隱藏海底的地貌

卡羅琳·格蘭姆林

在海洋學(xué)家中有這樣一個說法：科學(xué)家對地球海底地貌的認(rèn)識還不如對火星地貌的認(rèn)識多。不過，這種觀點可能很快就會改變。研究人員使用衛(wèi)星測量地球重力場變化的數(shù)據(jù)，找到了更新而且更精確的海底地形圖繪制方法。利用這種方法，已經(jīng)能夠識別以往無法識別的隱藏特征，解答地球古代史上一些懸而未決的疑問。

之前，大約90%的深海海床沒被繪制地形圖。2014年3月，馬航MH370失事后，人們認(rèn)為它可能墜毀在南印度洋某處，但搜救者無法定位飛機殘骸的位置。這種尷尬更讓深海海床地形圖繪制不足的現(xiàn)實顯露無遺。之前的深海海床地形圖多由船載多波束聲吶系統(tǒng)繪制，該系統(tǒng)通過交叉選擇水域測量水深。美國加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋學(xué)研究所的科學(xué)家桑德瓦爾說，這種方法留下了“幾百千米寬的漏洞”。

現(xiàn)在，衛(wèi)星雷達(dá)測高儀可以填補這些空白。飛機每天在上空來回多次，這些儀器就會得到很多有關(guān)海平面的信號，再通過波形高度和潮汐對信號進行校正，就會構(gòu)成一幅海面全貌圖。桑德瓦爾說：“海平面的那些隆起部分能反映出海底的特征，比如海底山峰或者死火山。海峰產(chǎn)生的重力牽引力可以翹曲海面，所以我們可以利用海面形貌間接繪制海底地形圖。”

目前，有四顆衛(wèi)星可以為科學(xué)家提供高分辨率的雷達(dá)測高儀數(shù)據(jù)：美國海軍的地質(zhì)衛(wèi)星項目、歐空局的“歐洲遙感衛(wèi)星1”號、美國航空航天局與法國國家太空研究中心合作的“杰森1”號，以及歐空局于2010年發(fā)射的“冷星-2”。桑德瓦爾說，這些數(shù)據(jù)和以往數(shù)據(jù)的區(qū)別就像是普通電視和高清電視，尤其是“冷星-2”上裝備的遠(yuǎn)程高精度測高儀4年中收集的數(shù)據(jù)。基于這些數(shù)據(jù)，桑德瓦爾及其同事用全新的分析技術(shù)建立了新的海洋重力模型，比現(xiàn)有的模型精確至少2倍。

桑德瓦爾說，他們現(xiàn)在能探測出的新地貌特征包括幾千座以往不為人知的海峰，高度為1000米至2000米。在南大西洋，他們還發(fā)現(xiàn)了800千米長的死海脊（即不再主動擴張的山脊），它們形成于非洲板塊和北美板塊斷裂時期。此外，他們還確定了一個擴張海脊的精確方位，即1.8億年前兩個大陸板塊開始斷裂，形成了很深的盆地，后來變成墨西哥灣。桑德瓦爾說：“我當(dāng)時很吃驚，因為之前人們都認(rèn)為墨西哥灣已經(jīng)被研究得很透徹，對于它我們已經(jīng)無所不知。當(dāng)然，以前大家都知道墨西哥灣是由海床擴張形成的，但不知道海脊和轉(zhuǎn)換斷層到底在哪里。”那些地貌上面都覆蓋了厚厚的沉積層，重力信號極其微弱。

夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的地球物理學(xué)家保羅·韋賽爾說：“這項研究極大地提高了海洋重力網(wǎng)的信噪比，使得發(fā)現(xiàn)十分細(xì)微的地貌特征成為可能。這項研究讓人們徹底明白收集新數(shù)據(jù)和使用更合理的分析技術(shù)處理舊數(shù)據(jù)的重要性，因為這樣做獲取的信息要比預(yù)想的多。”桑德瓦爾說，這項研究還可以作為勘探工具，因為石油和天然氣勘測的重點區(qū)域就是大陸板塊的邊界。那些區(qū)域的海床上覆蓋著長期積累的厚重沉淀物，所以相對平整。新重力圖可以讓人們“看到”可能蘊藏石油的區(qū)域。

不過，桑德瓦爾說，這項研究對定位失事的馬航MH370仍然無能為力，因為這些儀器的數(shù)據(jù)還沒有那么高的分辨率，無法在60000平方千米的南印度洋上找到飛機大小的物體。

桑德瓦爾說，從“杰森1”號和“冷星-2”上傳回來的有關(guān)海床的新數(shù)據(jù)非常多，足以讓海洋科學(xué)界在未來5年內(nèi)忙得不可開交。“新數(shù)據(jù)量很大，而且十分詳細(xì)，海底的某個方位很可能埋藏著幾百個秘密，等待科學(xué)家去發(fā)現(xiàn)。”