海底观测站的两种发展模式.pdf

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1、2012年第9期海洋开发与管理23海底观测站的两种发展模式李慧青，李燕，哈谦(国家海洋技术中心天津300112)摘要：文章简要介绍了海底观测站的历史。阐述了这一发展过程中存在的两种模式及其基本要素，对两种模式的投入成本、功能与效率及其未来发展做了比较，以期对我国未来的海底观测站／系统的建设有所借鉴。关键词：海底观测；光电缆组网；模式人类在地球上居住，就必须了解地球，而了解地球是从对地球的观测开始的。假如把地面与海面看作地球科学研究的第一个观测平台，而把空中和空间看作第二个观测平台，那么近年来海底就成为地球科学研究的第三个观测平台⋯。在第三个平台上进行的地球科学观测活动是从2

2、0世纪50年代前后开始的，从90年代以来取得了快速的发展。1995—2002年期间，欧盟先后实施了两期地球物理学和海洋学深海研究站计划；1998年开始，美国与加拿大合作，组织实施了东北太平洋海底网络实验计划。通过这些项目的实施，以期对各个观测点实现自动、长时序观测，从而获得曾经是“深不可测”的海洋内部信息。海底观测区别于海面和空问观测的特点是，难度大、费用高、结果具有不确定性。因此，以什么方式和规模来发展海底观测是需要科学界、政府和社会等多方面统筹考虑和协商的系统工程。在回顾海底观测发展历史的基础上，对单框架式海底观测站和光电缆组网式海底观测系统的优缺点及发展方向进行了分析

3、，以期对我国未来的海底观测站建设有所借鉴。1海底观测发展史海底观测大致可分两类：一类是以海底地震和地质构造及其变化研究为主的对海底的观测；另一类是以海洋学、海洋生物学、海洋生态动力学等研究为主的在海床上进行的对水体的观测。总的趋势是，在海床上利用观测仪器设备对海床以下的地质构造和海床以上的水体、生物及生态进行综合的观测和研究。海底观测最早的主题是地震。早在1937—1940年问，美国w．M．尤因等就进行过海底地震观测的尝试[z]。1966年，曾在千岛群岛至堪察加的近海，安装了18台地震仪，进行了3次地震观测。1968年，日本利用新研制出的海底地震仪，在海底进行了33d的持续

4、观测；1968—1970年，在相模湾的3个地区进行了海底地震的系统观测。1966年，莫斯科大学研制了海底地震仪，并在印度洋进行了海底地震观测嘲。最早的大规模洋底调查观测活动是大洋钻探计划，它起源于1961年的美国莫霍计划。1968年开始深海钻探计划DDP(Deep—SeaDrillingProject，1968—1983)，之后又相继实施了大洋钻探计划ODP(OceanDrillingPro—gramme，1985—2003)和综合大洋钻探计划IODP(IntegratedoceanDrillingProgramme，2003一)，这是国际地球科学历时最长、规模最大的合作研

5、究计划。从1968—2003年，35年来在全球各大洋钻井近3Ooo口，从北极大洋到南极威德尔海，覆盖了整个世界大洋，采集了沉积样品和岩石标本，记录了钻孔地球物理和地球化学信息，建立了长时间尺度的岩芯观测。“综合大洋钻探计划”(IODP)计划打穿大洋壳，揭示地震机理，查明深部生物圈和天然气水合物，并从地质变化中理解极端气候和快速气候变化的过程¨J。上述各种海底观测活动的共同点是：它们海洋开发与管理都是在洋底进行的点上观测，即通过钻孔取样和在钻孔中布放仪器进行定点观测。然而，从海洋科学基础研究的目的出发，例如探索海洋气候变化对不同水深海洋生物产生的不同影响，探索深海生物的生态系

6、统动力学和生物多样性等，还需开展对海洋乃至海底的物理、化学和生物量的观测，如海洋的流、浪、潮等动力参数，海底的结构构造参数和海洋的pH、二氧化碳、溶解氧、营养盐和蛋白总量等化学和生物量参数。而从开发海底资源的目的出发，海底观测系统还需要研究并弄清以下3个方面的问题：一是研究矿物生长与发展，如热液硫化物的生成机理研究；二是开展面向生物资源开发的特定地区生态系统研究，如热液生态体系的研究；三是进行大洋资源开发过程及其后续过程的环境变化监测，从而避免资源开采过程对海洋环境带来的不良影响。综合实现上述各种科学目的，就需要将观测仪器设备布放到海底去，并将设在海底和埋在钻井中的监测仪器

7、联网，进行长时问连续的自动化观测。这种观测网既能向下观测海底和大洋深部，又能通过锚系向上观测大洋水层，还可以投放能自动与观测网的节点连接上网的活动型深海观测站。科学家可以通过网络，在陆基实验室内实时或近实时地观测自己的深海实验项目，指令实验设备对风暴、藻类勃发、地震、海底喷发和海底滑坡等各种过去很难及时观测的突发灾害事件进行过程跟踪监测。因此，从20世纪90年代开始，随着海洋和海底科学的发展，海底观测开始由点向面的发展，目前正在向立体、四维的方向迈进[5j。国外海底观测站的主要模式有单框架式和光电缆组网式两种，根本