认识深海

认识深海

地球的表面71%被海水覆盖，而海洋的平均水深是3800米，其中超过2000米的深海区占海洋面积的84%。巨厚的海水，使人类认识深海底部非常困难，以至于在人类早就踏上月球的今天，仍然无法在深海洋底留下足迹。但是人类对深海的兴趣，远未减退，这不仅仅是由于好奇心的驱使，更重要的是深海与人类的命运息息相关。在已经过去的二十世纪里，人类所取得的科技进步足以惊天地泣鬼神。然而随发展而来的环境恶化、资源枯竭，又驱使人类在“保护地球”的同时，去寻求新的发展余地、生存空间。海洋，就是有待我们开发的对象。

早期的地质工作者，往往是通过对陆地湖盆观察来想象深海底部的情形：认为深海是地球表面运动的归宿——陆地被剥蚀的产物最终沉积在深海海底，不再移动，因此洋底平坦而沉积巨厚；因为波浪的运动不会影响到深层海水以及缺乏对深海水动力学的认识，因此认为深海水体停滞不动；由于数百米水深已无阳光和氧气，所以没有生命而死气沉沉……所有这些误会随着深海探测技术的发展，已经一个一个地被消除，在此本文介绍一些对深海的新认识，以飨读者。

海底地形二十世纪早期以前，海洋测深受到技术的限制，使用的是重锤法测量海深，由于测深点寥若晨星，洋底的确显得平坦而单调。直到二十世纪二十年代，德国“流星号”考察船在南大西洋首次使用回声测深仪，才使海底地形测量成为可能。运用这种新技术，在南大西洋中部铺设电缆时发现了大西洋中脊。同时，在陆架、陆坡的测量中又发现了海底大峡谷。但是直到二次大战，人们仍然相信深海洋底是平坦而缺乏地形起伏的。由于反潜艇的战斗需要，测深技术得迅速发展。六十年代晚期的大洋立体地貌图和深潜考察，进一步改进了对海底地形的了解，对于洋底扩张学说的建立有过重要意义。近年来，海底测深和旁测声纳技术的进展，海底三维计算机制图技术的推进，尤其是运用多波束扫描技术的海底精确制图，已经使海底地形测量进入了高分辨率的新阶段。

从高精度的海深图上看，洋底地形起伏远陆地强烈。海底最深处远远超过珠穆朗玛峰的海拔高度，达11034m，位于在马里亚纳海沟，1960年瑞士工程师Jacques Piccard和美国海军上尉Don Walsh乘“Trieste”号深潜器下到谷底，创下了人类深潜记录。海底陆坡坡度有时可达35~90º，极为陡峭。洋底最显著的地形是贯穿各大洋、总长8万公里的大洋中脊系统，这些中脊平均水深2500m，高出周围的洋盆1000~3000m，中脊中央还有深一、二公里的裂谷，地形复杂、起伏强烈。洋中脊和洋底还被断裂带切割，而断裂带最大可造成4000m的地形反差。更为壮观的是边缘海沟，可以长达数千公里，沟壁陡峻，沟底深邃。另外还有十分独特的是洋底火山，如从夏威夷到天皇海岭的一系列海山，是太平洋板块在地幔柱顶端热点之上移动的轨迹。

海底“风暴”二十世纪三十年代的偶然事件，揭示了洋底并不寂静。当时横跨大西洋连接欧美大陆的数条海底电

缆被依次切断，人们才意识到洋底也存在洋流的运动，割断电缆的“元凶”被称为浊流。后来人们发现，浊流其实是深海中比较普通的现象，它的流速可达每小时40~55km，最远可以流动千余公里。

浊流只局限有明显坡度的海区，而六十年代的研究发现，在没有明显坡度的深海海底，也可以有平行等深线的水流，流速可达5cm/秒，通过海底照相，可以在5000米水深的海底看到它所产生的波痕。这种水流是由于不同地区的海水存在密度差异而造成的。通常这种水流比较稳定，但有时会突然增强，平均延续3~5天，最大底层流速可达40cm/秒，导致突发性的海底沉积物搬运，这被称为“海底风暴”。“海底风暴”可以使洋底淤泥泛起，“风暴”平息后再重新堆积，这时大部分物质可能已经被搬移至他处了。

当人们以为海底只有堆积，没有水流扰动、冲刷的时候，很容易想到这是处理核废料的最佳选择：人类把有害的垃圾送了深渊，只有不断埋葬而永世不得“翻身”，似乎是万全之计。深海底流的发现，表明洋底并不太平，因此各国政府已经制定了法律禁止这类遗祸子孙的事件发生。

深海热液1977年，美国“阿尔文”号深潜器下到东太平洋中隆2500m水深的加拉帕戈斯裂谷，发现了正在喷出热液的洋底“黑烟囱”。所谓热液，就是原来比较冷的海水沿裂隙进入洋中脊的地壳，由于这里的地壳是地球上最薄的地方，海水可以继续渗入数公里深处的地幔处，并发生物质发生交换，被地幔加热后返回到海底，由于高温（300~400ºC）而比重轻（才0.7g/cm3）、富含硫化物，这种热液的喷出速度高达每秒数米，就如黑烟一般，尉为奇观。热液喷出后，遇到了冷的海水而迅速降温，所带出的矿物质结晶而形成烟囱状，由于富含硫化物而呈黑色，高度可达十米，耸立于洋底。这些“烟囱”迅速生长、也很快倒下，形成一片金属硫物矿床。这是今天正在形成着的活金属矿床，是深海海底的一种资源，同时它为地质时期的热液矿床成矿机制提供了现代模型，对成矿理论研究具有重要的科学价值，同时对理解地球内部与表层能量和物质交换有着重要意义。

热液生物群热液作用最令人感兴趣的地方可能并不是作为矿产资源，而是这里的深海生物群落。当年“阿尔文”号深潜器发现“黑烟囱”的同时，看到了这种独特的生物群，我们称之为“热液生物群”。其实“深海无生命论”早在十九世纪六十年代就已经不攻自破，因为当时需要把洋底电缆拖上来修理，结果发现电缆上竟然生长着很多附着生物。但直到二十世纪六十年代，人们依然认为深海生物十分稀少，主要是因为此前主要是通过水下摄影的方法来调查数千米深处的海底生物。后来人们改进了深水取样设备，可以把海底表层的岩石和沉积物原封不动地取上来，才发现深海底部决非“沙漠”，生物多样性之高简直就是“热带雨林”，只不过生物个体过于细小，被以往的研究所忽视而已。热液生物群的发现则更是石破天惊，不仅是因为生物的密度比周围海底高一万倍到十万倍，主要是在于这种生物群所赖以生存的能量来源。

热液生物群中最有趣的就是3米长的蠕虫管子，这些蠕虫既没有口也没有消化器官，全靠硫细菌提供营养。在这二千多米的深海海底根本没有阳光，不可能进行光合作用，而且温度高、压力大，硫细菌从热液中取得地热的能量，支持着这种特殊的热液动物群，除蠕虫外还有瓣鳃类、螃蟹等等。而且热液动物的新陈代谢特别快，远远高