在海底实验室工作

在海底实验室工作

作者：梅琳达·科德尔（Melinda R. Cordell）

译者：吴捷

绘者：李林擎

想象一下，你变身为一条斑点鹰魟，趁着课间休息在珊瑚礁间游弋，忽然看见一些有趣的东西——几个人类潜水员正从一处长满珊瑚和海面动物的“礁石”里钻出来。你游过去，从“礁石”侧面的圆形的玻璃泡往里瞧，里面还有人呢：他们有的盯着屏幕看，有的在敲键盘。奇怪的是，这些人类不用时不时地回到水面上了，他们可以在你的领地——水下待上一整天。看来你有了新邻居，那么就来好好研究研究他们吧。

同一时刻，一名科学家看到一只斑点鹰魟从窗户偷看他，于是他拿出手机，打通视频电话，给家人展示了这条鹰魟。

这不过是水瓶宫礁岩基地（Aquarius Reef Base，以下简称水瓶宫）的日常一瞥。

这块小“礁石”实际上是世界上唯一一处还在运转的水下海洋实验室。一些类似的实验室因为缺乏资金不得不回到岸上。水瓶宫之前也曾被送回岸上，不过在1997年，它又回到弗洛里达国家海洋保护区内、离海面19米的水下。在这么长的运转期间内，珊瑚和海底生物早已在它上面安了家。

“水瓶宫其实是一个人造礁。”水瓶宫项目负责人汤姆·波茨（Tom Potts）说，“它为人们提供了一个很巧妙的视角。” 十几分钟的潜水让你像一个海底世界的入侵者，而当你在珊瑚礁停留到五六个小时时，“你开始融入进来。现在，你成为珊瑚礁的居民之一。 你开始看到生物的真正生活。”波茨说。

水下实验室

海洋是地球最后的处女地之一，人类探索的部分还不到5％。这可能是因为探索海洋是一件十分困难的事情。假设一个海洋科学家想要下潜到30米深，他必须下潜得很慢、很慢，好让身体能够做出调整。当到达目标深度后，他只能在那里停留大约一个小时，然后必须慢慢返回水面。这是因为水中的压力会随着深度增加而增加，你在水中吸入体内的气体是加压状态的，这部分气体由氧气和惰性气体组成，氧气会被身体利用，惰性气体则会渗入组织体液中。如果外部压力迅速降低，这部分气体会被挤出体液变成气泡出现在组织中，可能阻塞血管。

如果你要在水下长时间工作，就需要一种特别的潜水流程——饱和潜水，它通过创造一些条件让你组织体液中的惰性气体在一定压力下维持在饱和的状态，这样，体内组织不会再吸收更多的气体，也就没有更多的减压需求。当你完成工作时，进行一次减压就可以了。

这也是水瓶宫的妙处。它位于水下15（顶）～19米（支架），潜水员可以从这里出发，再下潜到30米深的地方，待上9小时，然后再回到水瓶宫整理数据、休息。他们可以一直像这样在水瓶宫待10天，也就有了足够的时间完成各种工作。“你会看到，人们水下的生产效率提高了10倍。”波茨说。

水瓶宫此前是由美国政府资助、提供给海洋科学家的研究基地。后来，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）接手了这个项目，向更多的科研项目开放，提供水下自动化运输工具、潜水器等。各国科学家都可以自组资金在这里做科研。

一些科学家研究枪虾碰爪子的声音（枪虾有一只爪子较大，可以发出像枪声一样的巨响），还有一些科学家用发射机追踪鲷鱼、石斑鱼和长棘毛唇隆头鱼，看它们能游到多远的地方去。波茨先生说，水瓶宫的绝佳位置为标记这些鱼帮了大忙。“你不必大费周折地把鱼捞出来、植入标记，然后再放回去。”他说。水下工作避免了鱼的紧张和死亡。

