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中國科學院院士 汪品先:深海的機遇與中國的選擇

來源:本站整理 日期:2017-11-22


【編者按】16世紀人類在平面上進入海洋, 21世紀,人類正在垂向上進入海洋,都是改變歷史發展軌跡的壯舉。人類向深海進軍,恰值我國建設海洋強國、致力華夏振興的時期。為此,我國必須抓住時機,處理好海洋軍事、經濟和科技的關系,選擇走合作、開放的道路,通過科技先行力求脫穎而出,爭取海上的引領地位。

 
人類與海洋

        16世紀以前,人類不知道海洋有多大;20世紀以前,不知道海洋有多深。當前的21世紀,人類正在垂向上進入海洋,向海洋深處發展。雖然這場變化目前只處在起始階段,預言其社會歷史后果為時尚早,但是客觀上構成了華夏振興的時代背景,值得我們特別的注意。


 15世紀末哥倫布才敢從西班牙西行,相信跨過大西洋就能到達印度,結果卻到了美洲


        近千年來的世界史,也可以從人類與海洋的關系來解讀。早期的人類社會和海洋只有零星的關系,16世紀,人類在平面上進入海洋,通過航海導致的“地理大發現”改變了世界歷史的軌跡,造就了一批大國崛起。當前的21世紀,人類正在垂向上進入海洋,向海洋深處發展。雖然這場變化目前只處在起始階段,預言其社會歷史后果為時尚早,但是客觀上構成了華夏振興的時代背景,值得我們特別的注意。16世紀以前,人類不知道海洋有多大;20世紀以前,不知道海洋有多深。正因為不知道還有個太平洋,15世紀末哥倫布才敢從西班牙西行,相信跨過大西洋就能到達印度,結果卻到了美洲。歐洲人越洋遠航,通過海面航道的開拓將世界各大洲聯系起來,發展了殖民經濟,為自身帶來了幾百年的繁榮。正是憑籍著海上的航行優勢,葡萄牙成為歐洲第一個崛起的大國,在16世紀建立起比本土大100倍的殖民帝國;接著是西班牙,在16世紀晚期控制了世界貴金屬開采的83%,成為歐洲最富有的海上帝國。然而,當時開發的主要是海洋彼岸的大陸,并不是海洋本身;競爭的手段主要是能夠遠洋航行的船只和堅船利炮的艦隊。
        海底資源發現產生的政治后果,就是新一輪的海上權益之爭。歷來無人問津的荒島,突然變成了國際爭端的焦點,根子就出在海底。
        20世紀晚期,人類開始進入深海。半個多世紀以來,人類在克服地心引力進入太空的同時,也克服了水柱壓力進入深水海底。作為陸生生物,人類歷來只能在海洋外面利用海洋,無論“漁鹽之利”還是“ 舟楫之便”,都是從海岸或者海面上開發海洋?,F代技術把人類送進了海洋內部,發現原來地球上還有另一番天地。深海一片漆黑,在歷來的想象中是個既無運動、又無生命的死寂世界, 沒有任何指望。但是第二次世界大戰之后,科學家發現地球上最大的山脈是在洋底, 這就是綿延6萬千米的大洋中脊,海底的地形起伏決不亞于陸地?,F在知道地球上85%的火山活動發生在海底,近5000米的海底還有“深海風暴” 造成的波痕,深海并不平靜。深海底下的沉積和巖石里,生活著微生物的“深部生物圈”,推測占據全球活生物總量的5%以上。種種的科學發現顛覆了傳統概念:深海不是地面過程的歸宿,而是地球內部的出口所在。海洋是一個雙向運動的活躍系統,既有源自大陸物質的下沉,又有地球內部物質和能量的上升。
        人類進入深海雖然還在起步階段,其社會后果卻已初見端倪,這就是海洋經濟重心的下移。世界海洋經濟的四大支柱產業中,海底油氣已經高居榜首,遠遠超越了漁業、運輸和旅游,現在全球油、氣總產量的三分之一出自海底。新世紀頭十年發現的油氣田,40%來自水深超過400米的深海,20%在淺海,陸地已經退居第二位。不但能源,即便原來限于海面的傳統產業(如海魚捕撈),也在向深層拓展,發展了深水魚類的捕撈技術。海底資源發現產生的政治后果,就是新一輪的海上權益之爭。歷來無人問津的荒島,突然變成了國際爭端的焦點,根子就出在海底。1994 年“聯合國海洋法公約”生效,從此根據一個小島就可以將周圍200海里范圍劃為專屬經濟區;有的國家據此申報的海域,比它本土的面積還大。

