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(gè)說(shuō)法：科學(xué)家對(duì)地球海底地貌的認(rèn)識(shí)還不如對(duì)火星地貌的認(rèn)識(shí)多。不過(guò)，這種觀點(diǎn)可能很快就會(huì)改變。研究人員使用衛(wèi)星測(cè)量地球重力場(chǎng)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(shí)別以往無(wú)法識(shí)別的隱藏特征，解答地球古代史上一些懸而未決的疑問(wèn)。

之前，大約90%的深海海床沒(méi)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(wú)法定位飛機(jī)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(shí)顯露無(wú)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(guò)交叉選擇水域測(cè)量水深。美國(guó)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(shuō)，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(cè)高儀可以填補(bǔ)這些空白。飛機(jī)每天在上空來(lái)回多次，這些儀器就會(huì)得到很多有關(guān)海平面的信號(hào)，再通過(guò)波形高度和潮汐對(duì)信號(hào)進(jìn)行校正，就會(huì)構(gòu)成一幅海面全貌圖。桑德瓦爾說(shuō)：“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(cè)高儀數(shù)據(jù)：美國(guó)海軍的地質(zhì)衛(wèi)星項(xiàng)目、歐空局的“歐洲遙感衛(wèi)星1”號(hào)、美國(guó)航空航天局與法國(guó)國(guó)家太空研究中心合作的“杰森1”號(hào)，以及歐空局于2010年發(fā)射的“冷星-2”。桑德瓦爾說(shuō)，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(cè)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(shuō)，他們現(xiàn)在能探測(cè)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(zhǎng)的死海脊（即不再主動(dòng)擴(kuò)張的山脊），它們形成于非洲板塊和北美板塊斷裂時(shí)期。此外，他們還確定了一個(gè)擴(kuò)張海脊的精確方位，即1.8億年前兩個(gè)大陸板塊開(kāi)始斷裂，形成了很深的盆地，后來(lái)變成墨西哥灣。桑德瓦爾說(shuō)：“我當(dāng)時(shí)很吃驚，因?yàn)橹叭藗兌颊J(rèn)為墨西哥灣已經(jīng)被研究得很透徹，對(duì)于它我們已經(jīng)無(wú)所不知。當(dāng)然，以前大家都知道墨西哥灣是由海床擴(kuò)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(hào)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(shuō)：“這項(xiàng)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(xiàng)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?yàn)檫@樣做獲取的信息要比預(yù)想的多。”桑德瓦爾說(shuō)，這項(xiàng)研究還可以作為勘探工具，因?yàn)槭秃吞烊粴饪睖y(cè)的重點(diǎn)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(zhǎng)期積累的厚重沉淀物，所以相對(duì)平整。新重力圖可以讓人們“看到”可能蘊(yùn)藏石油的區(qū)域。

不過(guò)，桑德瓦爾說(shuō)，這項(xiàng)研究對(duì)定位失事的馬航MH370仍然無(wú)能為力，因?yàn)檫@些儀器的數(shù)據(jù)還沒(méi)有那么高的分辨率，無(wú)法在60000平方千米的南印度洋上找到飛機(jī)大小的物體。

桑德瓦爾說(shuō)，從“杰森1”號(hào)和“冷星-2”上傳回來(lái)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(lái)5年內(nèi)忙得不可開(kāi)交。“新數(shù)據(jù)量很大，而且十分詳細(xì)，海底的某個(gè)方位很可能埋藏著幾百個(gè)秘密，等待科學(xué)家去發(fā)現(xiàn)。”