去年八月的一天，黎明前不久，约翰·德莱尼走出“托马斯·G·汤普森”号的甲板，停下来望向普吉特海湾，这是一个靠近西雅图、绿树成荫的海湾，蜿蜒伸向太平洋。当船驶向大海时，他深邃地望着奥林匹克山脉白色的山峰。“这些岩石是在海底形成的，从地幔的熔融物质中提炼出来，”他说。“它们曾是构造板块的一部分，被挤压到大陆上。”他看着海湾平静、受保护的海水逐渐变成涟漪和闪烁的波浪，这暗示着风与海以及全球洋流的相互作用。他感受着阳光洒在水面上，思索着为不断扩张的生命网络提供营养的微小海洋植物群落的能量模式。海洋的每一个方面都引出了另一个，编织出一幅如此复杂的画卷，他知道他将为此研究一生。
为了解开这种错综复杂的关系网，德莱尼构想了他自己的一个网络：一个沿着华盛顿和俄勒冈海岸延伸的海底庞大网络，其电力线和光纤电缆将沿海底绵延数百英里，以前所未有的方式将研究人员与海洋连接起来。在这次考察中，德莱尼首次着手测试该系统的关键组件。而这个深海互联网只是目前正在进行的总耗资7.7亿美元的海洋观测站倡议（OOI）的其中一部分。
除了德莱尼的电缆网络，该计划还包括从南美洲尖端到格陵兰岛附近水域的其他五个站点，那里将有成群的仪器在电缆上下穿梭，并由岸上控制的机器人在水中飞行。几十年来，传感器将收集水化学、洋流、光合作用、动物活动以及海底喷发和地震的数据。当这项工作完成时，研究人员将拼凑出覆盖地球三分之二以上海洋环境的系统性视图，聚焦于海底、水和大气之间的相互关系。海洋化学是否会改变气候？海底地质是否会影响鱼类种群？海洋生物网络是否会提供新的海洋能源？
“这是探索海洋的一种开创性方式，”国家科学基金会（NSF）地球科学助理主任蒂莫西·基林说。“它将带来我们今天甚至无法想象的研究领域。”对德莱尼来说，这份信任既是机遇也是压力。“如果这不成功，”他说，“下次海洋科学家想要解决一些大问题时，我们就不会有机会了。”
像许多宏伟的抱负一样，建造海底互联网的计划是在酒吧里形成的。1991年，华盛顿大学的海洋学家德莱尼一天晚上与伍兹霍尔海洋学研究所的海洋工程师兼海洋地球物理学家艾伦·查夫出去喝酒。两人正在合作研究洋中脊，那是像棒球缝线一样环绕地球的火山和热液喷口链。
德莱尼向查夫抱怨说，偶尔潜入潜水器根本不足以了解海脊系统是如何运作的。每次他回到一个地方，它看起来都完全不同：新的熔岩流出现了，喷口结构生长或坍塌，动物群落也发生了变化，但无法确定何时、如何以及为什么。“每次在那里待上几个小时太令人沮丧了，”德莱尼边喝酒边抱怨道。“我们从来没有足够长的时间来了解正在发生什么。”
查夫最近在贝尔实验室工作，协调一个项目，将旧的AT&T海底电话电缆重新用于向日本的岸上研究人员传输海底地震数据。“也许我们可以使用电缆在海脊收集数据，”他建议道。配备科学仪器和摄像头的通信电缆将允许德莱尼和查夫在安全舒适的办公室里实时观看海底喷发。
这个想法似乎有些离奇，但在接下来的几年里，两位研究人员在会议和研讨会上不断提出这个想法，其他科学家也热情地提出了自己的想法。在访问不列颠哥伦比亚省海洋科学研究所时，德莱尼向物理海洋学家里克·汤姆森提到了海底网络，汤姆森建议增加声学传感器来测量鱼群的移动。南佛罗里达大学的生物海洋学家肯德拉·戴利听了德莱尼的演讲后，兴奋地告诉他，他的概念最终将允许研究人员研究那些很难从船上捕获的短暂变化：例如，一场风暴搅动水下，或者春季微小海洋植物的繁盛。
