我們知之甚少的海底大河

遠在海面之下的海床正被底泥的河流沖刷,這些海底河流可能來自大陸,流經數千英里。

我们知之甚少的海底大河

這條河從陡峭的山谷飛流直下,繞過一座座巨石,然後在一片廣袤的平原蜿蜒繞行。河流之湍急,和鑿出大峽谷的科羅拉多河不相上下。然而這個壯麗的自然景觀從來沒有出現在任何旅遊照片裡,也不會在任何地圖上被標出。因為它在太平洋水面下3.2公里。

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從加利福尼亞海岸延伸開來的蒙特雷海底峽谷正是數百萬年來被這種奇特的“海底河流”塑造而成。在峽谷口外,水流在海底衝出一道深谷,延伸322公里之遠,然後傾洩在大洋深處的平原上。

全世界所有的海床都有類似沖刷而成的渠道。在亞馬遜河、剛果河以及孟加拉河等,都可以發現它們的蹤跡。它們中最大的有幾英里寬,數千英里流經大洋深處,為生活在那裡的動植物提供養料。但是在我們這個星球上這些海底河流卻是最不為人知的現象。

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在很多方面,海底河流和我們在陸地上看到的河流很相似。它們都有一邊一個的河岸。小一些的被稱作“支流”的河流流進大一些的河流裡。這些河流在海底衝出一個個河谷,它們沿著蜿蜒的路徑一路向前,甚至改變流向,結果形成像牛軛湖的河段。最後,它們流入大洋深處的平原地帶,就像流入一個河口一樣。

“如果你把水抽乾,它看上去簡直就是一個彎彎曲曲的河流系統,只是兩岸沒有樹木而已。”丹·帕爾森斯說,他是英國赫爾大學的沉積學家,為研究海底河流走遍世界。

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這些水下河道幾乎全然不為人知,直到上世紀80年代,在對海底做聲納製圖時它們才開始走入人們的視野。許多海底河流來自像亞馬遜河和剛果河這樣的大河河口,在海底厚厚的沉積物中崎嶇前行。同時,科學家們把它們比作陸地上成熟的水系,比如密西西比河下游地區。

在大陸架上衝鑿而成的水下河谷就像一個河流體系的源頭。河流從那裡流進一條條彎彎曲曲的河道,這些河道隨大陸架上下起伏。

順著這些海底大河而流的不是淡水,而是沿海床河道蜿蜒前行的泥沙。

科學家們在河道的沉積物打鑽取樣,沉積物芯顯示出它們是由流入河道的沉積物不斷堆積而成。

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順著這些海底大河而流的不是淡水,而是沿海床河道蜿蜒前行的泥沙。每個顆粒由於自身的重量而在水裡不停翻騰。如同山間發生的一場雪崩,一條新的水道在大陸架上驟然開流,速度越來越快,勢頭越來越猛,直到它像液體流動不停。一條海底河一旦開流,流動一次會持續數週甚至數月,一次帶動的泥沙沉積物抵得上全世界陸上河流一整年所衝運的量。

“沿著這些河道順流而下的更像雪崩或火山碎屑流。”帕爾森斯說。然而,要研究深海之下的這些流變過程是極其困難的。“當你要把它們和我們已知的陸地上的河流相比較時,我們真的無法給出這些海下河流的規模。”帕爾森斯說。

對此,部分原因在於研究深海環境的難度。許多河道都是在距離海面2公里多的深處,可能會流至4公里的深度。想要到達這樣墨黑一片的海底深處,需要用特製的可遙控深海潛艇。

更糟的是,這些海底河只是間歇性地流動。一段急流過後,河道可能停流好幾個星期,好幾個月,甚至數年。科考船配備有用於深海探測的遙控水下機器人,但一天的花費就需25000英鎊。所以能夠研究這些海底流的科學家寥寥無幾。

“以前人們就是沒有去實地觀察的能力。”傑夫·匹科奧說,他是英國利茲大學的一名沉積學家。“事實上,我們對於月球另一邊所擁有的分辨率要好於海洋。我們對這些水下河流知道得太少了。”

