探秘深海 “黑科技”：冷泉生態系統研究裝置

2025 年 2 月 28 日，一項舉世矚目的科研工程 —— 國家重大科技基礎設施 “冷泉生態系統研究裝置” 在廣州市全面啟動建設。冷泉裝置建設周期5年，預計2030年前后投入使用。冷泉裝置將采用“樣地實驗+陸地模擬，海陸協同、時空互換”的設計思路，建設面向冷泉生態系統的深海載人駐守型海底實驗室與陸基保真模擬設施相融合的國際領先研究裝置，支撐冷泉生態系統發育、化能合成生物演替和甲烷物態演化及其環境效應研究。這個由中國科學院南海海洋研究所牽頭申報并承擔建設的項目，將為人類探索深海奧秘開啟全新篇章。

一、什么是冷泉生態系統

在深入了解研究裝置之前，先來認識一下冷泉生態系統。“冷泉” 是指海底之下的甲烷、硫化氫和二氧化碳等氣體，在地質結構或壓力變化驅動下，溢出海底進入海水的活動。而冷泉生態系統，就是海洋生物利用海底冷泉滲出的化學物質為能源進行化能合成，從而在海底黑暗世界里發育成的獨特生態系統。它具有黑暗、高壓、低氧等理化特征，以可燃冰分解的甲烷為生源要素，通過化能合成作用生生不息，被譽為 “深海綠洲”。目前，科學家已在冷泉生態系統中發現了 600 多種生物，這里繁衍著管狀蠕蟲、蛤類、貽貝類、甲殼類、多毛類動物以及海星、海膽、蟹類、冷水珊瑚、魚類等后生動物，形成一套完整的以化能營養為基礎的深海生態系統。

二、冷泉生態系統研究裝置的構成

冷泉裝置采用 “樣地實驗 + 陸地模擬，海陸協同、時空互換” 的設計思想，項目包含 “海底實驗室分總體”“保真模擬分總體”“保障支撐分總體” 三部分，總建設周期為 5 年。

海底實驗室分總體：海底實驗室堪稱整個裝置的核心亮點，其主體結構由 5 個串聯的鈦合金球體構成，長度達 33 米，寬和高均在 7 - 8 米左右，排水量 600 噸，內部體積相當于 3 個中國空間站大小。這個龐然大物配備了完備的生命保障和應急逃逸等功能，最多可支持 6 人（3 名操控人員、3 名科學家）在 2000 米深的海底進行連續 30 天的原位觀探測和實驗研究。它就像一座深海中的 “空間站”，科學家們駐扎其中，能對冷泉生態系統進行實時、長期的觀測研究。海底實驗室還裝配有載人移動觀測平臺、水下航行器、無人遙控潛水器及絞車等移動探測設備，極大拓展了探測和研究范圍。

保真模擬分總體：該部分在陸地實驗室建立深海環境模擬系統。其中的冷泉艙球艙內徑 5 米、柱艙內徑 3 米、水體總高度 15 米，最大工作壓力達 20 兆帕，等同于海底 2000 米左右的壓力。在這里，科研人員可以依據觀測數據，對可燃冰形成的物理、化學和生物過程及其相關機制、可燃冰開采過程和冷泉生態系統全生命周期發育演化的過程進行全要素的仿真模擬重塑。通過將海底實驗 “搬到” 陸地開展復刻實驗研究，為深入探究冷泉生態系統提供了更便捷、可控的實驗環境。

保障支撐分總體：由水面保障母船和研發與智慧管理中心組成。水面保障母船設計排水量達 9380 噸，具備 600 噸級海底實驗室收放與保障作業能力。它為整個研究裝置提供物資補給、人員運輸、數據傳輸、動力供應等關鍵保障，確保海底實驗室及其他設備的正常運轉。研發與智慧管理中心則負責整個冷泉裝置系統的日常運維管理、科學研究統籌等工作，保障整個項目的高效推進。

三、冷泉生態系統研究裝置的科學意義

探索生命起源與適應機制：冷泉生態系統的極端環境與地球早期環境有相似之處，研究這里的生物有助于揭示生命在極端條件下的起源和演化過程，以及生命對極端環境的適應機制，為我們理解生命的本質提供重要線索。

助力深海資源綠色開發：冷泉區與可燃冰等深海資源密切相關，是可燃冰的富集區。通過研究冷泉生態系統，能夠深入了解可燃冰的形成、分布和演化規律，為可燃冰等深海資源的綠色開發提供科學依據，降低開發過程對生態環境的影響，實現資源開發與環境保護的雙贏。

研究全球氣候變化：冷泉區的甲烷氣體是重要的溫室氣體來源，其滲漏對全球氣候及生態環境影響重大。借助冷泉裝置，科學家可以精確監測冷泉區甲烷的釋放規律、通量變化等，為全球氣候變化的研究和預測提供關鍵數據，助力應對氣候變化挑戰。

挖掘新型生物資源：冷泉生物在獨特的環境中進化出了特殊的生理機制和代謝途徑，有可能合成生物醫學上重要的化合物，具有巨大的科學價值和應用潛力。研究裝置的建設將有助于發現和開發這些新型生物資源，為醫藥、生物技術等領域的發展注入新活力。

四、冷泉生態系統研究裝置的建設意義

推動深海科技跨越發展：冷泉裝置的建設和運行，將突破深海載人長周期駐留實驗、超大潛深大型耐壓結構安全性、大尺度鈦合金加工工藝、深水濕插拔連接器、深水接駁開艙等一系列關鍵核心技術，推動我國深海工程技術及裝備在國際上實現從 “跟跑” 到 “領跑” 的超越，大幅提升我國在深海科學研究領域的核心競爭力。

帶動相關產業蓬勃發展：該裝置的建設將實現我國深海長周期載人駐留實驗裝備的工程化應用，帶動深海材料、深海能源、深海通信、海洋裝備制造等相關產業的發展，對我國海洋經濟的高質量發展起到重要的推動作用，創造新的經濟增長點。

促進國際科技合作交流：作為一個多學科綜合的大科學裝置，建成后將向社會開放共享，建立多學科綜合交叉平臺，吸引全球高水平研究及技術人才。這將促進冷泉科技研發領域的國際合作，提升我國在國際海洋科研領域的影響力，同時進一步優化粵港澳大灣區的大科學裝置配置和科技布局，推動區域科技創新發展。