受到反馈的鼓舞，德莱尼和查夫以及其他约65名科学家于1998年开始制定提案。他们将雇佣工业分包商在海底铺设光纤电缆。沿着电缆路径将点缀着节点，这些大型电子盒将充当数据路由器和海底仪器的电源插座。一支由遥控机器人车辆组成的船队将针对瞬态事件——例如，收集海底喷发期间释放的气体和微生物。
图片由OOI区域尺度节点项目和华盛顿大学环境可视化中心提供。
至于网络的位置，德莱尼和他的合作者建议选择胡安·德·富卡板块，一块从西北海岸突出到太平洋的大致三角形地壳。在那里，他们将能够观察到几个重要的过程——新海底的形成、火山喷发、营养物质从深水到浅水的移动以及地震。
德莱尼和他的合作伙伴将板块上的两个地点作为安装他们第一批仪器的有希望的地方。一个是水合物海脊，因其巨大的甲烷沉积物和在其顶部繁衍的奇特化合自养生物而被选中。甲烷是一种强效温室气体，因此科学家们对它如何从海底释放出来很感兴趣。它也是天然气的主要成分；美国能源部正在调查这种燃料是否可以从海底巨大的沉积物中开采。
第二个地点是轴向海山，一个活跃的水下火山，以及与之相关的热液喷口，研究小组可以在那里研究矿物质从海底下方转移到水中，并接触在可达华氏250度的喷口流体中繁衍的耐寒微生物。在喷发期间，他们甚至可能收集生活在地壳灼热深处的更奇异的微生物。
2000年，德莱尼的研究小组向国家海洋学伙伴计划（一项涉及海洋研究的联邦机构合作项目）提交了该计划。这个想法得到了当时国家科学基金会海洋科学部主任迈克·珀迪的支持。珀迪亲身感受到了现有工具的局限性。他知道船只在不同地点收集数据非常有效，但当它们一年后返回同一地点时，情况往往会发生巨大变化。
“我们需要一种新的方法来了解随着时间的变化，”珀迪说。德莱尼的电缆观测站解决了这个问题。而从岸边铺设电源线将解决海底传感器电池耗尽的问题，这是珀迪本人也曾经历过的。
一些正在进行的小型项目已经证明深海网络概念是可行的。加利福尼亚州蒙特利湾水族馆研究所的科学家们铺设了一条32英里长的电缆，从岸边通往沿海的一个地点，测试电源、数据电缆和仪器。不列颠哥伦比亚省维多利亚大学的一个团队开发了一个有线装置来研究当地海洋的物理和化学性质。
德莱尼的提案将使这些项目相形见绌。珀迪希望通过国家科学基金会为改变科学基础设施的游戏规则而设立的账户来资助新的海洋观测站。但要获得批准，该项目必须覆盖的不仅仅是太平洋西北海岸。在近十年的时间里，珀迪和他的继任者拉里·克拉克收集了数百名研究人员关于海洋观测系统应该做什么以及哪些地点最适合增设的建议。
2009年，该机构敲定了一项设计，不仅包括德莱尼在胡安·德·富卡（Juan de Fuca）的有线网络，还包括鳕鱼角（Cape Cod）附近的一个无线、卫星连接网络，用于研究浅大陆架水域和深海之间的过渡，以及在四个高纬度水域（富含水生生物）放置的装满传感器的系泊设备。
那年秋天，美国国家科学基金会同意提供7.5亿美元用于海洋观测倡议的建设和初步运营——这在预算适中的海洋勘探领域是一个惊人的数字。到11月，德莱尼已与海洋运营公司L-3 MariPro签订合同，建设其深海网络的主干，包括将为系统提供动力和传输数据的七个节点。
最终，去年春末，铺缆船“可靠号”开始铺设从俄勒冈州太平洋城到水合物海脊和轴向海山之间560英里的光缆。几个月后，电缆安装仍在进行中，德莱尼和他的团队从西雅图登上“汤普森号”，在水中测试一个节点。
前往海底的旅程
“汤普森号”蜿蜒穿过普吉特海湾，然后驶入胡安德富卡海峡，在维多利亚停靠，接上Ropos，一个遥控潜水器（ROV），其运动可以通过船只控制。计划是让Ropos将一个节点——一个3,000磅重、黄橙色、冰箱大小的防水箱——运到海峡浅水区，测试将其连接到电缆和科学仪器的插头和连接。
