探索神秘深海【中国科学院科学公开课S04E07】

课程内容

（一）什么是深海

1.1深海的定义

没有绝对明确的定义，一般说法有两种

1.在海洋学和生物学上一般以水深两百米为界定义深海

2.1000米以下，完全黑暗、没有阳光的环境叫作深海

1.2深海的特点

1.压力大：每十米相当于增加一个大气压（50千克的空心钢球在1000米水深气压下被压扁）

举例探究一：深海的鸡蛋

问题一：鸡蛋在1100的深海会不会被压碎

结果：没有碎，但可能是空隙导致

问题二：从深海带回的鸡蛋会不会变咸

结果：有咸味，蛋表皮咸，蛋黄不咸

2.深海温度

除南北极以外深海中没有0度以下的海水

白烟囱：最高能有200多度

总结：深海大部分温度低，但在少部分里温度很高（海底甚至有气态水）

3.深海中的气态水

热液硫化物矿物把气态水封在海底，水面其实是海水和气态水的分界

由于海底的压力大，水汽化温度相应升高， 倒置湖中的水汽化温度达到378度，而实际测量是383度（也就侧面反映确实是气态）

4.深海中的物理现象：全反射

所谓“波光粼粼”其实是摄像灯的反射光

上面是气体，下面是液体，上面密度高于下面，因此发生全反射

5.深海海水的酸碱性

正常海水是弱碱性（8.1），在某些环境下（白烟囱）为极酸（2到3）或强碱（9到11）

有人认为碱性环境是生命起源

6.深海中的特殊生命现象

（1）热液

1977年热液体系发现之前深海在人们印象中是荒凉的、黑暗寒冷的，但并非如此

如图示，海内的岩浆加热海水让海水得以流动，带出各种化学气体，供养生命体系（热液），温度可达450度

(2)冷泉

温度与正常海水相差不大（叫这个名字纯粹与“热液”形成对比）

推测冷泉（甲烷与水形成）中可燃冰分解成夹杂化学气体的产物喷出，得以形成生态系统

简而言之：地表通过光合作用建造生态，深海通过化学合成形成生态系统（变相推翻万物生长靠太阳的理论）

（二）为什么要研究深海

2.1丰富的深海资源

1.可燃冰

在海底或冻土层由水和甲烷形成的类似冰的物质，是一种未来的清洁能源（1000米水深发现）

在图中所示场景中可燃冰是贻贝和潜铠虾的食物，且可燃冰在不断分解，产生气泡

把杯子扣到气泡上得到的是固体（可燃冰），呈现出内部空心的笼状结构（而且这玩意儿真能燃烧）

未来的清洁能源，点燃只产生二氧化碳和水，资源潜力无限，总储量是已知天然气石油等总量的两倍以上（相当于能再供给两个人类史，而且还能再多）

但可燃冰开采需要谨慎，否则可能导致灾害

2.深海稀土

稀土是军事武器建造中一种辅助稳定的物质，深海中有大量储备

2.2深海与全球的气候变化

深海的甲烷如果进入大气会引发严重的温室效应

深海火山喷发时刻都在发生，释放大量物质和能量，通过海洋影响全球

2.3深海与地球的生命起源

深海有特殊的生物体系，热液和冷泉喷出热量造就微生物成为初级生产者，而且不需要阳光，某种意义上深海的生物体系才是地球上土生土长的原住民（日常怀疑自己是外星人）

猜测最早的生命来源于深海的热液喷口

超临界态二氧化碳对有机物有溶解性，在日常生活中是很好的清洁剂，而且其中溶解很多氮气

地球生命起源假说

地球早期存在超临界二氧化碳层，与水层间存在界面，也就是原始汤，汤里鱼龙混杂，有水有氮气，有山有石（矿物）指不定还有化学物质掺一脚。各种物质凑在一起就有了氨基酸，可能产生生命

香港的李一良老师认为由于闪电不断劈在交互面，堆积有机物（相当于结合米勒实验和热液假说，折中融合）

（三）如何研究深海

3.1深海科考船（队）

比如东方红三号、海洋六号、深海一号、探索一号

【科学号】

一艘船，能搭载HOV载人深潜器，ROV无人深潜器

【HOV】载人深潜器

艾尔文号（ALVIN,美国）、鹦鹉螺号（Nautile,法国）、MIR（俄罗斯）、深海勇士号（中国，4500米级）、蛟龙号（中国，7000米级）、奋斗者号（中国）

【ROV】无人揽控潜器

放机器人下海，实时转播影像，有七盏灯，九个摄像头

3.3深海实验室-LOOP

在海底装个监控，观察变化，实时实验

拍摄一年后发现冷泉生态系统并不稳定，生物数量忽多忽少（原因暂且不知，交给祖国的未来）

(四）地球之外的深海

木卫二上面可能有类似热液的生态系统（外星人预定，科考仍在继续，吾辈仍需努力）

课后讨论问题

一：西红柿、土豆、灯泡会被深海压爆吗？

（提示：鸡蛋透光，是一个卵）

二：深海特殊的化能合成生物可以在我们的环境（地表）生存吗？

三：为什么在深海海底可以一秒成冰（可燃冰）？

四：我们是“地球土著”还是“天外来客”？

五：海洋孕育的生命在宇宙中是否孤单？