明年年初，我國首個海底聯網觀測平臺第一期工程將在上海附近海域開始建設。很多媒體對此進行了關註並寄予厚望🤨，有的報道標題甚至直接說“上海將建海底直播室提前7秒預報地震”。其實🙆‍♀️，我國的海底觀測系統建設剛剛起步🌞，離“提前7秒預報地震”還遠得很👤。未來能否達到這些目標，還要看我們能否在即將到來的海洋科學新革命中抓住機遇。
　　最大優勢𓀖：長期和實時觀測
　　帶來這場新革命的，正是海底觀測系統的大規模建設。
　　人類認識世界的過程🔦，是一部不斷擴展視野的歷史。假如把地面與海面看作地球科學的第一個觀測平臺，把空中的遙測遙感看作第二個觀測平臺😠，那麽新世紀在海底建立的將是第三個觀測平臺。我們在海底布設觀測網🔣📬，用電纜或光纖供應能量並收集信息🙍🏼‍♀️，多年連續作自動化觀測🕖，隨時提供實時觀測信息🪭，這將從根本上改變人類認識海洋的途徑，所有相關的研究課題都會為之一新👸🏽。
　　海底觀測系統最大的優勢就在於長期和實時🛀🏻。
　　長期現場觀測是當代地球科學的要求🔔。當地球科學處在描述階段、以尋找礦產資源為主要目標的時候🤭，探險、考察大體上可以解決問題；而現代的地球科學要作環境預測，就只有通過過程觀測才能揭示機理。對於動態的過程，不管是風向、海流還是火山爆發，都要求連續觀測，只攝取個別鏡頭的“考察”無濟於事。
　　一個例子是海洋沉積9️⃣。長期以來🚳，人們總以為這是一種緩慢、均勻的過程。1978年，人們發明了“沉積捕獲器”，把下面裝有杯子的“漏鬥”投放到海水深層➞💁🏿‍♀️，每隔幾天換一“杯”，看沉積顆粒究竟是怎樣降到海底的🏵。結果大出意外🏂：有的杯子幾乎是空的。原來海洋裏的沉積作用平時微乎其微🌪🧅，來時如疾風暴雨，是突發性的👨🏼‍🔧。
　　但凡是在海裏作連續觀測都有能源供應和信息回收的限製🧑🏽‍🦱，因為必須定期派船更換電池、取回觀測記錄。這種一年半載以後才能取回的記錄，連續但並不及時，而海上預警要求有實時觀測的信息🥑，不是要“事後諸葛亮”🚮。而且海面作業更大的限製在於安全，而偏偏最不安全時候的觀測最有價值🤵🏽‍♂️，比如臺風和海嘯。
　　海底聯網觀測的優點在於擺脫了電池壽命、船時與艙位、天氣和數據遲到等種種局限性🤞，科學家可以從陸上通過網絡實時監測自己的深海實驗，命令自己的實驗設備冒著風險去監測風暴、地震🧣、藻類勃發🧚🏿、海底噴發和滑坡等各種突發事件🤼。
　　由表及裏助力地震監測
　　海底觀測最早的主題就是地震👨🏻‍🎨。將地震儀放到海底，最好是海底鉆井的基巖裏，可以大大提高監測地震的靈敏度和信噪比🫱🏿。1991年開始建設的“大洋地震網”✍🏼👩‍🦽，就是在大洋鉆探的鉆孔中設置地震儀🗽。第一個設在夏威夷西南海底玄武巖裏的地震儀，僅4個月就記錄了55次遠距離的地震。
　　海底監測地震，目的是要測得地殼微細的移動👇🏽，而對此最為敏感的是地殼裏的液體📲。“海底井塞”（CORK）裝置可以防止地層水從井口逸出，或者海水從井口侵入🧑🏽‍🏭；既能測定巖石中流體的溫度🏊、壓力👨‍🦽，還可以取樣分析。目前，大洋鉆探已在18個井口安裝了“海底井塞”🤹‍♀️，大大推進了“大洋地震網”計劃🫲🏿。
　　上世紀，美國和日本都曾利用退役的越洋電纜🪝，建設深水地震監測站🫴🏿，大幅度降低了成本。
　　長期蹲點原位分析
　　地球系統的觀測不僅貴在實時，而且有許多內容還必須在原位進行分析👨🏻‍🏫。到野外進行現場采樣🐨🧑🏼‍🦱，回室內開展實驗分析，這是地球科學的傳統👍🏿。但是，熱液的溫度🏃‍♂️、pH值采回來就變了；深海的許多生物取上來也就死了🧚‍♀️；甚至沉積物顆粒，本來的團粒🩰，一經采樣也就散了👷🏿‍♀️。分析的結果都不是水層裏的真實情況。
