黑海尋古

一艘滿載油罐和香料、23米長(zhǎng)的希臘商船穿行在各個(gè)獨(dú)立城邦國(guó)之間，這些城邦國(guó)分布在地中海東端上方的黑海沿岸。不料風(fēng)暴突起，海浪撲向這艘木制船的甲板。船上的大約25名海員奮力自救，但在距離當(dāng)今保加利亞沿岸城鎮(zhèn)伯加斯80千米的海上，商船最終沉到海底，被人遺忘。

2017年秋季，在一次歷時(shí)3年的調(diào)查中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了躺在黑海海底、幾乎完整的這艘船。碳14測(cè)年結(jié)果表明，它沉沒(méi)于伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭(zhēng)（在公元前431到公元前404年間，斯巴達(dá)和雅典之間爆發(fā)的戰(zhàn)爭(zhēng)）期間。考古學(xué)家說(shuō)，這是迄今已知最古老而又完好的沉船，其完好的保存狀態(tài)會(huì)讓人相信它是在僅僅幾個(gè)月前才沉沒(méi)的。

兩千多年前的古船就像是幾個(gè)月前才沉沒(méi)的

在這3年的探險(xiǎn)調(diào)查期間，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這艘船的至少66塊殘片。得以完好保存的船繩、船帆等船具和船的裝飾等，正在深化考古學(xué)家對(duì)古船設(shè)計(jì)的了解。在此之前，這方面的了解幾乎都來(lái)自對(duì)當(dāng)時(shí)花瓶及其他物品表面所刻畫(huà)船只形象的推斷。不僅考古學(xué)家，而且地質(zhì)學(xué)家也從這次考察中大有收獲，因?yàn)檎{(diào)查結(jié)果還揭示了黑海的形成原因和極端狀況。

探險(xiǎn)之旅

2015年，由來(lái)自15個(gè)國(guó)家的水下考古學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家和工程師組成的一個(gè)70人團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探索黑海，為其中超過(guò)200平方千米的海底繪制地圖。該項(xiàng)目的名稱(chēng)是“黑海海洋考古計(jì)劃”，英文字母縮寫(xiě)為“黑海測(cè)繪”。該項(xiàng)目的主要目的是查明在大約1.2萬(wàn)年前且距今最近一次冰期后海平面的上升怎樣殃及黑海沿岸的早期文明。

黑海測(cè)繪項(xiàng)目的目標(biāo)之一是調(diào)查黑海的起源，以及它怎樣變成像今天這樣分層、缺氧和有毒的海洋。考古學(xué)家對(duì)這次調(diào)查也充滿期待，但沒(méi)想到竟然會(huì)有這么大的收獲——2016年秋，黑海測(cè)繪團(tuán)隊(duì)一次性發(fā)布了對(duì)至少40艘黑海沉船的船骸檢測(cè)報(bào)告，這些船的沉沒(méi)時(shí)間從公元10世紀(jì)的拜占庭帝國(guó)時(shí)期到20世紀(jì)才終結(jié)的奧斯曼帝國(guó)時(shí)期都有。

投放“調(diào)查攔截者”

但最大的驚喜來(lái)自2017年秋季的第三次，也是最后一次調(diào)查。當(dāng)時(shí)，在大約2000米深的黑海底，調(diào)查船攜帶的水下機(jī)器人之一——“調(diào)查攔截者”發(fā)現(xiàn)了一塊23米長(zhǎng)的船骸，其中一小部分被帶到水面，科學(xué)家對(duì)它進(jìn)行碳14測(cè)年。這種技術(shù)檢測(cè)的是不穩(wěn)定的碳同位素——碳14的衰減。

碳14存在于有機(jī)物質(zhì)（例如骨骼和木頭）里，有機(jī)體在存活期間會(huì)持續(xù)吸收新的碳14。一旦有機(jī)體（例如木頭被砍伐后）死亡，碳14就不僅不會(huì)再被吸收，而且會(huì)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的氮14。這艘古希臘商船木料樣本中的碳14數(shù)量在幾千年前減半。考慮到測(cè)量誤差，科學(xué)家最終認(rèn)為用于制造此船的樹(shù)木被砍伐于公元前4世紀(jì)。這意味著這艘船是已知最完整、最古老的船。

