522米深的冷泉渗漏点,成功采集可燃冰及伴生气,为第十五届全运会提供深海“源火”。
航行不到八个小时,我们便抵达南海的首个工作海域。此时夜幕降临,周围的云雨渐渐散去。为确保船只夜间行驶安全,我们关闭舷窗,前往后甲板,开始作业。
2月28日~3月27日
大海也有“心跳”。
十多年间,
有这样一群人,
无数次将针投入海床,
只为守护那抹不平静的蓝。
“海马”长出“眼”和“手” 深海之下“做针灸”
虽然暴雨停歇,但风浪不止,卷起的浪花推着船左右摇晃。出航第一日,所有人都还处于适应阶段。船上的科考人员,超过一半都是初次登船的学生,其中有几位此时已吐得“七荤八素”。但在科考船上,“船不停,人轮换”是铁律——因为对于科研人员来说,设备多投放运行一小时,就能多采集一小时试验数据;多等待一天,便意味着缩减一天作业窗口。
傍晚的蓝调时刻刚刚结束,20时05分,“海二”航行至指定位置,驾驶台开启DP系统(动态定位系统)。这是海上试验的第一步——类似“定舟求剑”。DP系统通过侧推和主推螺旋桨让船舶保持在固定位置,确保科考设备稳定、精准布放。随后,甲板灯光亮起,第一轮试验——海底探针试验,开始了。
什么是海底滑坡?
海床有时像一碗“果冻”
作为“共享航次”的第一个试验,海底探针试验的窗口期只有7天。7天内,团队要将自主研发的海床基、海底探针等设备布放到海底峡谷区收集数据。这里所说的探针并非真的“针”——它们长0.8米至1.5米不等,集成多个传感器,尾部拖曳一节电池,外形修长,形似细针。
一根探针的布放,往往要持续四个多小时。在操作室,我们目睹了全过程:“海马”号在1400多米深的海床“坐底”后,操作员控制机械手从“吊篮”中取出探针,再精准垂直地插入目标点位。
“一抓、一取、一放”,听上去简单,中间却牵扯诸多细节。“吊篮”布放的距离、机械手抓取的位置,稍有偏差就可能导致试验失败。而且,这次试验中还有两个分体式探针,它们之间由缆绳连接,布放时既要保证彼此不缠绕,又要保证缆绳不断裂,很考验机械臂操作员的经验,以及他们与科研人员的沟通配合。
屏幕前,我们屏息凝神,视线紧随机械臂的起落与屈伸。每一次开始抓取,我们的心就跟着收紧;每一次成功布放,我们才能长舒一口气。
费这么大劲在海底“施针”,到底是为了什么呢?作为试验的主要负责人,中国海洋大学的刘晓磊教授告诉我们,这看似“如履薄冰”的操作,核心目标是研究海底滑坡浊流。
在刘晓磊看来,海底滑坡是海洋地质中破坏力最大、危害性最强的灾害。大型海底滑坡规模较陆地滑坡大三至四个数量级,运动速度堪比高铁。
他打了一个比方:研究海底滑坡,就像研究陆地上的地基。陆地上建大楼,建筑师要先勘探地基是岩石还是软土,承载力是否足够;在海洋里开展海底工程——铺设管道、建设观测网节点——同样需要寻找稳固的海床。但海床并非固定不变的固态地层,在某些特定条件下就像一碗被持续摇晃的“果冻”。遭遇地震、极端风暴天气时,在波浪和海流的反复作用下,原本看似稳固的海底沉积物,也可能突然软化、流动甚至滑塌。
“尤其是近几年,海洋风暴越来越频繁,深海开发活动也越来越多。因此,探究海底滑坡孕灾、成灾机理,做好防灾减灾工作,已成为关乎国家安全的必答题。”刘晓磊说。
难忘当年“蹭”外国设备
十多年研究攻克技术难题
但研究海底滑坡并非易事。这类地质灾害具有隐蔽性和突发性,相关研究极其依赖海底原位观测。
相比国外,我国对海底滑坡的研究相对滞后。刘晓磊回忆,中国最早的海底稳定性研究可追溯到20世纪80年代。那时,中美加三方合作在黄海、渤海展开调查——中国提供航次,美国和加拿大带来设备。方法是将设备放入海底,观测表面波压力的变化,科学家们由此发现了海底滑坡的踪迹。后来,美国和加拿大的科学家凭借第一手资料,相继在《自然》杂志上发表论文。“这也告诉我们,拥有自己的设备与数据,极其重要。”刘晓磊说。
早在2008年,当时还在攻读研究生的刘晓磊,就已将“海底稳定性”作为自己的研究方向。彼时,国内没有自己的设备,只能购买进口仪器。十多年来,他带领团队自主研发:探针、海床基、柔性位移计……一步步攻克极端环境下观测的技术难题。他们在黄河口、渤海湾、胶州湾等区域完成前期观测,积累了大量宝贵数据,并同步构建出流变模型,用以计算海底流滑的规模。
“最终,我们希望可以预测海底流滑的运动过程,真正实现防灾。”刘晓磊说。
布放探针见证变迁
从划小艇盲投到“海马”施针
站在甲板上,海风咸涩。刘晓磊眺望远方,回忆起自己十多年前第一次在海边布放探针的场景:“当时受限于技术,我和几位同学,划着一只租来的小皮划艇,抱着探针,从海面上‘盲投’下去。”即便后来从浅海进入深海,“盲投”的工作模式也没有改变。
“很多时候,我们只能把科研设备集成封装,用吊机从甲板吊放至海里。设备入水后,就再也看不见了。它是站着还是躺着?周围是平坦海床还是陡峭地形?完全不知道。以往,我们只能被动等待设备偶尔传回的数据信号。等到试验结束回收设备时,才能通过它的外观得知它在水底的状态。”数次与刘晓磊一同出海的李凯老师说。
“但这一次,有了‘海二’,就完全不同了。”刘晓磊形容,“海马”号搭载的机械臂,让科研人员有了“手”;“海马”号上的摄像头,则相当于“眼睛”。借助“海马”,他们可以实时看到探针状态,也能根据探针的形态,对机械臂进行动态调整,精密程度堪比外科手术。
随船出海的张红副教授,第一次在现场观看“海马”号海底操作探针。她一直纹丝不动地守在屏幕前,时而惊叹于“海马”号拍下的海底生物画面,时而又为操作员的技术竖起大拇指:“我还是头一回看到我们的设备在海底的画面,这对我们今后的研发很有帮助。”
这一航次的任务结束后,持续三年的项目也进入收尾环节,但刘晓磊团队的研究远未停止。他们还计划在南海插入长达100米的柔性探针——不是1.5米,而是100米。这根柔性探针将像一条植入南海底部的神经末梢,实时监测海床水动力、地震等多灾种的动态变化。
“这类似中医讲求的‘治未病’。我们希望可以通过‘探针组网’,编织一张研究海底滑坡孕灾、成灾、防灾的监测网。”刘晓磊坦言,这将是更为复杂的挑战。