海底世界是奇特的、神秘的,有着很多人类未知的秘密,有着很多人类未解的谜团。在人们所知有限的海底知识中,我们不仅看到了最黑暗的世界,还看到了最漂亮的景观;不仅探测到最诡异的生物,还探测到最复杂的地形。最高的山蜂不在陆地,而在海底。无论是奇特的海底高山,还是奇妙的海底峡谷,都蕴含着太多鲜为人知、极具诱惑的惊人秘密,等待人类的探险与发现。
海洋之水何处来
在几个世纪前,人们都普遍认为,海水是地球自身产生的。当地球从原始太阳星云中凝聚出来时,便携带有这部分水。起初在矿物中以及岩石中普遍存在结构水、结晶水这些形式。后来,随着地球的不断演化,轻重物质开始慢慢分离,它们便逐渐从矿物、岩石中释放出来,成为海水的来源。但事情的进一步发展却超出了当时人们的想象力:因为当科学家们对在被他们称为火山“初生水”进行研究时,惊奇地发现,它们的成分与地面水的成分十分相似,这就表明,其实它们只是地下水与地表水的循环对于天体地质的研究,近代流行的说法是,在地球临近的星体中,大多数都是贫水的,无论与太阳的距离多远或多近,而唯有地球拥有如此巨量的水,这不能不使人感到奇怪。当然在奇怪的同时,也引发了人们更多的深思。
但科学家们对此则认识不一。一些人认为,地球上的水不完全是地球自身就有的,而是和彗星相撞得来的。后来,美国的一些科学家,通过研究人造卫星收集的关于地球的照片中,其中数千张大气紫外辐射图片都显示这样一个事实:总有一些奇特的小黑斑点在圆盘状的地球图像上显示。但他们存在的时间很短,大约只有二三分钟,面积却很大,约有2000平方千米。经过仔细检测分析后,他们一致得出,是小彗星所为,他们以冰块组合的形式冲入地球大气层,而这种陨冰因摩擦生热转化成水蒸气,最后就产生这样的结果。从照片还可估算出每分钟进入地球的这种奇特小彗星,数量大约在20颗左右,若其平均直径为10米,则每分钟就有1000立方米水进入地球,一年即可达0.5立方千米左右。科学家们由此推论出,在46亿年来,地球形成的漫漫长路中,就会有23亿立方千米进入地球的彗星水。这个数字和海水总量相比,显示是有过之而无不及。因此,伊阿华大学的科学家们的意见是否可靠,还有待验证。
但仍有科学家坚信水是地球固有的这个事实。他们指出,虽然有证据表明一些水体是由于地表水的循环造成的,但这并不排斥其中可能混有少量真正的“初生水”。通过计算,如果地球以前火山活动和现在火山活动都释放相等的水汽,那么如此漫长的岁月,累计的水汽总量将是现在地球大气和海洋总体积的100倍。所以他们认为,地球水绝大部分都是来自自身的循环,大约只有1%是来自地幔的“初生水”。而正是这部分水构成了海水的来源。
除此之外,还有的学者认为,金星、火星和月球上原来应该也是有水存在的,只是有的质量太小(月球和火星),引力达不到足够的力量,致使原有的水全部逃离;而又有的像金星这样的星体,表面温度又太高,也就失去了维持水的条件。只有地球由于条件适中,使原有的水能够得以长期保存。因此他们认为,不能从地球近邻目前的贫水状态来推论地球早期也是贫水的。
总之,关于海水来源之争,目前各种意见仍相持不下。要揭开谜底,尚需付出艰辛的努力。
素描海底三分天下
海底地形是千姿百态的,它如同陆地地貌一样,有绵亘不断的海岭、有坦荡平缓的深海平原、有两岸陡峭的海底峡谷、有山峦起伏的海隆、还有被称为“地球门户”的海渊、有喷发岩浆的海底火山、有形如舞池的平顶海山、有虬枝缤纷的珊瑚礁……大自然用“上帝之手”,把碧波淹没下的海底世界,雕琢得多美多姿,壮美非凡!
