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什么是“水下河”?

不一样的隐形河,所谓“水下河”指的是存在于海洋深处的河流。也称深海水道。

神秘的水下河

不一样的隐形河

所谓“水下河”指的是存在于海洋深处的河流。也称深海水道。

在博斯普鲁斯海峡的下方有一条神秘河流。在那里,有河岸,有急流,有1千多米宽的宽敞平地,甚至有瀑布。就其水流量而言,如果将它置于陆地上蜿蜒流动,每秒流动的水量仅次于亚马孙河、恒河、刚果河、长江和奥里诺科河,称得上世界第六大河流。然而,哪怕是常年往返于马尔马拉海和黑海之间的船员们,也根本不知道他们脚下还存在着这么一条河流。这条神秘河在他们脚下70米的地方静静地流淌着,一直流淌到大陆架的边缘,然后消失在深渊。

什么是“水下河”?黑海底部奔腾着一条宝蓝色的大河,这是用伪色进行3D扫描得到的图像。

这条神秘河没有名字,但绝不是世界上的唯一:大洋深处还存在着大量这样的神秘河。这些水下河在洋底纵横交错,有些能绵延数千千米,有些甚至深达数百米。它们就是我们这颗行星的“动脉”,负责将海洋沉积物运送到更深的海底。运送过程中携带的大量氧气和营养还能滋润海底生灵,使其茁壮成长。同时,它们还是埋葬从陆地滚滚而来的有机质的功臣。可以说,它们是整个地球碳循环的重要组成部分。

在此之前,由于卫星探测技术无法达到那么深的海底,声纳和雷达也帮不了多少忙,科学家们在这一领域的研究几乎停滞不前。多亏了潜水艇和实验室里多次艰苦卓绝的实验,科学家们现在才得以叩开神秘水下河这扇大门。它们的发现对气候学家、电信公司还有石油公司来说,可算是一个福音。

电缆绳大战巨流

如果将地球上的海水抽干,你会发现,这些神秘的水下河已在海底凿出了错综复杂、如迷宫般的沟渠,它们叫“深海水道”。乍一看,在这些“深海水道”中奔腾的河流与陆地河流无异,但它们的“表达方式”——浊流却更具毁灭性:很多时候更接近于雪崩、沙尘暴或火山碎屑流,破坏力十足的它们对通信电缆构成了巨大威胁。

多亏了铺设在海底的通信电缆,才能将我们的声音、数据和网络流量传送到大洋彼端。但是,美国新罕布什州杜伦大学海岸和大洋绘图中心的詹姆斯·加德纳说:“如果将一根电缆铺进几百米深、几千米宽的‘深海水道’中,那么一旦有浊流流过,电缆就会断裂。”

如今,通信公司在铺设电缆之前都要先勘察洋底,希望避开这些“深海水道”。在英国全球海洋系统公司担任缆线工程经理的斯图亚特·威尔逊说:“如果一条‘水道’的地势十分险峻,那么任何横跨于它的电缆就会悬浮在水中,这样很容易被捕鱼设备或船锚损坏;而如果水下电缆在‘深海水道’铺设成功,由于水流流动,它们又会像被拨动的琴弦一样颤动不已,并更容易和海床碰撞,以致磨损或毁坏。”

什么是“水下河”?上图:多亏了铺设在海底的通信电缆,才能将我们的声音、数据和网络流量传送到大洋彼端。但是,破坏力十足的海下巨流往往对通信电缆构成巨大威胁。

不过在以前,多数铺设缆线的公司并没意识到水下还会有暗河,而且对水下河流的巨大破坏力知之甚少。1858年8月16日,当时的英国国王维多利亚女王给时任美国总统詹姆斯·布坎南发去贺电,热烈祝贺第一条横跨大西洋的电缆铺设成功,此时地中海和红海的底部已经分布好了好几条混乱的电报线。不过,幸运的是,水手将它们放下海床时并不知道水面下还存在那样危险的河流,几十年来,好运气始终与他们同在。

然而,在1929年11月18日下午5点02分,一切都改变了。加拿大纽芬兰南部海外250千米处的地方发生了里氏7.2级地震。虽然此次地震级别高,但给地表造成的损失却极小,只垮塌了几根烟囱,堵住了一些山间小路而已。