▲　水瓶宫项目负责人汤姆·波茨

▲　科学家在水下做研究

在水瓶宫生活

水瓶宫实际上是一个长13米、宽2.7米，重85吨的双锁舱体。潜水员从进出舱口进入和离开水瓶宫，经过一条“湿走廊”，从第一道锁进入带有科学区的小入口舱，这里有工作台，可以放计算机和装备等。再往里，经过第二道锁，进入主舱，这里有迷你厨房、桌椅，还有六个人的床铺。两个舱的生命支持控制系统相互独立，可以单独降压升压。

水瓶宫还拥有一个生命保障浮塔（Life Support Buoy），漂浮在水瓶宫上方的海面上。它为水瓶宫提供空气、电和互联网传输，同时它也是一座通信塔，让水瓶宫和位于12千米之外、佛罗里达州拉哥岛（Key Largo）的控制中心保持联络，这里的科学家可以同潜水员进行联系。

“我们科学界的人其实就把水瓶宫看作是一个你可以在大学里找到的那种实验室。” 波茨说，“我们尽可能把陆地上的东西放到海底，这样，科学家就有了网络、可靠的能源供应和温度控制系统。他们可以在这个环境中进行各种实验。”

这是一个什么样的特殊环境？水瓶宫内的压力和所处的海洋压力一致，都是2.5个大气压。当十天的任务结束时，潜水员要在水瓶宫内部进行15小时45分钟的减压过程，这时水瓶宫内的压力会降到与海面压力一致。在这个过程中，潜水员体内形成的氮气等惰性气体气泡会被缓慢地再吸收。然后，潜水员就可以安全地返回陆地。波茨称，他们有一位工作人员工作了15年，在水下度过的天数有240多天。当然，这里大部分任务都是以十天为一个周期。

▲　水瓶宫上方的通信塔

AR技术：对接海底的眼睛

水瓶宫的工作人员可以为岸上的科学家打开更直接的视野。他们要做的就是带上谷歌眼镜，在远程控制中心、甚至另外国家的人都可以看到潜水员眼前的景象，然后，他们会使用增强现实技术（AR）帮助现场人员完成任务。

“比如，你戴着眼镜在水瓶宫里观察一个有十个计量表的仪表盘，”波茨说，“岸上的人可以在他们的计算机屏幕上看到完全一样的东西，然后，他们圈出从左边数第三个计量表。他们的动作会同时出现在潜水员的眼镜上面。”

接着，远程中心的人会进行一步步指导，告诉潜水员：“很好，就是这个计量表，我们需要修理它，现在看向仪表盘的后面。” 这时，他们会在仪表盘上画一个指示箭头，方便潜水员直接在眼镜里看到，然后找到位置。“你不用再顺着纸上的流程图操作了。” 波茨说。

海底的太空任务

水瓶宫还是美国国家航空和航天局（NASA）和国际空间站的训练基地。在这里，宇航员可以练习在太空极端环境下行走、工作的技巧，比如，模拟火星生活、小行星的工作，这些都是NASA未来主要的航天探索项目。他们会模拟一些基础性工作，比如，在海底按照太空工作的流程采集一份样本。他们用的钻孔机是考虑到太空环境而设计的。因为太空中没有重力，他们搜集的样品会飞走，这在水中也是一样。他们需要在钻孔机上加上一个“大包围”，防止样本飞散。

波茨称，NASA曾经在水瓶宫实践过一次机器人手术。这是一个可以远程操控的机器人，他的任务是缝合伤口。一名身在加拿大的外科医生利用控制器和摄像机指挥机器人，让它在一只人造手上进行缝合操作。他们还考虑了在太空任务中会遇到的通信延迟问题。

他们还会研究长时间的太空任务对一个人的生理和心理产生的影响。“水瓶宫是太空旅行的完美模拟。”波茨说，“宇航员在水瓶宫上经历着和太空中相同的事情——密闭的空间、与世隔离的问题。” 从心理角度上讲，在狭小的空间和一群人待上10天并不是一件容易的事情，尤其是你还要在水下工作9个小时。一旦一个团队开始饱和潜水，中途就不能有人先退出，否则整个任务就会受到影响。太空工作也是一样。

