《深海浅说》2.第一部分

《深海浅说》的读书笔记和读后感。先来看第一部分。我带你回顾两个关于海洋的基础知识，海洋有多大，以及海洋有多深。提到海洋在地球表面的占比，相信很多人应该都记得曾经学过的地理知识：海洋面积约占地球表面积的70%。如果把这个问题再往下追问一步，海洋可以被划分为几大洋呢？可能大部分人的答案就该更新了。前面我们提到，在2021年的6月8日“世界海洋日”，美国国家地理学会正式承认南大洋，它与太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋并称为世界五大洋。你可能会疑惑，这个南大洋在哪里？为什么会凭空多出来一个大洋？南大洋是南纬50°以南的印度洋、大西洋和南纬55°到62°间的太平洋海域，换句话说，你可以把南大洋理解为围绕南极洲大陆的海洋。跟其他四大洋不一样的是，南大洋是世界上唯一完全环绕地球而没有被大陆分割的大洋。这是什么意思？你打开世界地图，就会发现，其他四大洋几乎都被大陆包围着，比如面积最大的太平洋被亚洲和美洲包围，大西洋被欧洲、非洲和美洲包围，但是南大洋不一样，它的南面是南极洲大陆，北部边界没有连接着陆地，而是与大西洋、太平洋、印度洋相连。也正因为如此，长期以来，地理学家一直把南大洋当作这三大洋的南部延伸。既然这样，为什么还要把南大洋单独分出来呢？原因在于，经过多年的观测和研究，科学家发现，南大洋在全球大洋的环流中起着特殊的作用。过去科学家的共识是，北大西洋决定着全球的洋流。因为温度低、盐度大，北大西洋表层的海水下沉到深层，并流向南部，到南半球之后再上翻，返回北部，这样一来，海水的流动像传送带一样，把太阳照射的能量分布到地球低纬度和高纬度的不同地区，进而影响气候变化。但是，随着近年来研究的深入，科学家发现，温度低、盐度大的特点，并不能驱动大洋形成环流，新的观测和模拟表明，驱动的源头在南大洋，靠的是强劲的风力驱动。南大洋的环南极西风，是地球表面最强的风系，它有多厉害呢？由它引起的上升流，可以让2000到3000米深处的海水上涌，从而使得地球80%的深层海水能重见天日。你可以这么理解：有一条“大洋传送带”，海水从北大西洋下沉，从南大洋上升，海水通过这个过程来影响全球的气候。过去科学家认为，驱动传送的力量来自北大西洋下沉流的推动，而近年来新的发现认为，力量的源头来自南大洋上升流的拉动。你可能会想，几千米深处的大洋深层水，离我们那么远，怎么流动和我们有什么关系？其实关系非常密切，大洋的水控制着地球表层的生态环境。我们关心大气中二氧化碳的浓度，而海水里的碳是大气的60倍；我们关心气温的升降，可正是海水在控制着气候。理解了南大洋在海洋学上的特殊位置，甚至可以说是中心位置，才能更好地探索和利用海洋。讲到这里，你应该对海洋有了新的认识，世界各大洋相互连接，它们的中心是“新晋”的南大洋。不过要提醒你的是，追溯历史，“南大洋”这个词其实并不是最近才出现，科学界对“南大洋”的概念界定一直存在争议，同时随着认识的更新也在不断调整。早在2000年，国际水文组织就已经明确了“南大洋”这个概念，但是并没有被广泛接受。不少科学家认为，其他大洋海底都有对应的大洋中脊，脊就是脊柱的脊，这是地壳最活跃的地方，经常发生火山活动和地震，也因此能产生新的地壳。但是南大洋缺少中脊，因此并不承认它的独立地位。科学界的争议我们先不去管它，作者在书里也提到，人们使用的科学概念，往往并没有绝对的标准，很多时候取决于传统习惯或者使用的方便。如果我们承认南大洋的存在，那么，世界五大洋的面积大小该如何排列呢？南大洋会排在第四位，前面依次是太平洋、大西洋和印度洋，排最后的是北冰洋。 说完了海洋有多大，我们再来看看海洋有多深。你可能知道，全世界海洋的平均深度是3000到4000米，最深的地方在太平洋的马里亚纳海沟，超过了11000米。这些数据直到20世纪才被我们掌握。16世纪麦哲伦船队环球航行时，在太平洋中部丢下一根系着炮弹壳的700米长绳，发现根本够不到底，由此认为大海是没有底的。其实对于古人来说，航海怕浅不怕深，因为如果海水太浅，船就会撞上暗礁浅滩。你可能想不到，真正的深海测量，最开始还真的是用麻绳系上重物往海里扔，触底后收回来再测量。不过海水在流、船身在动，海水里的绳子不可能垂直，这种操作的精确度也可想而知。直到1870年代，美国军舰为了探索跨太平洋通信电缆的铺设，用钢琴丝替代麻绳做了测量，想到用钢琴丝的人你可能不陌生，他就是大名鼎鼎的英国物理学家开尔文勋爵，绝对温度的单位命名为“K”，就是为了纪念他。钢琴丝比绳子细得多，投放下沉也快得多，从而将测量的效率和精度大大提高。当然你也会发现，这样的测量方式太原始、太落后了。如今的深度测量，主要依赖回声测深的声学方法和卫星测高技术。回声测深是在船上向海底发射多束声波，根据反射回来的时间来推算深度。多束声波同时发射到海底，形成一条十几公里宽的测量带。但是，这种方法的弊端也很明显，就是效率太低。你想想看，海洋面积这么大，而每次测量才能覆盖十几公里，科学家估算了一下，用回声探测的方式，要想覆盖全大洋的测量需要大约200年。于是，出现了卫星测高的遥感技术。卫星上有雷达高度计，可以测量出海平面的高度。海底地形对海平面高度有重力上的影响，因此能够通过重力异常推算出水深。卫星技术大大缩短了测量的用时，大约只需要1年，但是，这种测量方式毕竟没有真正触达海底，是间接推算的结果，测量数据的精确度并不高。你看，海洋测量技术经历了三个阶段，从用绳子测点，到用声波测线，再到用遥感技术测面，取得了技术上的巨大进步。在不少人的印象里，我们既然都知道了海洋最深的地方在哪里，那么应该对海底地形掌握了大概。其实，真实情况并非如此，由于几千米厚的海水阻挡，遥感技术的精度受到影响，使得绝大部分海底至今也没有详细的地形图。我们对海底地形的了解，还不如月球背面，甚至都不如火星。了解海洋深度只是第一步，更有价值的是掌握海底地形。在这一方面，人类还需要等待更进一步的技术突破。