但是深海底部却是另外一番模样:这场浅源大地震触动了一条暗河。约200立方千米的沉积物沿着斜坡轰然倒塌,切断了海底12根电缆,加拿大沿海通信彻底中断。

最初,人们把加拿大沿海通信中断归咎于这次地震。直到20年后,科研人员才确定了真正的“罪魁祸首”。纽约哥伦比亚大学的地质学家布鲁斯和莫里斯分析了浅源地震记录,并记下了每一根海底电缆断裂的时间和地点。结论表明:地震导致大量沉积物掉进大陆架,水下河搅拌着泥土以惊人的速度席卷海床,将一根又一根电缆无情折断。计算显示,这股“脉动”流速高达每小时100千米,它从震中出发,沿着大陆架倾泻了600千米之远,一路狂奔至河岸。

其实,在此研究之前,地质学家就已经开始怀疑海底还有水下河的存在。早在1930年代末,粗略的水下绘图就已经显示:大陆边缘由于侵蚀产生了很深的“伤口”,就像是大峡谷在陆地上雕刻出的裂纹一样。地质学家认为,这种地貌特征可能是由富含沉积物的浊流侵蚀造成的。但是,这些也只是猜测,在布鲁斯和莫里斯的研究结果为世人熟知之后,人们才能得以了解这些浊流本身由何种力量触发和塑造的。

至今,浊流仍然摧残着每一根海底缆线,全世界约95%的国际电话、互联网和数据传输都得依靠它们,每断裂一根海底电缆就可以让大片区域和外界失去联系。例如,2006年,我国台湾附近海域的一场地震就引发了一股剧烈的浊流,使得全岛陷入了无信号的状态。该次地震中至少有16根海底电缆被切断,给整个东南亚都造成了非常严重的影响。

也许有人会奇怪,为什么我们对火星和金星上的“沟渠”测绘会比对“深海水道”的测绘更加精准?“我们需要数百年的船时(航行时间)来发现并绘制地图,”西班牙科学家佩里这样解释道,“我们还要等未来开发出更为合适的远程遥控装置,才能完成这些“深海水道”的地图绘制。”

什么是“水下河”?水下河和地上河截然不同。无论是在水下还是在地上,水流在经过弯道时都会受到一组合力的控制。在陆地上,主要表现为离心力;而对于水下河来说,科里奥利效应就会发挥比在陆地上更大的作用。

水下猛兽

我们都知道,地上河永远不会只待在一个地方,因为它们会不断侵蚀冲积平原和河岸,从宏观时间上看,水道始终在缓慢地进行移动。而海底的巨流可没这么乖巧,它们一旦曲折到一定程度,就会垂直急降数百米,那场面一定十分壮观。

不过,奇怪的是,水下河竟然也会“枯竭”,就像陆地上的河流会干涸一样。当然,所谓的“枯竭”是指“水道”里仍然充满了水,但是里面却没有流泥和沙子的踪影,需要一次“强大事件”才可能再次引发“浊流”。这个“强大事件”可能是地震,可能是一座海底峡谷顶端堆积的沉积物因承受不了自己的重量而突然崩溃,也可能是一条流进大海的内陆河。以刚果河为例,当它快要流进大西洋时,它的河水中已饱含了丰富的沉积物,这些沉积物累积形成的外力,甚至可以在水下凿出一条新的暗河。

下面再让我们来认识认识深不可测的大洋暗河吧。太平洋地图的总绘制师加德纳发现:在越靠近陆地的海域,越有可能存在巨大的暗河。“很难解释,它们为什么在那儿?”他说,“反正它们就是在那儿”,而且还“狡猾至极”。研究者曾试图在浊流中放置工具来测量其流速以及泥沙的含量,但浊流几乎都将它们摧毁得片甲不留。

然而,有一条水下河比其他凶猛的同类要友善得多,它就是博斯普鲁斯海峡下方那条巨大的暗河,从地中海流入马尔马拉海。它不像其他暗河那般泥泞,里面裹挟的全是盐度极高的咸水,其密度比周围的黑海水还要大许多,密度使它在河床下径自蜿蜒流淌。英国利兹大学的沉积学者杰夫说:“尽管当前这条巨流的构成与其他泥泞的‘兄弟’不同,但两者在动力学上并无二致,再加上它流经的区域海水较浅,研究起来也就比较方便。”