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多年來,研究人員不得不依賴實驗室模擬的手段,在大型箱體裡把海水和建築石膏或灰泥混在一起以製造濁流。回放這些試驗的錄像可以看到這些濁流和崩塌或火山碎屑流很相似,沉積物沿箱體底部翻騰。

現在一小群無畏的研究人員開始探究這些深海河道,更清楚地瞭解它們的活動方式,以及在它們周圍都生活著什麼。“我們現在所處的階段有實地全規模測量海底流的技術,”帕爾森斯說,“不久以前這還是不可能的。”

“在蒙特雷,我們反覆給海底峽谷製圖,看它如何隨時間變化。”帕爾森斯說。他的團隊正使用自主水下航行器觀察海底流如何改變海底形態。 帕爾森斯在英屬哥倫比亞外海也做過類似的研究。在那裡,冰川融水和山裡的積雪把沙泥衝到加拿大比特灣頂部的三角洲,在那裡一瀉而下形成一股強大的“濁流”流入水下河道。“濁流”被作為這些含沙河流的名稱。

在一項2010年公佈的研究中,匹科奧和帕爾森使用一個水下機器人探測流過黑海海底的一條深海河道。在這裡,他們發現有另外一種水流在衝刻河道,這是鹽水流,源自地中海,經過窄窄的博斯普魯斯海峽溢入黑海然後進入海底河道。

因為地中海的海水比黑海的水更鹹、密度更大,所以一路上它和其他水保持分離,以每小時6.4公里左右的流速流動。每過一秒就有22萬立方米左右的水流經這個河道。

2013年,蒙特雷灣水族館海洋生物研究所的查理·保羅和他的同事們利用遙控潛水器探測一個相對小一點的海底峽谷,這個海底峽谷距離加利福尼亞海岸僅僅幾英里。遙控潛水器用繩子系在上方大約400米的海面的一艘船上。在事先沒有一點徵兆的情況下,一股濁流奔騰而下流入峽谷,遙控潛水器也被挾裹其中。一個遙控潛水器的操作者把這個經歷描述為就像“遙控一架正處龍捲風中的潛水器”,這個五噸重的遙控潛水器從海底被拽了上來側推而行。

這些沉積物流動時產生的巨大力量本身就讓對它們的研究成為一個挑戰。

從發回的視頻圖像來看,一股密集的泥水在峽谷裡奔騰翻卷,可以看到從上游海床撕開的叢叢海帶急速衝過。但是還沒有來得及再瞭解更多情況,他們就不得已把遙控潛水器從那裡拉開,擔心它的繫繩被扯斷。

南安普敦大學的埃絲特·薩姆納於2014年所做的一項分析顯示這種從上到下厚達90米的沉積物流以每小時6.1公里的速度在海底峽谷流動。然而這相對來說還算是小的。

在對更大規模海底流的研究方面,蒙特雷灣水族館海洋生物研究所的海洋學家現在引領著新技術的發展。他們已開發出聲學“流速照相機”,可以用來測定這些濁流流出流入蒙特雷海底峽谷的速度。

他們做出“聰明石頭”:沙灘排球大小的儀表陣列,也叫做海底事件探測器或床。這些東西可以放在海底河道的河床上。當沉積物流傾洩而至時,它們被捲起帶走。發回的信息顯示了它們如何翻滾,如何漂流,又如何從河床抬升。

然而,這些沉積物流動時產生的巨大力量本身就讓對它們的研究成為一個挑戰。2016年1月,保羅和他的團隊損失了一個固定的檢測裝置,連帶一個一噸重的三角架。當時,一股強大的沉積物流以每小時19.3公里速度衝下蒙特雷海底峽谷。通過跟蹤其信號燈發出的聲音,他們最終還是找到了它,這時距離原來的位置有三公里,幾乎完全被埋在泥裡。當他們設法把它拽出來後,他們發現框架上的鋼板已被壓彎變形,被磨成了刀尖;三角架頂端的碳纖維和鈦金屬浮標也嚴重鏽蝕。十個月後,他們又以同樣的方式損失了第二個三腳架,後來在又一起事件中,他們看到整套工具被拖離原位7.1公里。