深海的前景
        目前還很難預料海洋垂向開發為世界帶來的具體結果,更談不上其發展的途徑。16世紀海洋在平面上的開發,引發了人類社會歷史的轉折,21世紀海洋在立體上的開發,很有可能也會導致又一次的歷史變化。從陸地進入海洋,又從海面深入海底,都是改變人類活動運行方式的歷史轉折,肯定要經歷各種挫折和反復,從歐洲當年“地理大發現”歷史看,這必然是個以世紀計算的長期過程。

        深海的重要,在于拓展了新的空間。16世紀人類在平面上進入海洋,開拓的空間是在陸上:“地理大發現”帶來的是亞非拉的陸地資源,從礦產到奴隸的物質和人力資源,帶來了世界經濟幾百年的繁榮。近100年來,世界人口翻了兩番,但是90%的人擠在10%的陸地上,資源匱乏、環境惡化等問題日益突出。因此,人類進一步的發展要求開拓新的空間,宏觀地講無非是兩大方向:地外星球和地球深處。地球雖大,但是全人類都分布在地球表面,對于表面以下所知甚微。拿淡水來說,南極冰蓋下面有100多個冰下湖,擁有全球淡水的8%;沙漠底下也有淡水,20世紀90年代卡扎菲的“人造河大計劃”,將撒哈拉東端的地下水抽到的黎波里,推測可以用1000年。因此,人類進一步拓展空間的方向,首先不是太空,而是在地球的深處,下一個目標應該是向地球深部進軍探索資源和能源。人類“上天、入地、下?!倍加羞M展,但是入地的本事最差。入地最深的莫如南非金礦,深入地下將近5000米,但是還不到地球半徑的千分之一。相對于陸地巖石圈的深處,進入水圈的海洋深處的阻力要小得多。因此,向地球深部拓展,深海必屬首選。


種種的科學發現顛覆了傳統概念:深海不是地面過程的歸宿,而是地球內部的出口所在


        深海海底,正是距離地球內部最近的地方。地球內部能量和物質的主體,在于地殼下面的地幔,但是大陸地殼平均比大洋殼厚5倍,只有深海海底距離地幔最近。尤其是深海海底的大洋中脊和深海溝,是地球內部和表層相互連接的通道,也是深海雙向運動最為活躍的地方。我們習慣中地球上的能量來自太陽,“萬物生長靠太陽”,依賴的是1.5億千米外太陽的核聚變;深海海底卻另有來自地球內部核裂變產生的能量,它不僅產生深海熱液和火山活動,而且滋養著不靠光合作用的“黑暗食物鏈”和海底下的“深部生物圈”??茖W界對于依靠地球內部能量的過程十分陌生,更不清楚這類過程在人類社會里的應用前景。比如,深海底下“深部生物圈”里的微生物新陳代謝極其緩慢,是處于休眠狀態幾十萬年以上的“壽星”,猜想應當有其特殊的醫學價值。此類過程已經引起人類注意的有深海熱液和冷泉,包括“可燃冰”,也就是含甲烷的水冰。在海底高壓低溫條件下,甲烷分子被鎖在水冰的晶格里,是海洋里十分普遍的現象;還可以有CO2分子鎖在晶格里,形成海底的“二氧化碳湖”。
        21世紀人類在垂向上進入海洋,指的不僅是海底的開發,而是說在三維空間開發海洋。以水產為例,世界上數量最多的魚類就是深水的圓罩魚,海洋捕魚已經推進到海洋深處,同時海水養殖業也可以向深海發展。16世紀是借道海洋去開發海外的大陸,21世紀將要開發的是占地球面積71%的海洋本身。不過現在說的都還只是序幕,因為人類進入深海、了解深海還都處在起步階段。海水平均深度3700米,不能靠遙感技術穿透。因此,直到今天,人類對洋底地形的了解還不如月球,甚至還趕不上火星。深海產業究竟指什么,幾十年來也并沒有弄清楚。最先注意的是金屬礦,從太平洋的多金屬結核,到海山上的鈷結殼,直至熱液口的金屬硫化物,都有潛在的重要價值,但迄今為止都還只有試驗性的開采。當前最為引人注目的是“可燃冰”,其含碳量可能超過全部礦物燃料的總和,有希望成為未來能源的主體,但是離工業開采還有很長的路程。有的深海資源出人意料,比如日本發現太平洋海底的稀土資源可采儲量超過陸地1000倍,正在造船準備開發。另外一類是生物資源,包括極端環境下微生物的基因資源,“深部生物圈”的新陳代謝極慢,以至于經過幾十萬年還在生存,人類將來如何加以利用完全是個未知數??梢?,深海產業既有巨大的潛力,又有極大的不確定性。