考古學(xué)家相信，這是黑海作為古希臘繁忙貿(mào)易路線時(shí)期的一艘古希臘商船。事實(shí)上，此船與一些同時(shí)期古希臘花瓶和壁畫(huà)上刻畫(huà)的船很相似。這些花瓶中最具代表性的是塞壬（半人半鳥(niǎo)的女海妖）花瓶，它刻畫(huà)了奧德修斯（荷馬史詩(shī)《奧德賽》中的主人公，曾指揮特洛伊戰(zhàn)爭(zhēng)，獻(xiàn)木馬計(jì)，使希臘獲勝）被綁在船桅上，面對(duì)海妖誘惑時(shí)的場(chǎng)景，而花瓶上的船與這艘商船看起來(lái)很像。

古希臘塞壬花瓶上描繪了同樣的商船

古希臘商船（還原圖）

雖然此船的船齡很老，但甲板上的船桅、船槳和劃船椅依然完好。科考船送下水的遙控機(jī)器人抓拍到了這艘海底古商船的成千上萬(wàn)幅高像素照片，后來(lái)這些相片被合并成三維模型。

同位素測(cè)年顯示，制造此船的樹(shù)木被砍伐于公元前4世紀(jì)

時(shí)間機(jī)器

參與黑海測(cè)繪項(xiàng)目的考古學(xué)家在科考船“斯特里爾探險(xiǎn)者號(hào)”上觀察出現(xiàn)在海底的古商船船骸。隨著遙控機(jī)器船（機(jī)器人）探索相關(guān)海底，科學(xué)家在科考船的甲板上盯住電腦屏幕上由機(jī)器人傳回的數(shù)據(jù)。這些機(jī)器人配備了高像素相機(jī)、光源和先進(jìn)聲吶，能借助聲學(xué)信號(hào)準(zhǔn)確繪制海底地圖。考古學(xué)家表示，這個(gè)過(guò)程讓他們感到仿佛回到了從前。

古希臘人稱(chēng)黑海為敵海，可能是因?yàn)楹诤Ｉ辖?jīng)常突發(fā)風(fēng)暴，水霧彌漫，但研究發(fā)現(xiàn)，黑海底卻相對(duì)“平靜”得多。在大多數(shù)海洋中都有沙蟲(chóng)、海蟻和食碳細(xì)菌，它們和氧一起緩慢分解沉船，木制沉船通常在沉沒(méi)百年后就會(huì)被徹底分解，消失無(wú)蹤。但黑海測(cè)繪項(xiàng)目揭示，在黑海里，沉船在無(wú)氧和幾乎無(wú)菌的環(huán)境中得以長(zhǎng)期保存。

黑海從海面下大約200米再往下就無(wú)氧了。黑海深處的硫化氫（有毒）濃度在地球海洋中最高，只有為數(shù)不多的微生物能在這里存活，這就讓黑海海底成為沉船的理想保存地。黑海海底之所以會(huì)這樣，是因?yàn)楹诤Ｍㄟ^(guò)博斯普魯斯海峽與地中海相連。這條長(zhǎng)約33千米的海峽經(jīng)過(guò)土耳其最大城市伊斯坦布爾，海峽最窄處的寬度僅為750米，水深從未超過(guò)110米。這條海峽就像一道閥門(mén)，每年有來(lái)自黑海的大約385立方千米淡鹽水（由鹽水和來(lái)自河流的淡水組成）通過(guò)它流出，但只有來(lái)自地中海的175立方千米的海水通過(guò)海峽流進(jìn)黑海。因?yàn)楹Ｋ芏入S鹽濃度增加而增大，所以最具流動(dòng)性的淡鹽水總是位于黑海的海水頂層，而黑海其他深度的海水完全靜滯，不被置換。缺乏新鮮水循環(huán)和缺乏由新鮮水補(bǔ)充的氧，黑海中90%的體積變成了無(wú)氧區(qū)，生命在這些地方很難生存。但與此同時(shí)，黑海保存船骸的能力則無(wú)與倫比。事實(shí)上，在其他海洋里，一旦深度超過(guò)2000米，就不可能有完整的船骸保存下來(lái)。

機(jī)器人測(cè)繪黑海海底

尋找大洪水

除了已知世界上最古老的船骸，在黑海海底迄今還發(fā)現(xiàn)了其他65艘船的船骸。但黑海測(cè)繪項(xiàng)目的主要目的并非是尋找古船，而是通過(guò)掃描大片海底來(lái)尋找有關(guān)黑海起源的線索。通過(guò)在黑海最底層提取的超過(guò)400個(gè)鉆芯，科學(xué)家可以分析黑海的起源時(shí)間和起源方式。這對(duì)于證實(shí)或推翻一種爭(zhēng)議很大的理論來(lái)說(shuō)很重要。