什么是“水下河”?位于海床以下2~4千米处的古老水道颗粒孔隙中蕴藏着丰富的石油、天然气,甚至黄金。

科里奥利效应

2010年,杰夫带着一艘鱼雷状的潜水艇前往博斯普鲁斯海峡进行科学考察。直到2013年7月,他的团队才首次记录下了一条“深海水道”中巨流的详细数据,他们惊讶地发现:这条水道就像一条被惊扰的响尾蛇一样扭来扭去。当然,陆地上的河流也会根据周围的地质,或曲或直,但是水下河与陆地河完全是两码事。杰夫分析了世界各地的水下河发现:“凡是那些扭曲蜿蜒的巨流都接近于赤道,一旦到了两极附近,它们又都会变得笔直。”

这是为什么呢?杰夫怀疑,罪魁祸首可能是科里奥利效应——它使物体在一个旋转参照系中偏离原来的位置。科里奥利效应在很大程度上控制着地球大气和海洋的循环,没有它,我们就不会有飓风、海流或湾流;它在高纬度地区的影响力最大,越往赤道走,影响力越小。那么,科里奥利效应是否会影响泥泞的浊流呢?

由于无法直接察看不同的水下河,杰夫将目光转向了实验室。他们将一个直径约2米长的圆罐子放置在一张旋转桌上,罐子里装满了水。在罐子底部,他们用丙烯酸建立了一条蜿蜒的水道,并注入了一股浓稠的咸水来模拟泥泞的海底浊流。随后,他们以不同的速度旋转罐子,模拟地球在不同纬度的自转速度,并测量咸水在罐子中的情况。

他们发现,水下河和地上河截然不同。无论是在水下还是在地上,水流在经过弯道时都会受到一组合力的控制。在陆地上,主要表现为离心力,即当流水快速流过一个弯道时,离心力将水往外推,同时,在重力的影响下,水流被往下拉,然后匍匐前进。然而,对于水下河来说,要想理解为什么科里奥利效应对浊流有一定的影响,就得想一想一块砖头在水下比在陆地轻多少(因为水的浮力在一定程度上抵消了砖头的重力)。同样的道理,浊流的重力也会被周围的海水浮力所削弱。当水的重量不再是浊流的主导力量时,科里奥利效应就会发挥比在陆地河流上更大的作用:它将浊流推向一边,导致双方存在一个巨大的高度差,流向的改变导致水下河的形态和泥沙沉淀都发生了巨大的改变。由于科里奥利效应在两极处影响力更大,所以在合力作用下,那里的水下河比赤道附近的流得更直。

什么是“水下河”?

在墨西哥图伦以南17千米有一处神奇的水下河,是的,它也不是地下河。这个神奇的地方从水面下潜30米时还是淡水,但30到60米盐分开始增多,到最底下竟然出现了一条河。河的四周落叶流动,落英缤纷!其实这并非是一条真正意义上的河流,里面流动的不是水,潜水员们发现那是硫化氢。

宝藏大发现

不止是纯科学的研究,更多发现的背后还存在着强大的经济刺激。石油公司在海洋寻找钻探地点时,他们的目标基本锁定在位于海床以下2~4千米处的古老水道。当这些水道活跃的时候,浊流带来了泥沙,泥沙不断堆积,聚集成了一个大“宝盆”:这些泥沙颗粒的孔隙中蕴藏了丰富的石油、天然气,甚至黄金。这些石油、天然气深埋在海底深处,由几千年前古代的动植物腐烂沉积形成,多亏了“深海水道”的运动将它们从深不可测的泥土中抬升了上来。

英国石油公司的沉积学者麦克·梅奥尔说:“石油公司一旦发现一条古老水道,就要着手开展对沉积物的分析。平时收集的地震数据有助于我们掌握沉积物的性质。”有了现代技术,石油公司就能看清泥沙的分布,在某些地方,分辨率十分可观。

对“深海水道”的探究还将有助于气象学家更准确地建立气候模型,用以研究全球的碳循环。从陆地源源不断流向海洋深处的有机物质可能发挥了关键作用。虽然海床上的生物会消耗一部分有机物,很多其他部分则会被深埋于海底的沉积层中,永远不会进入大气层。“这是目前研究领域的一个热点,” 罗曼说,“人们试图量化到底有多少碳被运输到海底然后被掩埋掉,掩埋的速度又是多少,这对全球碳循环到底有什么影响。”

然而目前,我们对它的了解,还不足以揭开它神秘的面纱。

作者:文颖

来源:《大自然探索》

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