深海的广袤和在极端环境中工作的技术挑战使这些深度难以接近和研究。科学家们对月球表面的了解比对深海海底的了解要多。姆巴里正在利用机器人技术的进步来解决这一差距。

一个自主机器人漫游者，海底漫游者II，提供了对深海海底生命的新见解，海底4000米（13100英尺）以下的海洋表面。今天发表在《科学机器人学》上的一项研究详细介绍了这种漫游车的开发和经验证的长期运行情况。这个创新的移动实验室进一步揭示了深海在碳循环中的作用。该探测器收集的数据对于理解气候变化对海洋的影响至关重要。

这艘深海探测车的成功现在允许对水柱和海底之间的耦合进行长期监测。了解这些相互关联的过程对于预测被不断变化的气候吞没的地球的健康和生产力至关重要。

尽管远离阳光照射的浅滩，但深海海底与上面的水域相连，对碳循环和封存至关重要。一些有机物质，包括死去的动植物、粘液和排泄物，慢慢地通过水柱沉入海底。泥上和泥中的动物和微生物群落会消化其中的一部分碳，而其余的可能会被锁在深海沉积物中长达数千年。

深海在地球的碳循环和气候中起着重要作用，但我们对发生在地表以下数千米的过程知之甚少。极端压力和海水的腐蚀性等工程障碍使得向深海海底发送设备以研究和监测碳的涨落变得困难。

过去，史密斯和其他科学家依靠固定仪器来研究深海海底群落的碳消耗。他们一次只能部署这些仪器几天。通过25年的工程创新，MBARI开发了一种监测深海海底的长期解决方案。

“深海中令人兴奋的事件通常会短暂地发生，而且会以不可预测的间隔发生，这就是为什么使用海底探测车II进行持续监测是如此要的原因，。如果你不是一直在看，你可能会错过主要的动作。

海底漫游者II是由史密斯和谢尔曼领导的MBARI工程师和科学家合作团队辛勤工作的结果。MBARI的工程师设计了海底漫游者II，以应对深海的寒冷、腐蚀和高压条件。由耐腐蚀钛、塑料和耐压力复合泡沫制成，这款漫游车可以承受6000米（约19700英尺）深的部署。

除了在这些极端条件下操作的物理挑战外，必须设计一个足够可靠的计算机控制系统和软件，以便在不发生故障的情况下运行一年，没有人可以按下重置按钮。电子设备也必须消耗很少的电能，这样才能携带足够一年的电池。尽管如此，漫游者平均只消耗两瓦的电能，与iPhone差不多。

海底漫游者II大约有一辆小汽车那么大，长2.6米（8.5英尺），宽1.7米（5.6英尺），高1.5米（4.9英尺），在一对宽阔的橡胶履带上轻轻地踩在泥泞的底部。

研究人员从姆巴里的船只R/V Western Flyer上部署了海底漫游者II。船员们小心翼翼地将漫游者降低到水中，然后将其释放到海底。漫游者大约需要两个小时才能到达底部。一旦登陆海底，漫游者就可以开始它的任务了。

首先，传感器检查沿海底流动的电流。当探测到有利的洋流时，探测车向上或穿过洋流到达未受干扰的地点，开始收集数据。

探测车前部的摄像头拍摄海底并测量荧光。在蓝光下，这种独特的叶绿素发光显示出有多少“新鲜”的浮游植物和其他植物碎片落在海底。传感器记录底部上方水域的温度和氧气浓度。

接下来，漫游者放下了一对透明的呼吸计室，这些呼吸计室测量了在泥浆中生活48小时的社区的氧气消耗量。当动物和微生物消化有机物时，它们使用氧气并以特定比例释放二氧化碳。了解这些动物和微生物使用了多少氧气，对于理解碳再矿化——有机物分解为更简单的成分，包括二氧化碳——至关重要。

48 小时后，火星车升起呼吸计室并向前移动 10 米（32 英尺），小心不要越过之前的路径，并选择另一个地点进行采样。它在部署期间一遍又一遍地重复这种采样模式，通常是一整年。

在每次部署结束时，R/V Western Flyer返回以恢复流动站、下载其数据、更换电池，并将其返回深海海底一年。在为期一年的部署中，MBARI 团队会从岸上发射另一个自主机器人——波浪滑翔机，每季度返回一次，以检查底栖漫游者 II 的进展情况。ave Glider 上的声波发射器向下方海底的漫游车发出信号。然后流动站将状态更新和样本数据发送到滑翔机头顶。然后滑翔机通过卫星将这些信息传输给岸上的研究人员。

来自底栖漫游者 II 的数据量化了可能在深海海底隔离或储存碳的时间、数量和来源。在过去的七年里，Benthic Rover II 一直在M 站运行，这是一个位于加利福尼亚中部海岸 225 公里（140 英里）的 MBARI 研究站点。M站位于海洋表面以下 4,000 米（13,100 英尺）处——与海洋的平均深度一样深——使其成为研究深海生态系统的良好模型系统。

在过去的 32 年里，史密斯和他的团队在 M. Benthic Rover II 站建造了一个独特的水下天文台，还有一套其他仪器在那里每周 7 天、每天 24 小时运行，一整年没有维修。

火星车七年的可靠性能，其生命的 99% 都在海底度过，这是多年测试、故障排除和开发最佳技术来维护车辆的结果。这是一个很好的例子，说明了将技术应用于具有挑战性的科学问题时的可能性。

M站收集的数据表明，深海远非静止。物理、化学和生物条件会在数小时到数十年的时间范围内发生巨大变化。

春季和夏季，M 站上空的加利福尼亚洋流的地表水域充满了浮游植物。这些生产力的季节性脉冲从水体到海底级联。这种下沉的有机物质——被称为“海洋雪”——大部分起源于大气中的二氧化碳。

在过去十年中，MBARI 研究人员观察到大量海洋雪落到 M 站海底的情况急剧增加。这些偶发事件在该地点每年的食物供应中所占的比例越来越大。在 M 站运行的七年中，Benthic Rover II 记录了重要的每周、季节性、年度和偶发事件——所有这些都提供了帮助 MBARI 研究人员了解深海碳循环的数据。

2015 年 11 月至 2020 年 11 月期间，Bentthic Rover II 记录到从头顶水域降落到深海海底的死亡浮游植物和其他富含植物的碎片（植物碎屑）的降雨量大幅增加。伴随着有机物质的意外收获，深海海底上方水域中溶解氧浓度的降低。

传统的短期监测工具无法检测到推动长期变化和趋势的波动。Benthic Rover II 揭示了碳如何从表面移动到海底的更完整图景。

Benthic Rover II 的成功和 MBARI 在 Station M 正在进行的工作突显了持久性平台和长期观测如何进一步了解地球上最大的生存空间。随着越来越多的公司希望从深海海底开采矿产资源，这些数据也为正在考虑进行工业发展或深海采矿的地区的基线条件提供了宝贵的见解。

海洋也是地球碳循环和气候的重要组成部分。海洋及其生物群落是二氧化碳的汇。燃烧化石燃料、饲养牲畜和砍伐森林每年都会向大气中排放数十亿吨二氧化碳。海洋吸收了超过 25% 的过量二氧化碳，使我们免受最严重的影响。面对不断变化的气候，了解碳如何在海洋阳光照射的表面和黑暗的深处之间流动比以往任何时候都更加重要。