“我国正在建设另一座实验室，它不在浩瀚的深空，而在神秘的深海。”

2025 年 2 月 28 日，冷泉装置在广州南沙正式开工了。该装置由中国科学院南海海洋研究所牵头申报并承担建设，是我国首个自主研发的海陆结合国家重大科技基础设施，旨在揭示冷泉的奥秘。

冷泉指的是海底下富含甲烷或其他碳氢化合物以及硫化氢为主的流体，在地质结构或压力变化的驱动下，从海底渗漏进入海水的现象。

虽然名为 “冷泉”，但其温度与周围海水相近，“冷” 字仅用于区别于高温的深海热泉。

冷泉的分布极其广泛，从浅海陆架到深海海沟，从热带到极地都有踪迹。现代活动冷泉主要集中在太平洋活动俯冲带、墨西哥湾和南海陆原等区域。

目前，全球已发现 900 多个冷泉活动区，我国近海已确认 7 个冷泉区，包括南海的海马冷泉。

冷泉通过裂隙和泥火山等通道形成类似泉眼的喷口，周围伴随碳酸盐岩沉积和生物群落聚集，形成了以甲烷、硫化氢为能量源的化能合成生态系统。

这里不仅有各种微型生物，还栖息着管栖蠕虫、贻贝类、冷水珊瑚等中大型生物，生物种类多达 600 多种，它们不依赖阳光，而是通过化学反应滋养获取能量，并通过食物网络传递能量，这片 “深海绿洲” 为研究极端环境下的生命适应机制提供了天然实验室。

冷泉与天然水合物关系密切，在冷泉气泡柱下方常存在天然水合物富集层，如我国南海海马冷泉浅表层就富含水合物。

研究冷泉不仅有助于定位水合物藏区、推动清洁能源开发，还可能通过揭示烃类运移路径间接指示传统油气资源的存在。

破解冷泉之谜，将为生命科学、能源勘探和全球碳循环等领域带来重大突破，这也是冷泉及其生态系统成为国际科研热点的原因。

建造海底实验室的挑战有两点：

极端环境的多重考验

压强难题，深海水压随深度线性增加，每 10 米约增加 1 个大气压。冷泉区域通常位于 1200 米甚至超过 1400 米的深海（如海马冷泉水深 1350-1430 米），实验室需承受 120-140 个大气压，相当于两个成年人的体重压在指甲盖大小的面积上，建造难度巨大。

腐蚀困境，深海对金属而言如同 “装满浓盐水的高压锅”，高压不仅影响金属结构，还会加速腐蚀反应。海水中的氯离子破坏金属表面保护膜，导致生锈和孔蚀；海底沉积物中的硫酸还原菌产生硫化氢，造成硫化物腐蚀；深海细菌分泌的酸性物质更会加剧腐蚀。

能源与通信瓶颈，深海供电面临外部供电、自发电、电池三种方案的挑战：外部供电需铺设电缆，成本高昂且需耐受高压腐蚀（美国 “宝瓶宫” 水下实验室仅位于 19 米浅海，无法类比深海）；自发电技术（海洋潮流涡轮、热液温差发电）尚未成熟；电池容量有限、需频繁更换，且高压下性能下降。通信方面，水声通信延迟高、带宽低，无法支持高清视频传输，GPS 信号无法穿透海水，精准定位困难。

生态保护的隐性挑战

深海生物生长缓慢，设备部署或采样可能破坏栖息地，设备携带的浅海微生物进入深海也会干扰原生生态，因此需严格执行灭菌流程。

冷泉装置的创新技术架构与系统设计。该装置主要包含海底实验室分总体、保真模拟分总体和保障支撑分总体三部分，总建设周期为五年。

海底实验室分总体。核心由五个串联的钛合金球体构成，内部体积相当于三个中国空间站，配备生命保障、应急逃逸系统及高精度传感器、原位采样设备，最多可支持 6 人在 2000 米深海连续 30 天，实时观测冷泉生态系统的生物群落、甲烷渗漏动态及可燃冰形成过程。

保真模拟分总体。陆地上的深海环境模拟系统，包含冷泉舱和可燃冰舱。冷泉舱最大工作压力 20 兆帕（相当于海底 2000 米），可精确复现冷泉区物理化学条件，支持冷泉生态系统全生命周期模拟（生物群落发育、甲烷氧化、碳酸盐岩形成等）；可燃冰舱可模拟可燃冰赋存与分解过程，研究开采后的环境效应，为安全开发提供实验依据。

保障支撑分总体。包括排水量 9000 多吨的水面保障母船（负责海底实验室收放、物资补给、人员运输等）和研发与智慧管理中心（统筹运维与科研）。

整套装置采用 “样地实验与陆地模拟相结合” 的设计思路，实现海陆协同与时空互换，海底实验室受限于海上作业窗口和极端环境，陆地模拟实验可延长研究周期、扩大参数范围（如模拟百年尺度冷泉演化或极端气候对甲烷释放的影响）。

冷泉生态系统研究装置是全球首个专门研究海底冷泉系统的大科学装置，标志着我国深海科技探索的重要里程碑。它将推动生命科学、能源勘探和地球化学等领域的突破，为可燃冰开发提供科学依据，助力理解极端环境下的生命适应机制。