在最近的一次任务中，他们开始对宇航员唾液中的DNA（基因）进行测序，调查他们肠道细菌的变化，进一步追踪生理变化。

如何应对海上的风浪？

海洋经常会起风浪。当大海在翻滚的时候，你在水瓶宫里也感觉得到。当海面掀起1～2米高的海浪时候，你的耳朵就能感到压力的变化。如果碰上风暴，你要决定是不是把水面上巡游的小艇撤回。这些小艇通常是一项保护措施，它们“照看”水中工作的潜水员，防止供氧中断等意外。

如果遇到大风暴，你需要至少提前三天做准备，这样才有足够的时间解压，从水瓶宫撤退。

有没有碰到过危险呢？“我接受过40多家媒体的采访，每个人都会问到危险的事情。”波茨先生笑着说，“实际上这里比海面要安全。潜水最艰难的部分是进、出艇。船在波涛汹涌的海水中颠簸或旋转时，最容易发生事故。一旦进入水里，就像在公园散步一样。”

当然，一次任务首先要确保的是安全。潜水员要非常有经验，接受过系统训练。他们熟悉下潜地点的环境，而且能使用每一种潜水设备。“如果有任务安全隐患，我们都会取消任务。”波茨说。

▲　正在水瓶宫外训练的宇航员

海底探索者

尽管在海底工作不是一件容易的事情，但是时常会带给你惊奇。

生态学家曾在水瓶宫附近做过一个实验。他们利用低频声音将鲨鱼引来，然后观察珊瑚礁“食草”居民的行为。他们发现，当大型食肉者到来的时候，这些“食草”者都会藏起来，这让它们的食物有了生长的空间，珊瑚生长变快。

鲨鱼对珊瑚做了什么？很多！我们看到了微小的影响是如何在一个生态系统中扩散，并造成许许多多变化。

不过还有很多的工作需要完成。由于气候变化、污染等因素，地球迫切地需要科学家、探险家和环境保护主义者。

“很多海洋科学界大名鼎鼎的人物都在老去。”波茨先生说，“好几年前，法比安·库斯托（Fabien Cousteau）来这里的时候曾说，我们得做点什么，寻找下一代人来继承这笔遗产。”

波茨在佛罗里达国际大学教授本科课程。学生一直说：“海洋生物学领域根本找不着工作。” 波茨不同意：“如果你有独特的天赋，总会一个工作在等着你。我们对海洋的探索刚刚起步。如果你是个电脑极客，你会在海洋科学和保护事业中找到一席之地。如果你是交流方面的人才，你不仅有能力把关键的文件翻译出来，传播给大众。只要你有热情，就有大把的机会。”

水瓶宫是一个长13米、宽2.7米，重85吨的双锁舱体。潜水员通过舱口进出水瓶宫。

经过一条“湿走廊”，潜水员从第一道锁进入带有科学区的小入口舱，这里有工作台，可以放计算机和装备等。再往里，经过第二道锁，进入主舱，这里有迷你厨房、桌椅，还有六个人的床铺。两个舱的生命支持控制系统相互独立，可以单独降压升压。

水瓶宫还拥有一个生命保障浮塔，漂浮在水瓶宫上方的海面上。它为水瓶宫提供空气、电和互联网传输；同时它也是一座通信塔，让水瓶宫里的潜水员和佛罗里达州拉哥岛控制中心里的科学家保持联络。

▲　工作人员在房间内娱乐、休息

▲　水瓶宫内的科学家可以通过互联网与其他的科学家相互沟通合作

▲　工作人员通过微软AR眼镜，和远程中心进行沟通，在其他专家的指导下，修理维护设备

▲　正在讨论的科学家

▲　潜水员从舱口出入水瓶宫