面對這種破壞力,很難想象沿這些海底河道能有什麼生物存活。然而,有一些物種,至少看上去生機勃勃。

在這些河道底部隨處可見蝸牛、蛤、甲殼綱動物、海膽、海參和各種各樣的蟲子。

“這些沉積物流對海底峽谷的生物多樣性有著重要的影響。”路易斯安那大學海洋聯合會的克雷格·麥克萊恩說。他也是蒙特雷海底峽谷研究團隊的一員。“對於有些物種,這種干擾反而促進了它們的數量快速增長,對於另外的物種來說,其數量下降。這要看一個物種是不是那種長得又快繁殖又快的‘野草’式物種。”

得益於和蒙特雷灣水族館海洋生物研究所研究人員吉姆·巴利的合作研究,麥克萊恩有證據顯示海底河道的河床上佈滿蝸牛、蛤、甲殼綱動物、海膽、海參和各種各樣的蟲子。而且,除了峽谷提供的安全外,沉積物流攜帶的各種營養物以及氧氣似乎也有助生物在大洋深處相對來說貧瘠的地方存活下來。

為了解真相,科學家也研究了史前海洋下形成於沉積物流的沙石。那些石頭上的洞孔說明小蟲子曾經鑽入沉積物藏身。“對於沉積物流來說,情況似乎是它們不僅把氧氣和營養物帶到深海,同時它們也隨身帶來生物,”匹科奧說。“這些蟲子是從較淺的水域衝下來的,待風平浪靜時便在沉積物裡生活,直到用盡氧氣。”

薩姆納在2016年所做的一項試驗說明多毛類的蟲子——那些顏色鮮豔的海洋生物,長滿短毛形如菸斗通條——可能在一路顛簸之後毫毛未損地倖存下來。生活在沉積物裡的有機物可能跟這些海底河流動的方式一樣發揮著重要作用。

英國班戈大學的哈科·巴斯和同事們在2015年所作的一項研究表明,生活在泥裡的微生物有助於沉積物的集聚直至其最後毀滅。這就有助於解釋為什麼海底河表現出週期性流動的特點。

“最大的沉積物流很可能是沉積物大陸架上沒法再堆積時引發的,”英國杜倫大學的地質學家皮特·塔嶺說,“暴風雨引發的洪水或海浪可以導致水下的排山倒海。充滿沉積物的淡水比海水密度大,所以直衝海底。”

這些都是威力巨大、破壞性極強的沉積物流。

“最極端的我們稱之為‘峽谷沖洗式’濁流,” 一直在英國南安普頓大學研究納扎雷峽谷的喬西·艾琳說,“這些可要猛烈多了,能從峽谷沖掉大量沉積物達數十立方公里,並把它衝運到深海海底。他們似乎已發生了成百上千年,但是還從來沒有被直接觀察過,對其特點我們所知甚少。”

發生峽谷沖洗式的濁流為罕見現象,但把它們搞明白仍然十分重要。首先,他們有助於把沉積物中大量的碳鎖定在海底,這樣就能稍稍放慢導致氣候變化的溫室氣體的上升。

它們對我們的生活也有更直接的影響。今天,全世界幾乎所有的互聯網和銀行交易都通過海底電纜進行,所以如果這些電纜被切斷,將導致嚴重問題。連接美國和歐洲的電纜有許多正好穿過從紐芬蘭南下的這同一條海底河道的路徑。科學家估計1929年流進河道的沉積物流速達每小時93公里,它們挾裹著地震留下的泥沙碎石橫穿海底1100公里。

“這些都是威力巨大、破壞性極強的沉積物流,”帕爾森斯說,“瞭解它們的活動規律很重要。”


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