        目前還很難預料海洋垂向開發為世界帶來的具體結果,更談不上其發展的途徑。16世紀海洋在平面上的開發,引發了人類社會歷史的轉折,21世紀海洋在立體上的開發,很有可能也會導致又一次的歷史變化。從陸地進入海洋,又從海面深入海底,都是改變人類活動運行方式的歷史轉折,肯定要經歷各種挫折和反復,從歐洲當年“地理大發現”歷史看,這必然是個以世紀計算的長期過程。


現代技術把人類送進了海洋內部,發現原來地球上還有另一番天地


科學與軍事
        我國如何在新的科技領域劃清界限,既能滿足基礎研究數據公開、實現國際接軌,又能保證國防安全軍事保密的要求,這將是我們進軍深海面臨的一項考驗。
        進軍海洋,包括經濟、軍事和科技三大方面。首先是科技開路,才能實現經濟與軍事的目標,才能從新的角度去認識我們生活的地球;經濟和軍事是進軍海洋的社會目的,也是科學探索獲得支持的源頭。從面臨的科技挑戰看,深海探索和航天有著相似性,首先是從軍事需求得到支持,才有科技快速發展的動力。從開發利用的前景看,深海資源盡管有巨大的不確定性,肯定要比地外星球的開發來得現實。從國際關系的角度看,科學、尤其是基礎科學研究,是在這三者當中最容易、也最需要國際合作,最能夠促進海上睦鄰關系的一個方面。如果將21世紀和16世紀人類進軍海洋的過程相比,兩者間一個根本區別在于手段。16世紀的開發主要依靠艦隊,當時的國際斗爭就是海軍的較量;21世紀則主要依靠高科技,擁有高科技的國家才有資格參與開發深海的國際競爭。當然,海洋的國際之爭都要有軍事實力,然而進入深海的每一步都離不開高技術,對科技要求之高是不能與海面相比的。
        海洋的開發和國際競爭,要求有軍事和科學兩方面的支撐。16世紀前后的海洋開發,探險家、海盜和官兵往往三位一體,其間并沒有截然的界限,海盜成功便成了探險家,國王本人也可以是海盜出身。早期的海洋科考船就是軍艦:19 世紀進行世界上首次環球海洋考察的,就是英國軍艦“挑戰者號”;給達爾文帶來進化論思想的環球航行,用的還是軍艦“小獵犬號”。兩次世界大戰的需要,發展了潛艇和海底監聽裝置,為現在的深海潛水和海底監測開辟了道路。今天深海研究的“深潛、深網和深鉆”“三深”技術,除了深海鉆探之外,深海探測的“深潛”技術和海底監測網的“深網”技術,全都是從軍用發展而來。因此,海洋科技發展中的軍民聯動,是世界各國不言而喻的潛規則。