1998年，兩名美國(guó)地質(zhì)學(xué)家提出一種理論：黑海起源自一場(chǎng)自然災(zāi)難。他們聲稱(chēng)，在上一次冰期過(guò)后，每天都有來(lái)自地中海的40立方千米海水通過(guò)博斯普魯斯海峽撲向內(nèi)陸。僅僅過(guò)了300天，海水就淹沒(méi)了由冰川融水形成的一個(gè)淡水湖周?chē)姆饰制皆纱诵纬梢粋€(gè)由被隔絕和靜滯的海水組成的海洋。原先的湖岸被向內(nèi)陸推進(jìn)了大約1.5千米，湖區(qū)居民被迫遷徙。

提取海底鉆芯（示意圖）

這兩名地質(zhì)學(xué)家還說(shuō)，有關(guān)這場(chǎng)大洪水的口頭記錄代代相傳，最終在大約公元前900年演變成諾亞方舟傳奇。但隨著黑海測(cè)繪團(tuán)隊(duì)向下鉆探得越深，提取到海底更深處的鉆芯，他們發(fā)現(xiàn)了更準(zhǔn)確的解釋。海底不同區(qū)域不同地層的年代可通過(guò)沉積物顆粒來(lái)測(cè)定，這些顆粒中還包含有關(guān)過(guò)去氣候、海水溫度、全球洋流變化、海水鹽度和海面高度的大量信息，科學(xué)家可據(jù)此推測(cè)黑海成因。

鎂來(lái)證明

“斯特里爾探險(xiǎn)者號(hào)”提取的黑海海底鉆芯被送往專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。檢測(cè)采用的鉆芯掃描儀用X射線轟擊鉆芯樣本，X射線迫使樣本中的原子發(fā)出熒光輻射，輻射被探測(cè)器接收，并且被轉(zhuǎn)化為科學(xué)家可以解讀的數(shù)字信號(hào)。

鉆芯中的鉀和鎂等元素含量，能提供有關(guān)氣候的不同方面信息。海水中存在鎂，通過(guò)檢測(cè)不同鉆芯中的鎂的濃度，科學(xué)家能證明來(lái)自地中海的鹽水自何時(shí)開(kāi)始流入黑海，以及形成一個(gè)盆地需要多長(zhǎng)時(shí)間。

鉆芯樣本中的鎂元素幫助科學(xué)家追溯黑海的歷史

黑海測(cè)繪團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)能確定黑海并非形成于某個(gè)短期自然災(zāi)害。對(duì)黑海海底鉆芯的研究仍在繼續(xù)中，但現(xiàn)有研究成果已經(jīng)表明，地中海對(duì)博斯普魯斯海峽的淹沒(méi)是在從公元前1.6萬(wàn)年到公元前1萬(wàn)年之間的成千上萬(wàn)年中逐漸發(fā)生的。不過(guò)，雖然黑海的形成并非陡然，但海面升高的確造成了嚴(yán)重后果。

廢棄定居點(diǎn)

在黑海測(cè)繪項(xiàng)目終止前不久，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)終于發(fā)現(xiàn)了他們當(dāng)初要找尋的證據(jù)。在已被海水淹沒(méi)、原本是一個(gè)山谷的海底，他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)青銅器時(shí)期的定居點(diǎn)，它在公元前3000年到公元前1200年被黑海淹沒(méi)。通過(guò)向海底發(fā)射聲學(xué)信號(hào)（聲學(xué)信號(hào)的反射差異能揭示不同的物體），科學(xué)家辨識(shí)了被埋在海底泥漿下2.5米深處的木頭、陶瓷和火爐。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，這個(gè)定居點(diǎn)曾經(jīng)演變成了一個(gè)港口。

在成千上萬(wàn)年時(shí)間里，隨著黑海淹沒(méi)該地區(qū)，頂層海水變成了該地區(qū)的“食品儲(chǔ)藏室”：富含氧的上層海水中充滿生物，其中包括180種魚(yú)。但頂層富含營(yíng)養(yǎng)的海水仿佛組成了一個(gè)蓋子，讓海水深處的生物窒息而死。為什么這么說(shuō)？當(dāng)來(lái)自河流的營(yíng)養(yǎng)水流入黑海，細(xì)菌采用水中溶解的氧來(lái)氧化養(yǎng)分，這樣一來(lái)細(xì)菌吸收養(yǎng)分會(huì)更容易。當(dāng)所有溶解氧被耗盡后，細(xì)菌開(kāi)始剝離海水中硫酸鹽的氧原子，由此產(chǎn)生的強(qiáng)毒性硫化氫殺死了其他所有生物。

