简介
深海，是新世纪谈论的新题目。深海是地球系统中关键而又缺乏了解的部分。深海拥有丰富的海洋资源及世界上较大的生物圈资源。从20世纪晚期起，人类开始进入海洋内部, 对于深海取得了前所未有的新认识，这些认识正在成为科技发展和国家决策的重要依据。 《深海浅说》从海洋的深度探测开始，从深海的基础知识，一直讲到深海的开发利用，层层深入，介绍了截至目前深海研究取得的一系列重大成果，如全球大洋深部结构与成因、海洋碳循环、海洋深部生物圈、深海洋中脊与海沟的地质、流体和生命过程、现代海底金属成矿、“蛟龙号”科学深潜等；展示了新的深海探测技术，如海洋探测系统、深海遥感、海洋地质钻探及采样技术、水下机器人、深潜器、海底观测网等；列举了深海前沿研究面临的科学挑战，如需要怎样的技术来提高海洋地质灾害的测年水平、变化着的海洋是如何影响冷泉生态系统以及生物甲烷屏障的、深部生物圈细菌和古菌的能量利用机制是什么、人类引起的气候变化对深海的影响究竟如何等。 本书荟萃了汪品先院士十余年深海科普工作的深厚成果，极为重视材料的趣味性和文字的可读性，通过实例剖析和历史回顾，让读者用尽量短的时间，对深海大洋获得相对深入的了解。同时在学术方面，本书也力求深入浅出，多用插图，争取既能反映国际科研的新进展， 又能追溯历史、揭示科学发现的过程。
作者介绍
汪品先，1936年生于上海，海洋地质学家，同济大学海洋与地球科学学院教授。1960年莫斯科大学地质系毕业，1981—1982年获洪堡奖学金在德国基尔大学进行科研工作，1991年当选中国科学院院士。专长古海洋学和微体古生物学，主要研究气候演变和南海地质。致力于推进我国深海科技的发展，开拓了我国古海洋学的研究，提出了气候演变低纬驱动等新观点。积极推动深海海底观测，促成了我国海底观测大科学工程的设立。同时，还成功地推进我国地球系统科学的发展，提倡强化科学的文化内蕴，并身体力行促进海洋的科普活动。著有Geology of China Seas，《地球系统与演变》等大量著作。
1999年在南海主持中国海首次大洋钻探，开我国深海科学钻探之先河。2011—2018年主持国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”，该项目为我国海洋科学第一个大规模的基础研究计划，使南海进入国际深海研究前列。2018年深潜南海，发现深水珊瑚林。
曾获国家自然科学奖、欧洲地学联盟的米兰克维奇奖，以及伦敦地质学会名誉会员、美国科学促进会会士、第三世界科学院院士等荣誉。曾担任中国海洋研究委员会主席、国际海洋联合会（SCOR）副主席、国际过去全球变化计划（PAGES）学术委员会副主任等，发起“亚洲海洋地质会议”系列，并主持全球季风等多个国际工作组。是第6、7届全国人大代表，第8、9、10届全国政协委员。
部分摘录：
深海采矿的起伏 目前已知的深海金属矿包括三大类：多金属结核、富钴结壳和金属硫化物。多金属结核俗称锰结核，像土豆形状的黑色铁疙瘩，几厘米到十多厘米大，是锰（约30%）和铁（约4%）的氧化物，并且含有镍、钴、铜等几十种元素，主要分布在4000—5000m深海平原的红黏土之上。富钴结壳全称富钴铁锰结壳，成分也是多金属氧化物，但是钴的含量可以高达1.7%，呈层状附着在岩石表面形成结壳，厚的可达25cm，分布在海山、海岭和海台的斜坡和顶部，水深为400—4000m。金属硫化物在第二章里已经提到，太平洋的热液黑烟囱和红海底的多金属软泥都是这一类的矿物。这里指的是块状硫化物矿，可称为多金属块状硫化物，包括方铅矿（铅）、闪锌矿（锌）和黄铜矿（铜），与包括金、银在内的其他金属硫化物一道，主要分布在太平洋海隆、大西洋和印度洋中脊，以及大洋边缘的弧后扩张中心。