        但是海洋的科學和軍事活動處境不同,軍事活動具有排他性,而科學活動的成果可以共享,存在著國際合作的可能性甚至必要性。世界大洋本來是相互連通的整體,加上深海研究昂貴的財政預算和技術要求,20世紀晚期以來,深??茖W研究的國際合作迅速發展。其中最為突出的就是國際大洋鉆探計劃,自從1968年美國發起以來, 50年來盛況不衰,世界20多個國家共同集資,以全球最高的科技水平在深海大洋進行鉆探,成為地球科學歷史上為時最久、投入最大、成果也最為顯著的國際合作計劃。


俄羅斯“和平-1”號載人深潛器


        與此同時,海洋的科學研究也被一些國家用來為其政治和軍事目的服務。美國長期以來以科學探索名義在全世界各大洋巡航,直到各國的海岸,為其軍事目的服務,似乎已經成為國際慣例;而在特定條件下,還以絕密形式在科學掩蓋下做軍事動作。著名的一例是1968年,蘇聯載有核導彈的K-129潛艇失事,沉在北太平洋4800米的海底,美國請私人公司出面,建造了5萬噸的勘探船偽裝開采錳結核,于1974年將部分潛艇殘骸撈起。同樣,海洋高科技也可以為海洋權益的政治服務,例如2007年俄羅斯“和平-1”號載人深潛器破冰下潛,將1米高的鈦合金國旗插到北冰洋4261米的海底,支持俄國對北冰洋水域的主權聲索。我國的海洋科技正在發展,在具備一定科技水平的條件下,同樣應當考慮讓海洋科技在國際政治斗爭中發揮其獨特的作用。
        另一方面,海洋科研又可以通過國際合作,成為外交關系上的緩沖劑。海上的軍事、經濟和科學活動三方面,唯有科學活動最少對抗性、排他性,德、法等歐洲國家利用其科技優勢和包括我國在內的亞非等國合作,協助培養海洋科技人才,既取得了科研成績,又贏得了國際友誼,非常值得我們學習。關鍵之一是要正確處理好軍事保密安全和國際科研合作的界限,找到兩方面都能滿足的方案。近年來,一場無聲的科技革命正在國際海洋界發生,那就是把 “氣象站” 設在深海、把 “實驗室”建在海底的海底觀測網。去年 6 月美國宣布包含900多個探頭的大洋觀測計劃正式建成,全球最大;前年日本建成了總共 5700千米 網線的海底地震觀測網,全球最長;我國的海底觀測網大科學工程,也已經立項待建。這類科學網都會產生海量的觀測數據實時上網,我國如何在新的科技領域劃清界限,既能滿足基礎研究數據公開、實現國際接軌,又能保證國防安全軍事保密的要求,這將是我們進軍深海面臨的一項考驗。

