探讨开发海洋的机遇与责任

海洋是地球的血液，它对维持地球的生态系统起着关键作用。海洋是人类赖以生存的资源宝库，也是地球上人类未充分勘察和了解的最后疆域。人类如何开发和利用海洋将对人类的未来产生重大影响。海洋的概观我们的未来取决于能否更好地了解和利用海洋。在地球上每一种生物为了存活都需要液体水。海洋能储存巨大热量，并把太阳能从赤道传送到两极，因此能保持地球温和的气候。海洋为自然生态系统提供服务。全球大部分光合作用由漂浮在海面上的微小植物完成。海洋为人类消费提供了廉价的高质量的蛋白质资源，大约20％的化石燃料来自大陆架。海洋还是主要的商业通道……。

到2025年，全球人口的75％将生活在沿海地区，人口的这种转移对海洋的“健康”将有巨大冲击。无数个沿海的居住区对近岸环境的危险灾害，像海平面上升、飓风、海啸、海洋污染和有害海藻猛烈繁殖更难防御。尽管人类依赖海洋，但是我们对海洋中还含有什么和它的功能为何正在崩溃都不清楚。虽然大面积的海洋勘察在一个多世纪以前就已开始，但是95％的海洋仍未勘察。

涉及海洋的仍未回答的五个基本问题是：什么引起了气候的急剧变化？海洋沉积记录已证明了温带地区的气候变动，研究人员认为仅是海流方向的改变就可如此急剧地改变气候，但是这种变动的触发机制目前还不清楚。什么限制了海洋生产能力？在很多陆地生态系统里，水和肥是限制因素。在海洋里，水当然不是限制因素。在某些海区可得到过剩的营养物，但是它们不被生长的植物所吸收。微量铁元素可能是限制因素，但是需要了解微量元素如何限制生产能力。人为地引入这些元素可能促进未来的食物链。保持怎样的捕捞水平可以获得持续的鱼产量？很显然，我们的捕获能力已超过了海洋生态系统的生产能力。在陆地上，很久以前我们放弃了通过猎杀野生动物为人类消费提供食品的活动。我们可以对海洋建立相似的模型，在不破坏海洋生态环境的条件下能使海洋生产能力成倍长。能从深海的热液系统经济地提取能源和原材料吗？海洋科学家们发现用热液能源代替燃烧生物质和化石燃料是有吸引力的解决方案。地球上的大多数热液系统位于海底的山脊系统。通过海洋地壳的热水流是一种未开发能源。它起着化学反应器的作用，它从火山岩中滤出矿物和在海底沉积高品位矿石。新技术将使我们获取这些资源。还有哪些维持生命的新路径等待发现？几十年前，我们相信光合作用是所有食物链的基础。后来在深海发现化学合成群落。这些群落形成的基本能量是细菌引起的硫化氢和甲烷的化学键的断裂而释放的能量。

研究人员目前已发现初级能源流的另一种形式：海面上高达20％的细菌靠原生的光泵存活，它跨越了光合作用，将太阳光直接转换成细胞能。随着我们对海洋的探险，我们可能发现其他新奇的群落。海洋学家在以前由于缺少低成本探索海洋的方法，在集中研究这些问题方面长期受到限制。现在，发展中的技术正基本上改变探索和观察海洋环境的方法，这将引起新知识的爆炸。随着我们获得更多的海洋知识，利用这些知识为人类的利益进一步管理和勘察海洋的紧迫感将加。为了未来健康的海洋系统，我们还应制订约束我们生活质量的政策。明天的海洋技术自“挑战者”探险以来，技术已不断取得进步。声纳使研究人员在不停船的条件下能更准确地、连续地显示海底的轮廓。现在用一只配备多束声纳系统的船就能测绘整个海洋的海底地带。为反潜作战而开发的监听装置已证明能用于监督海洋地震、火山喷发和海洋哺乳动物发声。大多数海洋勘察仍然以探险模式进行。探险模式对于海洋的间隔地采样是合适的，但是对连续观测是不适宜的。在海洋里发生的很多有趣的过程是时断时续的，像浮游生物大量涌现和鱼产卵；在地震中火山喷发和植物休眠；冷的营养水从深海涌上海面。在准确的时间和地点抓住这些事件的机会是非常小的。目前我们还不够了解海洋，很难预测很多事件的发生。未来的海洋学将依靠自动观测器、漂浮子连续勘察海洋。通过这些系统在今后几十年返回的观测资料可以帮助我们了解气象系统如何运作，什么限制了海洋的生产能力和商业鱼类的完整生态。

