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搭乘“Alvin号”,“攀登”海底山脉


□ 撰文/梁鑫峰

  作为一名海洋学家,海上航行对我来说算是家常便饭。虽然每次航行都会遇到新奇的事物、见到非凡的美景,但让我最难忘记的还是那次乘坐深潜器“Alvin号”下潜到了2500米深的海底,亲眼见到了隐没在大洋之下神秘的海底“山脉”以及藏匿其间令人惊诧的生物群落。

  大洋中脊隐藏在海底的巨大山脉

  自古以来,人类就知道陆地上有山脉,而意识到海底也有“山脉”则只有一百多年。1872年英国“挑战者号”考察船进行环球海洋考察期间,利用测深锤,船上的科学家们在大西洋海底中部发现了一个巨大的隆起。1925-1927年间,德国“流星号”考察船对南大西洋进行考察,科学家利用回声测深法再次确认了这条“山脉”的存在,并发现这条位于大西洋底的“山脉”竟然通过好望角延伸到了印度洋。在接下来的几十年间,印度洋海底“山脉”和东太平洋海底“山脉”也陆续被发现。二战后,船载声学设备的发展极大促进了对海底“山脉”的研究。到20世纪50年代初期,科学家们已经知道地球上每个大洋的洋底都有“山脉”,这些“山脉”还连成了一个巨大的海底“山脉系统”,科学家将其命名为大洋中脊。

  虽然同为巨大的山脉,但是大洋中脊和陆地山脉的生成机制不同。陆地山脉大多是由于板块相互挤压形成,而大洋中脊则是新的大洋底部地壳——洋壳生成的地方。在大洋中脊的中轴线上坐落着众多的“火山口”。在那里,灼热的岩浆由地幔上涌,然后逐渐冷却,结合周围的岩石形成了新的洋壳。中轴线处的洋壳由于刚刚形成,温度高,密度小,所以升得最高,形成了大洋中脊的峰线。然后,在几百万年的地质时间尺度上,新洋壳从中轴线处不断往外扩张,温度逐渐降低,密度增加,慢慢下沉。于是,大洋中脊形成了。

  大洋中脊在科学上有着很重大的意义。正是因为大洋中脊的发现,魏格纳的大陆漂移学说开始得到重视,随之诞生了海底扩张学说,并进一步发展成现在被普遍接受的板块运动理论。它的发现使得整个地球科学发生了革命性的变化,人类对地球的认识也因此向前迈出了一大步。

  我们的目标是海底的“温泉”

  虽然距其发现已有近百年的历史,但因为现场观测难度大、花费高,科学家对大洋中脊的了解仍然非常有限。为了进一步了解大洋中脊,获取更多数据,特别是关于大洋中脊处特殊生物群落的数据,美国国家自然科学基金会资助伍兹霍尔海洋研究所和哥伦比亚大学的拉蒙特一多尔蒂地球观测站等科研单位在东太平洋海隆处开展了一系列的现场观测,我参与的就是其中的一个航次。

  在驶离墨西哥西部港口城市曼萨尼约4天后,我们到达了北纬9.5度,东经104度,接近了这次考察的目的地——东太平洋海隆。顾名思义,东太平洋海隆位于太平洋东部,是整个大洋中脊系统的一部分。

  深海研究要用到载人深潜器,我们这次使用的是曾经发现“泰坦尼克号”残骸的著名深潜器“Alvin号”,它建造于1964年,是世界上最早的载人深潜器之一,它能以每小时几公里的速度下潜,最深可达4500米。自投入使用以来,“Alvin号”已经成功下潜了4000多次。因为深潜器要承受巨大的水压,所以其载人区域都比较小。“Alvin号”的载人空间是一个直径2米左右,厚度达5厘米的钛合金圆球。除了供人员进出及安装科学仪器所需的出口之外,球上面还有3个30厘米左右的观察窗。通过这几个小窗户,驾驶员和科学家可以观察海底的状况。“Alvin号”下潜时,一般配备一位驾驶员和两位科学家。这次下潜的3人中,我做的是物理海洋学方面的研究,同行的女科学家苏珊是研究海洋生物的。

  我们下潜的目标是寻找大洋中脊处存在的一种特殊地质结构——热液出口。什么是热液出口呢?简单来说,就是海底冒热水的地方,跟陆地上的温泉类似。早在上世纪60年代,受陆地上火山多发区存在着热液系统的启发,科学家们预测类似的热液系统也存在于大洋中脊区。冰岛,作为大西洋中脊出露海面的一部分,其上有着众多的温泉和间歇泉,也间接论证了这一观点。不过,直到1976年,海洋学家们才第一次获得了大洋中脊处存在热液系统的直接证据。

  根据海水的走向,热液系统可以简化为两个部分:海水下沉区和海水上升区。大部分洋底属于海水下沉区,在那里,冰冷的海水顺着海底岩石的缝隙进入洋壳的深处。而大洋中脊附近的热液出口则是海水上升区,在这里海水与被岩浆灼热的岩石接触发生反应,变成高温高压且富含矿物质的水,然后上涌喷出洋壳顶部。每一千万年,海洋中所有的约14亿立方千米的水就会通过热液系统循环一遍。与之相伴的海水同灼热岩石之间的化学元素交换,对于海水的化学成分也就有了决定性的影响。可以说,没有热液系统,海洋就不会是现今的模样了。

  遇见神奇“黑烟囱”

  科考船上巨大的绞车轻轻抓起“Al—vin号”,将它慢慢放入水中,下潜开始了。三个人加上各种仪器,把“Alvin号”的载人空间塞得满满的,我们只能坐在那里,蜷缩着身体,每人守着一个小窗户,动都不能动。好在初次下潜的兴奋可以轻松抵掉空间狭小带来的不便。

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