早晨很冷，雾气弥漫，犹如脚下深水般难以穿透。Ropos在港口甲板上启动，车辆工程师进行潜水前检查。机器人的摄像头上下扫描，然后左右扫描。在控制室技术人员的指令下，它的灯逐个闪烁。
船员们将一个钛笼子——它将作为节点的保护框架——放到海底。接下来，Ropos必须下去解开用于放下框架的电线，并打开其舱门，以便将节点放入其中。起重机将机器人从其支架上吊起。带着摄像机镜头作眼睛，机械臂折叠在黄黑相间的身体旁，它看起来像一只巨大的昆虫悬停在水面上。起重机放下Ropos。它的灯亮起，潜水推进器启动。然后它消失在灰色中，拖着允许它与船只通信的脐带。
大约15名科学家和工程师挤在黑暗的控制室里观看遥控潜水器的视频画面。飞行员鲁本·米尔斯驾驶Ropos前往框架，开始拧下连接框架与电缆的卸扣，为节点清理道路。没有人说话。在场的科学家们咬着嘴唇，关注着Ropos的微小动作。它的两指机械钳试图抓住卸扣的销钉来解开它，然后滑落。
另一位 Ropos 飞行员乔纳森·李解释说，如果第一次尝试敏感操作失败，飞行员可能会陷入“死亡螺旋”，由于紧张而在每个动作上过度补偿，导致 Ropos 的手臂在目标周围打转。不过，米尔斯保持冷静，经过几个小时的艰苦工作，框架准备就绪。Ropos 从甲板上取下节点，然后回到水下将其插入框架，这次由李驾驶。
虽然车辆正在返回当天早些时候离开的地点，但现在潮汐很强，即使李将推进器开到最大功率，他也难以将ROV固定在原地。德莱尼不满地看着视频画面上飞速掠过的浮游生物和碎屑的暴风雪。“下面看起来像曲速六级，”他说。“这可能是一个严重的问题。”
在海底，能见度仅有几英尺；超出此范围的一切都是沉积物的旋涡。经过与洋流长达两小时的艰苦搏斗，Ropos 终于到达框架。由于无法清晰看到，李试图凭感觉将节点移入插槽，但未能成功。团队决定等待情况好转，但三小时后，情况并未改善多少。Ropos 运营经理基思·谢泼德滑入驾驶座进行最后一次尝试，并设法将节点驱动到其框架中。团队决定不再冒险，放弃了剩余的测试，并将设备从湍急的水中捞出。
而这仅仅是一个节点。安装其中七个，并将它们全部连接到主电缆，将是一项艰巨的任务。德莱尼估计完成这项工作需要在海上花费两个月的时间。
两天后，“汤普森号”驶向水合物海脊，位于俄勒冈州海岸以西60英里处。在那里，团队计划测试一个测量水流的流速计。在近半英里深的水下，Ropos 的灯光穿透海底的黑暗，那是一个凹凸不平的地形，点缀着岩石露头和看似白色雪花状的斑块——在沉积物上形成菌毯的食硫细菌。与测试地点不同，水合物海脊太深，不会受到强洋流的干扰。螃蟹缓慢地爬过。紫色的盲鳗扭动着进出视野，可能是在寻找沉没的动物尸体吃。
“太恶心了，”谢泼德颤抖着说。“别被埋在海里。”一旦海底网络投入运营，这些罕见的海底生物景象将在网络上直播。
Ropos放下流速计并浮出水面，第二次尝试之前由于靠近海岸的水流而受阻的节点测试。这次一切顺利。飞行员将节点放入其框架中，并练习插拔将为延长线和仪器供电的连接器。
团队的下一个目标是回收一个空仪器框架，工程师们在前一年将其放置在海水中，以观察它在海水中的表现——这是观测站传感器一旦真正安装后将承受的预览。当框架从水中浮出时，藻类缠绕在它的表面，像灰绿色的头发，但除此之外，它状况良好，几乎没有腐蚀。由于工程师计划每年将许多仪器取出进行维护，看来在水合物海脊，他们的网络应该能够运行其计划的25至30年的寿命。
火山之上