當前的機遇
        目前,發展深??茖W,中國幾乎是世界上唯一既有實力又有愿望的新推手,在國際合作中應當抓住時機挺身而出。然而,我國起步過晚、實力有限,必須要在精心策劃、知己知彼的基礎上出手,而不能魯莽上陣,更不可妄自稱大。
        對于海洋、尤其是深海遠洋的關注,是近年來我國出現的新現象。中國的軍艦開始進入世界大洋,載人潛器進入深海海底,無不贏得全國上下一致的歡呼。中國如此重視海洋,至少是鄭和下西洋之后六百年來的第一次。有趣的是這一切恰好發生在世界海洋事業的轉折期,發生在人類從海洋外面進入海洋內部的新階段,客觀上為中國在國際競爭中脫穎而出提供了歷史的機遇。
        從歷史上看,華夏文明的大陸性質和以古希臘為代表的地中海海洋文明形成對照。古代的中國航海技術在當時具有領先地位,但是自以為位居天下中心的皇朝,對海外的“蠻夷”之邦不屑一顧,認為“得其地不足以供給,得其民不足以使令”(朱元璋語)。因此,海洋不屬于正能量。尤其是明清兩朝為防范倭寇與政敵而推行“海禁” 政策,宣布“片板不準下?!?,切斷了宋元以來繁盛的海上絲綢之路,甚至在鄭和之后自毀水師,閉關自怡,直到鴉片戰爭被英國的炮艦轟醒。這些在今天看來不可思議的舉措,其實有著深刻的文化根源。以農耕經濟為基礎的大陸文明要求穩定和繼承,所謂“父母在,不遠行”,不支持海外的開發。華夏文明的大陸性質留存至今,構成了東西方文化差異中的重要方面,依然在潛移默化地影響著我們的民族性。
        現在,我國的海洋政策終于改變。建設海洋強國已經列為國策,海洋事業、尤其是在深海遠洋的發展,從來沒有像今天那樣受到舉國上下的共同支持。近代史告訴我們,大國崛起都與其在海洋上的成功有關。無論18世紀彼得大帝的改革,還是19世紀睦仁天皇的明治維新,都伴隨著向海洋文明的轉變,伴隨著海上的開拓;而缺乏海洋視角的光緒“戊戌變法”歸于失敗,結果加快了大國的衰落。無論從國內還是國際看,華夏振興還是面臨著要過“海洋關”,中國傳統的大陸文明仍然有待向海陸結合的文明轉變。H·基辛格曾經將20世紀英德的對抗和21世紀美中關系作比較。在他看來,“德意志帝國和當今的中國都是復興的大陸國家,美國和英國都是海洋大國”。R·卡普蘭也認為今天中美的南海之爭,相當于百年前歐美的加勒比海之爭。能否在南海取得成功,將決定中國大國崛起的命運。弘揚海洋文明,建設海洋強國,是振興華夏的必由之路。
        幸運的是中國近年來開始重視海洋,在國內正值科教興國的高潮,國際恰逢進入海洋內部的新時期,出現了千載難逢的好機遇。由于世界經濟并不景氣,發達國家的深海探索步伐放慢。美國的海底觀測網,受經費的牽制經過幾度“瘦身”、多番推遲,最終于2016年建成;德國15年前就提出的“北極之光”破冰鉆探船計劃,終因經費不能到位而胎死腹中;歐盟的DS3F即“深海與海底下前沿”計劃,體現了“三深”技術集成運作的先進思路,同樣受制于經費而停留紙上。目前,發展深??茖W,中國幾乎是世界上唯一既有實力又有愿望的新推手,在國際合作中應當抓住時機挺身而出。然而,我國起步過晚、實力有限,必須要在精心策劃、知己知彼的基礎上出手,而不能魯莽上陣,更不可妄自稱大。
        中國的海洋戰略亟待吸取國際上的教訓。拿上述國際大洋鉆探計劃為例,幾十年來一直是圍繞著美國的鉆探船,由美國領銜進行,20實際90年代日本向美國叫板,在新世紀之初建造了一艘比美國船大幾倍的“地球號”鉆探船,以期爭奪國際領導權,大洋鉆探辦公室也一度從華盛頓搬到了東京?!暗厍蛱枴毕滤畷r由日本公主剪彩,出航時向全世界宣布要“打穿地殼”,引領世界科學潮流??上в捎诮涃M和技術上的困難,現在日本船每年只能有少量時間用作大洋鉆探,國際計劃仍然主要依靠美國船,由美國主持進行。殷鑒不遠,中國想在國際深??茖W界出頭,必須吸收前人的教訓,將科學目標和實際可行性放在首位,在緊密的國際合作中前進。

中國的選擇
        數量不等于質量,我國海洋科研實力在數量上的增長并不等于質量上的優勢,在深海的國際合作中我國至今只是個參與者、后來者,仍然屬于“跟跑”行列。向深海內部進軍是一個新的契機,我國應當抓住新的機遇,在發達國家放慢步伐的時候爭取“彎道超車”,力求盡早進入“領跑”的核心。

        人類進軍深海尚在起步階段,目前除油氣開采之外,各國主要的作為還是科學探索和軍事舉措。深??茖W探索的特點就在于技術難度和由此帶來的昂貴費用和巨大風險。因此,即便是發達國家,也往往采用多國或多單位合作的途徑,集多方的資源和技術共同探索。我國多少年來鼓吹“設備開放”和“數據共享”,可惜至今收效不大;深海領域的國際合作成績卓然,但依然受限于未能突破的瓶頸。因此,必須在國家層面從政策高度加以調整,才足以應對進軍深海的挑戰。簡言之,要在合作開放和關門單干兩者之間,做出明確的選擇,無論國際國內都是一樣。