　　新的方向是：把實驗室的儀器投到海裏去分析樣品。例如浮遊生物，通常使用浮遊網采集🫃🏼，取上後在顯微鏡下觀測鑒定🤏🏿。但是，對細菌之類小於2微米的微微型浮遊生物🫄🏿，要依靠激光原理用流式細胞計才能統計。新近發明的下潛流式細胞計則可以直接投入海中作自動的連續測量👐🏼。再進一步的發展，一是水下顯微鏡⚰️👨🏿‍🌾，使下潛的細胞計具有成像功能💞，依靠光纖將水裏的生物圖像發回，全面鑒定統計從矽藻到細菌各種不同大小的浮遊生物；二是DNA探針🙎🏿，放到海裏原位測量生物的基因🙍🏻‍♂️🧑‍🏫，在分子水平上測定各種浮遊生物的豐度，從而發展微生物海洋學新學科。
　　海水中的原位觀測🎭，只要將傳感器與海底的節點連接，就成了海底觀測系統的一部分。
　　我國應及早介入國際競爭
　　進入21世紀💂🏿，圍繞海洋的國際之爭，最令人矚目的就是海底觀測系統的競爭。這既預示著科學上的革命性變化👩🏼‍🎓，同時也有軍事上的重要性。
　　在這場正在醞釀的海上競爭中👩‍🌾🤷🏽，走在最前面的是美國。其實最早進行海底觀測的正是美國海軍，他們的聲波監聽系統既可以監聽鯨魚和地震，也可以監聽潛艇。經過十多年的討論，美國2006年通過了由近海🏄🏻‍♂️、區域↪️、全球三大海底觀測系統組成的“海洋觀測計劃”（OOI）📫👩🏼，去年起建，計劃使用30年👇。其中最為重要的是區域性海底觀測網，即東北太平洋的“海王星”（NEPTUNE）計劃，由美🫄🏻、加兩國聯合投資，在整個胡安·德富卡板塊上，用2000多公裏光纖帶電纜📝，將上千個海底觀測設備聯網🔳。可惜的是，美國政府沉湎於打仗，科研經費不到位📭，使得科學計劃不能及時實施👎🏼。
　　美國的計劃已經在歐洲和日本得到響應。2004年，英🧢、德👨‍🦼‍➡️、法等國製定了“歐洲海底觀測網計劃”（ESONET）🍓𓀀，針對從北冰洋到黑海不同海域的科學問題，在大西洋與地中海精選10個海區設站建網，進行長期海底觀測，當前的困難也在經費🗂。日本則已經在其附近海域建立了8個深海海底地球物理監測臺網，有的已經和陸地臺站相連接進行地震監測🕤；2003年又提出ARENA計劃😹，將沿著俯沖帶海溝建造跨越板塊邊界的觀測站網絡，用光纜連接🚶🏻‍♂️‍➡️，進行海底實時監測。“提前7秒預報地震”正是日本人提出的科學目標。
　　相比這些國家，我國則剛剛起步。此次在長江口外建設東海內陸架的淺水觀測站，主要是為了研究這樣幾個問題：首先是長江口的泥沙輸運問題👩‍⚖️，尤其是臺風條件下的運動，這關系到港口建設的安全❗️。第二是海洋的生態環境變化。比如長江口外海域每年都有一塊區域是缺氧的，並且位置每年都在變化，而營養元素的不恰當分布可能造成災難性的後果🚟🏌🏿。第三是地震監測。
　　此次計劃開工的項目電纜只有一公裏長，水只有三四十米深💂🏽‍♀️；下一步我們肯定要走向深海👎🏻。但是，走向深海還要面臨更多的技術挑戰🫰🏼：壓力、溫度🤚🏿、電路接駁安全等。而且，我國全面的海底觀測系統建設計劃還沒有提上議事日程👩🏼‍🚀。
　　可以預料🧑‍🎄，海底觀測網建設的國際競爭，在若幹年內必將引發國際權益與安全之爭🍅。在新一輪的海洋競爭中，我們不要再走“遲到”的老路了🤵🏿‍♀️。海底聯網觀測早晚都要國際化，盡早介入🦉🥴，才能在相關國際規則的製定中取得話語權💁🏿‍♀️。好在海底觀測系統的全面建設🥛👨🏿‍🌾，即便發達國家目前也才處於起步階段🈹，如果我國能夠立即部署🐳、盡快行動🤩👸🏿，完全有可能在這場新的海上競爭中爭得主動🚏。
　　（作者汪品先✷：恒达平台海洋與地球科學學院教授、中國科學院院士）
　　2008-12-18 　科學時報