一周后，德莱尼前往轴向海山，那里的生活更加艰难。这座过度活跃的海底火山持续喷出超热流体，每10到15年发生一次岩浆喷发。德莱尼不顾一切，计划也对该地点进行布线，希望能展示喷出的矿物质如何在海底堆积并扩散到上方的水中。喷口宿主着进化上古老的微生物谱系，并且可能曾是地球上早期生命的摇篮。
然而，作为敏感科学设备的所在地，轴向海山伴随着巨大的风险。“这简直令人难以置信，”首席系统工程师查克·麦奎尔说，“我们正在建造这个价值数亿美元的东西，而且我们打算有目的地将其中很大一部分部署在地球上最恶劣的地方，就在一座火山上。”
在一次会议上，德莱尼和联合首席科学家黛博拉·凯利回顾该站点的计划时，一位研究人员问他们是否应该在最近一次喷发后重新考虑观测站的布局。“看，”德莱尼回答说，“如果你要研究一座活火山，你必须准备好失去一些东西。我们正在努力了解地球的生命线是如何运作的。这意味着我们必须在那里。”
德莱尼说，他们不会试图保护所有设备，而是会努力找出节点最安全的放置位置，节点提供至关重要的电力和通信，然后尽最大努力组织传感仪器，以确保单次喷发不会摧毁所有设备。火山和水合物海脊的传感器将包括地震仪、高清摄像机、温度和pH传感器以及流速计。该网络还将测试尖端工具，如水下质谱仪（可以现场确定物质成分）和微生物采样器，用于现场测序DNA。
在轴向海山，汤普森号上的团队派Ropos定位几周前刚铺设的光缆。Ropos追踪海底电缆的路线，德莱尼和其他人轮班观看视频，以确保电缆看起来安全，没有部分悬挂在岩石上或摩擦粗糙表面。一切看起来都很好——除了有一段电缆，它悬挂在一个以前未知的热液系统上方。该地点就像海底的一座隐藏城市，硫化物喷口高达120英尺，有些喷出炙热的黑色液体。
承包商将于今年夏天更换这部分电缆，然后德莱尼的团队将返回安装全部七个节点，并将它们连接到主电缆。然后，在2013年，他们将使用超过40英里的延长线插入仪器。到2014年，仍在建造中的携带传感器的爬线机器人将抵达，完成初步安装。其他五个OOI站点也应在那时投入运行。
对德莱尼来说，这并非终点；这仅仅是个开始。“我们正在通过这个项目突破极限，”他说，“但我们将成为全球未来观测站的试验台。”超过95%的海洋仍未被探索，其他几个国家也已在开展并行项目（例如此[pdf]）。去年夏天，日本完成了一个名为DONET的有线海底网络，专注于近海地震和海啸。一根电缆连接着20个站点，每个站点都设有地震仪和压力传感器，可以探测海底形状的变化。项目负责人金田良行希望这些数据能为地壳中导致大地震的压力积聚提供线索。
其他项目也采取了与OOI类似的更广泛方法。欧洲多学科海底观测站（EMSO）项目将在欧洲大陆的12个地点（从北极到黑海）安装仪器。与OOI一样，EMSO将收集广泛的数据，整合地质、生物和气候变化观测。建设的初始阶段将于今年在七个站点启动，预计将于2016年完成。
德莱尼以一种强烈的紧迫感看待这些项目。海洋生物与陆地生物并非独立存在，就像奥林匹克山脉与孕育它们的 подводные火山并非独立存在一样。我们呼吸的氧气中有一半以上来自海洋，其中大部分来自科学家们才刚刚开始研究的水生生态系统。
“如果工程师对航天器的生命支持系统没有透彻的了解，没有人会允许它发射，”他说，“我们对地球上的这个系统知之甚少，而海洋是其中一个巨大的组成部分。我们必须学会识别它何时可能接近临界点，以便我们能够应对和管理它们。我们现在还做不到。我们还不够明智。但这朝着正确的方向迈出了一步。”
詹妮弗·巴隆是《发现》杂志的高级副主编。