这三种深海金属矿可以归纳为两类：多金属结核、富钴结壳的金属元素都是从海水里沉淀出来，可以说是“水成”的，都属于氧化物；而块状硫化物的金属来自岩浆，通过热液活动成矿，来源可以说是“火成”的，属于硫化物。多金属结核和结壳的成因并不清楚，看来微生物起着重要作用，但是生长极慢，一块土豆大小的结核可能生长了几百万年，条件是没有矿物沉积，一旦被沉积物埋在地层里，结核的生长就到此为止。所以结核、结壳主要分布在大洋当中，硫化物主要沿洋脊分布（图7.1），各得其所。这三类金属矿都有巨大的分布面积和丰富的储量，人类早在半个世纪以前就试图开发，但是直至今天，世界上还没有一个商业开采成功的实例。既然海底金属矿是开发深海最早提出的天然资源，为什么时至今日还只有科研调查的支出，并得不到春华秋实的回报呢？这里所反映的，恰恰是深海开发的重大特色，极其值得我们借鉴。不妨从锰结核开采的历史说起。
三种深海金属矿，多金属结核发现得最早。19世纪的英国“挑战者号”环球考察，1874年就曾在太平洋海底首次采到了多金属结核，不过起决定作用的还是1965年美国梅罗（John Mero）《海洋的矿产资源》一书的描述，唤起了海底采矿的高潮。他在书里描绘了一幅聚宝盆式的图景：太平洋底上有上万亿吨的锰结核可以开采，而且增长的速度比采矿还快，因此海底里的锰、钴、镍、铜是用不尽的。于是学术界大受鼓舞，1960—1970年代组织了上百个航次前往太平洋，其中有美国30—40次，德国28次，法国42次，还有苏联派出了上百个航次做全球探索。
探索的目的当然是开采。1972—1978年是锰结核开发的黄金时期，德国、美国、日本、加拿大等国的私人公司，在政府支持下组成联合体着手开采太平洋锰结核，试图在深海开发中“第一个吃螃蟹”。至少有6家联合体卷入，但是真正在海上试验成功的就一家，那就是德国、美国、加拿大和日本公司组成的合资企业OMI（Ocean Management Incorporated），1978年初，从太平洋海底泵上了800t锰结核，可惜最后把整个采矿系统给弄丢了。声势更加浩大的是美国建造的51 000t的锰结核开采母船“格罗玛·探索者号”（Glomar Explorer），曾到太平洋进行锰结核开采。该船装有遥控的采矿系统，可以在水深6000m处作业，装载采矿系统的月池就有82m长。只是后来揭秘才知道：这场采矿其实是在演戏，真正的目的是打捞苏联沉没在太平洋的核潜艇，是美国中央情报局请公司老板休斯（Howard Hughes）出面，以采矿做伪装，花去的8亿美元是为了军事目的。这应当是美国利用海洋科学做伪装，搞军事政治阴谋而规模最大的一例，我们在第八章里还要进一步讨论。
1970年代的高潮过后，开采锰结核的热度降了下来，1982年起，美、德、法等国实际停止了大洋锰结核的勘探开发，把注意力移向热液硫化物。锰结核热的降温有多方面原因，包括金属原料价格、国际政治背景和海底开发的环境影响等等。锰结核开采的目的不在锰，而在于镍、钴、铜等元素，但这些元素陆上的生产至少还可以对付几十年。加上1982年联合国通过《联合国海洋法公约》，给国际海域的资源开采做出了种种规定，不允许发达国家为所欲为；相反，1980年代开始，中国、印度等发展中国家开始积极投入深海矿产的勘探。
另一方面，随着社会对生存环境的关注，对于深海开采的技术层面也提出了越来越高的要求。多金属结核很重，要从5000m海底采上船来并不容易。采矿的方法可以是“流体提升”，也就是在管子里吸上来；也可以是“拖网采集”，也就是在采矿船上安装拖网斗。做起来都很不容易。两种方法还有一个共同后果，就是会破坏深海海底的生态环境。形象地说，从深海海底采集锰结核必然掀起海底沉积，将底栖生物活埋。