現(xiàn)在各種跡象都表明，缺乏營(yíng)養(yǎng)的深層海水可能會(huì)在將來(lái)某個(gè)時(shí)期占據(jù)整個(gè)黑海。一些科學(xué)家的估算結(jié)果是，黑海頂層深度在過(guò)去60年里已經(jīng)從140米減少到90米。這意味著，如果不及時(shí)采取措施，黑海漁業(yè)就可能遭受毀滅性打擊。

毒海水能保留過(guò)去

黑海海底的硫化氫和缺氧環(huán)境有效抑制了沉船腐爛

在大片無(wú)氧的黑海海底，完全不見(jiàn)海蟻、沙蟲(chóng)和食木細(xì)菌。由于黑海海水分層，食硫細(xì)菌毒化海水，導(dǎo)致其他生物無(wú)法存活，反而讓沉沒(méi)的古代木船能夠保存完好，千年萬(wàn)年都不腐

淺淺的海峽是黑海的唯一調(diào)控者

黑海盆地包含大約54.7萬(wàn)立方千米的海水，它們只能通過(guò)750米寬、最多只有110米深的博斯普魯斯海峽逃逸。海峽水上層是河水和鹽水的混合淡鹽水，下層是來(lái)自地中海的鹽水。窄窄的海峽意味著，每年只有大約0.14%的黑海海水能被置換

水密度的差異導(dǎo)致各海水層區(qū)別明顯

高濃度的鹽分子賦予黑海海水各層不同的密度。頂層100米海水中鹽濃度為1.7%～1.8%。再往下幾米，鹽濃度就上升到2.1%。這種濃度差異形成一道屏障，阻止不同層海水混合，因此黑海深層水得不到來(lái)自上方的氧

細(xì)菌用毒氣消滅了其他所有生命

黑海深層水中原本有氧，但在成千上萬(wàn)年里細(xì)菌用氧分解從上層海水落下的養(yǎng)分，隨后又開(kāi)始剝離硫酸鹽的氧原子，吸收氫而形成有毒的硫化氫。這種毒素導(dǎo)致海底一切生命銷(xiāo)聲匿跡，只有一些非常堅(jiān)韌的細(xì)菌除外

“調(diào)查攔截者”

速度為15千米/時(shí)的“調(diào)查攔截者號(hào)”水下機(jī)器人在現(xiàn)有的同類(lèi)型機(jī)器人中速度最快。這一遙控船已經(jīng)掃描了黑海底1250千米長(zhǎng)的地帶，在此過(guò)程中，它還必須盡快處理數(shù)據(jù)

淺淺的海峽是黑海的唯一調(diào)控者

為準(zhǔn)確記錄盡可能多的海底細(xì)節(jié)，“調(diào)查攔截者號(hào)”配備了3部超高解析度相機(jī)，這些相機(jī)拍攝了上萬(wàn)張照片。激光掃描儀測(cè)量不同深度的海底維度，方法是產(chǎn)生由數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)組成的點(diǎn)陣，點(diǎn)陣被疊加到超高解析度照片上，通過(guò)攝影制圖軟件轉(zhuǎn)換為3D模型。LED燈和頻閃燈確保圖像清晰，圖像拍攝一般是在海底上方5米處進(jìn)行的

聲波發(fā)射器解析海底

運(yùn)用聲波發(fā)射器，遙控機(jī)器人能辨識(shí)海底地下2.5米處的被棄定居點(diǎn)及其他物體，這是因?yàn)楦哳l聲學(xué)信號(hào)會(huì)被更深層反射。聲波發(fā)射器和聲吶位于機(jī)器人前端，以免受推進(jìn)器噪聲干擾

800個(gè)聲吶信號(hào)“描繪”海底

在海底上方20米處，遙控機(jī)器人通過(guò)多波束聲吶發(fā)射聲波，信號(hào)在800個(gè)地點(diǎn)被反射和接收。通過(guò)反射信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)度，能辨識(shí)表面高度差、硬度和任何物體

油船變身實(shí)驗(yàn)室

76米長(zhǎng)的“斯特里爾探險(xiǎn)者號(hào)”原本是一艘海上油田勘測(cè)船，卻在尋找黑海船骸方面大顯身手

鉆芯揭示海洋成因

科學(xué)家可從科考船上鉆取黑海海底的12米長(zhǎng)鉆芯。對(duì)鉆芯不同段的檢測(cè)，可揭示黑海成因

機(jī)器人掃描海底

科考船的兩部遙控潛水器（機(jī)器人）原本用于檢測(cè)輸油管道狀態(tài)，但它們也是在海底尋找和拍攝船骸的理想工具