开发海洋的几个设想：

1．收集海洋资料到2025年，低成本的数据收集浮子已围绕地球不停移动几十年，该浮子漂浮在从赤道向两极传送热量的巨大海流上。在北大西洋下沉的冷海水拖动温暖的赤道水通过巨大的墨西哥湾暖流北上。在这条“传输带”上每一个浮子大约有2年的寿命期，在此期间，它通过卫星向岸上转发海流的温度和盐度资料。依靠中央处理设备，计算机不断收到来自浮子的数据。该信息与气象资料相结合，立刻汇集成预测海洋“天气”的巨大的全球海洋模型，其中包括温度、海流、地点和流速。这种模型为船舶公司、海军和海洋上已有商业运作的多国公司提供海洋天气预报。除了提供海洋天气预报外，这种模型更进一步综合成未来一年左右的海洋气候评估。这种气候预报对预测海洋总的加热和冷却、向极地热传递的主要变化和海流强度的变化都是有用的。到2025年，计算机可识别来自全球浮子的异常资料。像西印度洋的异常风模式正加深温跃层，这种水层将表面温水与缺氧的深水分开。这种情况将导致巨大的厄尔尼诺现象。依据这种气候模型的极端推测出，厄尔尼诺将导致北大西洋异常温暖的冬天和夏天，引起格陵兰岛冰层的进一步融化，那里的冰层由于全球变暖已不稳定了。

2.投资于海洋健康到2025年工业化国家都渴望购买碳信用证——从大气中除去ＣＯ2的证据，以抵消它们燃料生物质和化石燃料所引起大气中碳的加。一个新成立的叫做海洋碳债权人公司（MCC），通过为从烟囱中回收ＣＯ2和在地质结构或在深海中多价螯合ＣＯ2提供选择方案，已经吸引几十亿美元的风险资本。MCC将应用小型自动化水下交通工具对海洋施加铁元素，现在证明铁是很多的营养物缺乏的公海区域生产能力的主要限制因素。它的第二套交通工具将监督由施肥所引起的接踵而来的海藻狂长，依据海藻生长的密度和持续时间，投资者将被授予一定数额的碳信用证。

3．获取深海能源一个大的深海电缆网穿过俄勒冈州和华盛顿州海岸外的胡安·德富卡板块。该网络原来是为在21世纪早期研究沿着胡安·德富卡山脊的深海热泉提供动力和通信的。这些深海热泉除了有巨大压力外，其温度高达350℃。由于技术上的进步和对这些系统的寿命以及稳定性的了解，已经将这种光纤网从基础研究转变为提供能源的一种重要的应用研究。借助高温泉水（350℃）与海水（2℃）的巨大温差，利用温差热电偶发电。这种发电系统还产生包括铁、铜和锌的化学沉淀物。这种深海电站完全是无人操纵的。利用自动和遥控操作工具监督山脊系统的状态及向电站和金属提取设备提供例行的维护。在此期间，环保主义者们日益担心从海洋山脊系统抽取能量的长期影响。他们害怕这个过程可能最终带来板块地壳结构漂移的停止，以及由这种漂移带来的地球上生命所需要的必要元素再循环的永久中止。

4.用机器人振兴渔业研究人员在20世纪末建造的“机器金枪鱼”到2025年将具有鱼的速度和能源效率。这些“机器金枪鱼”将变成振兴几个重要商业渔场的最新工具，这些渔场在21世纪早期由于过度捕捞可能已经衰败。“机器金枪鱼”基本上是自动化水下交通工具，比真鱼更灵巧，并配备更多传感器，更适合“生活”在深海。这些机器人配备一整套化学传感器和声学器件，用于探测鱼群产卵的开始。“机器金枪鱼”提供的信息对于评估重新形成的野生鱼群的保护对策非常有价值。对某些鱼种，“机器金枪鱼”起着保护者的作用，它能把这些鱼集中到最丰富的喂养地，这种喂养地信息是由卫星测定并转发给它的。“机器金枪鱼”能加海洋的生产效率和收获量的可持续性。用得起机器人的大渔业联合企业将把家庭式渔民排挤出渔业市场。精确编程的“机器金枪鱼”可能把鱼集中并脱离竞争对手的网，甚至毁坏无关紧要的小业主的设备。某些国家的渔场不再能独立生存。虽然理论上的“国际水域”的概念仍然存在，但是很显然，谁拥有技术谁将拥有海洋。开发海洋面临的挑战一定会有人说，操纵海洋是一件坏事，这种说法也许是正确的。然而，根据目前的人口发展趋势，我们很可能没有其他选择。在今后25年内，人工智能、海下平台和现场的自动传感器的进步将使我们前所未有地控制和开发海洋。这些技术必须满足随之而来的一大堆经济、科学、环境和政治问题，因为海洋是全球的，解决方案必须是全球性的，因此难度很大。在解决方案中，相对而言，技术是比较容易解决的。我们需要了解和关心对生态造成冲击的发明，我们还需要了解科学的局限性政策制定者。我们操纵海洋时，必须当心我们采用的手段，不能因我们的无知破坏生态，而我们的政策必须是富有远见的。

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