        近幾年來,中國的海洋事業正在經歷著黃金時期。海洋,特別是深海的科學技術,從來沒有獲得過像今天這樣大的投入;海洋,尤其是深海的探索,從來沒有得到過像今天這樣全國上下協力同心的支持。各地建設海洋基地的積極性日益高漲,基礎設施的建設也如雨后春筍?,F在重要的是要有全局觀念,統籌協調、錯位發展。有人說,現在中國海洋學院的數目,可能超過了國外全球的總數;也有人說,我國新建的同類海洋調查船為數過多,可能將會陷入部分閑置的困境。但愿這些話都只是杞人之憂,但是加強頂層設計、防止低水平重復,無疑是燃眉之急。
        伴隨著我國海洋科技發展的,是富有成效的國際合作,包括雙邊、多邊和像大洋鉆探那樣的大型國際計劃。但是數量不等于質量,我國海洋科研實力在數量上的增長并不等于質量上的優勢,在深海的國際合作中我國至今只是個參與者、后來者,仍然屬于“跟跑”行列。向深海內部進軍是一個新的契機,我國應當抓住新的機遇,在發達國家放慢步伐的時候爭取“彎道超車”,力求盡早進入“領跑”的核心。最近,發改委設立海底觀測網大科學工程、科技部推進參加國際大洋鉆探的新步驟,都是適時的明智之舉。
        但是海上的國際合作,從來不是一帆風順。首先是政治和軍事因素,海洋科技國家計劃的實施取決于外交政治,世界大洋有多個科學上的關鍵海域,由于當事國的反對而不能開展調研。不少精心籌備的國際合作航次,最后由于軍事政治原因突然廢止。然后是經濟因素,深??茖W已經成為“富國俱樂部”,一般發展中國家不敢問津,深海研究的發展在客觀上加深了發達國家和發展中國家在科技上的鴻溝,同時也為我國出手,團結發展中國家進入深?!熬銟凡俊绷粝铝丝臻g。如果中國有能力加入新世紀深海研究的“引領者”行列,就應當將發展國際科技合作納入外交戰略,協助發展中國家逐步進入深海研究的領域,通過科技合作推進“民間外交”,在重點海域確立我國的科學領導地位,形成以我為主的國際科學群體,使得科技合作為海洋維權服務。

        當前我國的海洋事業一片光明,但是面臨著兩條道路的選擇:合作,還是單干?首先是國內的合作,能否實現學科、單位和地方間實質性的合作;能否做到設備載器和數據信息的共享;能否建立國家層面的頂層設計和協調發展。這些將會決定近年來海洋科技發展高潮的真實效果。同時在國外合作問題上也面臨著選擇:究竟是采用關起門發展,還是走國際合作的道路?前者方便而且習慣,既不會有“泄密”之類的麻煩,也便于背向世界作“國際前列”之類的自我表揚。但是,真正的科學發展必須走國際合作的道路,一方面吸取發達國的長處,另一方面為發展中國家提供協助,從而為中國在國際海洋界塑造和善可親的形象。兩者的選擇具有歷史意義,它將決定中國能否抓住當前的良機,在人類進入海洋的新挑戰中吸取海洋文明的優點,立足海上實現大國崛起的目標。



        回顧近代的世界史,幾百年來中國在人類開發海洋中愧無貢獻。16世紀“地理大發現”時期我國逆向行駛,開始“海禁”;與海洋有關的重大科學突破,19世紀“進化論”發表在第二次鴉片戰爭期間,20世紀“活動論”的發表又逢我國“文革”災難,國祚垂危,遑論科研?,F在正值向深海進軍之際,如果我們能選擇正確道路,落實“海洋強國”戰略,實現“振興華夏”目標,就可望在人類歷史的新轉折中,做出我們自己的貢獻。
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