然而到了21世纪，深海金属矿开发的呼声再度高涨，主要原因在于高新技术发展对金属的需求发生变化，深海矿产中富含的一些金属元素变得格外重要，包括钴、锂和稀土元素，从手机到电动汽车都需要用，而且今后的需求必然继续增长，从而为深海金属矿产的开采注入了新的动力。当前的国际科技界正在再度动员起来探索开采的新途径，使深海开采对环境的负面影响最小化。最近的一例是欧盟支持的“蓝色结核”（Blue Nodule）计划，包含一系列的新思路、新技术（图7.2B），与早年锰结核开采的技术设想（图7.2A）相比，已经大不相同。
从高新技术日益增长的需求和陆上资源的局限性看，深海金属矿产开发必定大有可为，不确定的只是时间的早晚而已。多金属结核、富钴结壳和金属硫化物三大深海矿都有前景，但是开发的启动会有先后。相比之下，多金属结核平铺海底，是“俯拾皆是”的“二维”矿产，但是深度最大；海山上的富钴结壳水浅，价值也高，有人估计仅太平洋一片海区的钴储量就达5000万t，相当于陆上储量的7倍，但是贴在岩石上的结壳只有几厘米厚，开采起来并不省事。
如此算来，最早实现商业开采的深海金属矿，最可能是金属硫化物，因为开采的技术比较可行，矿产的价值也比较可观。我们在第二章里介绍了热液口黑烟囱的发现，黑烟囱的成分就是金属硫化物和硬石膏，但是作为矿产开采的当然不是黑烟囱，而是热液喷口底下的矿体。与锰结核不同，热液矿是“三维”的矿山，需要钻探调查。国际大洋钻探计划先后对4个不同类型的热液硫化物矿区进行了探索，其中1994年在大西洋中脊钻探的TAG热液区至今仍在活动，研究程度最高（图7.3）。这是个大型的、成熟的矿床，丘体直径200m、高50m，以玄武岩为围岩，活动热液流体最高温度超过360℃。据估计，全球热液喷口区估计有500到5000个，金属硫化物储量约为6亿t，含有约3000万t铜和锌，与陆地上发现的新生代硫化物矿总量相当。前景很好，但是开采从哪里开始呢？
图7.3 热液矿实例：大西洋洋中脊TAG热液硫化物丘。A. 热液丘的形状与地形；B. 热液丘立体剖面图。
2. 深海采矿的瓶颈 新世纪带给金属硫化物开采者的一大喜讯，是西南太平洋的矿里发现金。位于西南太平洋的劳盆地（Lau）、马努斯盆地（Manus）等，都是板块俯冲带的弧后盆地，和大洋中脊一样具有热液活动形成的硫化物矿，但是大洋中脊是玄武岩的岩浆，弧后盆地却是有酸性的岩浆。调查发现，弧后热液的硫化物可以有较多的金、银等元素。2006年，加拿大“鹦鹉螺矿业公司”（Nautilus Minerals）用水下机器人等先进设施在马努斯盆地调查，发现这里的Solwara 1矿区最适合开采（图7.4B）。这里的矿石每吨含金7.2g，高的可达20g；铜的含量有7.5%，而陆地的铜矿平均只有0.6%。Solwara 1矿水深1600m，总矿量130万t，面积11.2万m2，相当于17个足球场大，这要比大西洋TAG矿大多了，TAG矿面积只相当于一个棒球场。鹦鹉螺公司总部设在多伦多，是个实力强大的公司，立志要当世界深海采矿的先锋。他们向深海油气开采取经，将其中一系列新技术引入深海金属矿的开采，准备将矿石以打碎成泥浆的形式泵上海面（图7.4A）。鹦鹉螺公司2007年启动勘察计划，2009年通过环境审查，2011年获得了巴布亚新几内亚政府的开采准许，被授予对59km2海域为期25年的开采权，该海域成为全球第一个硫化物开采的国际区块。2017年，鹦鹉螺公司在英国定制的三大海底采样设备已经运到，计划在2019年一季度开始生产。然而，这项雄心勃勃的宏伟计划不断遭遇困难，现在已经陷入奄奄一息的低谷。