按照海底地形的基本特征,可以把海底地形分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三个地貌单元。
1.大陆边缘
大陆边缘是大陆与大洋连接的边缘地带。人们通常根据大陆边缘的水深和坡度,把它从浅至深划分出大陆架、大陆坡、大陆基三个地貌单元。有的大陆边缘,如西太平洋的大陆边缘,还具有海沟—岛弧—弧后盆地这种鲜明的地貌特色。
2.广阔平坦的大洋盆地
广阔无垠的大洋盆地,其深度在2500~6000米,大部分是深海平原,辽阔平坦,但景色单调。在平原的周围,分布着绵亘千里的海岭,陡峭的海山峰和光滑如刀削的平顶山,其中还有深海谷、断裂带和海槽等。
大洋盆地位于大陆边缘和大洋中脊平缓的坡脚之间,是大洋的主体部分。深度一般在4000~6000米。其面积占海洋总面积的45%。大洋盆地上分布有众多的海岭、海隆、海底火山,把它分割成许多大小不一的海盆。海盆底部发育深海平原、深海丘陵等地形。
在广阔的大洋盆地中,由于没有光线和温度很低,大洋深处的海底动物群非常稀少。海底覆盖一层钙质软泥及硅质软泥,主要由大洋表层生物的钙质和硅质骨骼沉到海底形成的。大洋盆地有大量的锰结核,以分布在太平洋深海洋底居多。
3.大洋中脊
大洋中脊是屹立于大洋底部的巨大山脉,如蜿蜒曲折的巨龙盘旋洋底。各大洋中脊首尾相连,它起于北冰洋,纵贯大西洋,然后向东北插到印度洋中部,又向东南延伸与南太平洋的洋脊相接,继而延绵向东北到太平洋东部沿岸作弧形分布,成为环球山系。大洋中脊总长度约8万千米,宽数百千米至数千千米,其面积约占世界大洋总面积的33%,可与全球大陆面积相比。它宛如一条巨大的“项链”环绕大洋底部,其规模是陆地上任何山系都无法相比的。
大洋中脊最显著的地形特征是整个脊顶有一条中央裂谷,将大洋中脊沿中轴分成两半。中央裂谷深约1000~3000米,谷宽约为25~50千米,是地壳最薄的部分,地壳厚度2~6千米。中央裂谷两翼是平行的脊峰。大洋中脊常被众多断层切割成一段一段的,两段之间大洋中脊的中轴错开几十千米到几百千米,最大的可移位数千千米。
大洋中脊是地壳最活跃的地带之一,经常发生岩浆上升、火山活动和地震。大洋中脊是地壳扩张的中心地带。大洋中脊那奇妙独特的地貌特征,是研究地壳运动的最佳处所,是令海洋地质学家心驰神往的地方。
历经沧桑的大陆架
大陆架是大陆向海洋的自然延伸,是陆地的一部分。大陆架坡度较小,一般在0.1°左右,起伏也不大。世界大陆架总面积占海洋总面积的8%,为2710多万平方千米。大陆架的平均宽度约为75千米,但世界各地大陆架的宽度相差悬殊,在数千米至1500千米之间。在大陆架上有由流入大海的江河冲积而形成的三角洲。大陆架拥有富饶的石油、天然气和渔业资源。大陆架浅海靠近人类的居住地,与人类关系最为密切。人类自古以来就在浅海进行捕鱼等生产活动,随着生产力的发展,人类又在浅海开辟浴场、开采石油,并利用浅海地区的阳光、沙滩和新鲜空气,开辟旅游度假区。
中国唐代诗人李贺在《梦天》这首诗中写道:“黄尘清水三山下,更变千年如走马。遥望齐州九点烟,一泓海水杯中泻。”意思是说,在不长的时间里,海变成了陆地,陆地又变成了海。可见,在古代,我们的祖先就掌握了“沧海变桑田”或“桑田变沧海”的地壳运动规律。这种变迁,正是大陆架形成的原因之一。
中国的渤海在几十亿年里,就经历了“三起四落”的变化,才逐渐形成今日的渤海和海底的大陆架。
由于“桑田变沧海”,大陆架上至今仍保留着许多陆地上的痕迹,如海底森林、海底河道,甚至还有古建筑的断壁残垣等。
1981年1月3日《人民日报》报道了中国山东威海双岛湾发现海底森林的消息。事隔不久,一些考古工作者又在双岛湾伤马店后村的海滩上挖出很多直立的树干。当地人称这种树为柞树,栎属科,是一种质地硬而脆的杂木,它不能在海边盐碱地中生长。考古工作者用放射性碳对古树的年代进行测定,结论是这些古树大约生活在2800年前。
当地流传一个故事与海水侵漫有关。说的是,古时候,双岛湾畔一家农户养了一匹白马,这马膘肥体壮却不事农耕,总是夜出晨归,回来时大汗淋漓。主人生疑,一天夜里悄悄尾随白马想看个究竟。掌灯时分,白马奔向海边,面对大海一声长啸,顷刻有虾精从海中跃出,与白马激战,至鸡叫方休。主人以为是白马的佩鬃挡住了视线,不能得胜,回家后,把马的佩鬃剪掉。次夜再战,因马的佩鬃被剪,双目显露,虾精就用长长的双螯捣瞎了马眼,白马因此战败。虾精乘海水追击,因而汹涌的海水淹没了许多田地。后人为纪念这匹神马,称这个村为伤马店,村名一直沿用至今。
当然,白马战虾精引起海水侵漫,这只是个民间传说,但海水侵漫造成了这一大片海底森林却是千真万确的。威海地区历史上海水侵漫,是由于地震造成地壳沉陷的结果。
绵长壮观的大陆坡
大陆坡是地球上最绵长、最壮观的斜坡,其上横切着许多非常深的海底峡谷,规模比陆地上穿过山脉的山涧峡谷既深又大。峡谷口外常有沉积物堆积成的海底扇。大陆坡的表面也有较平坦的地方,这些地带被称为深海平台。大陆坡向下或过渡为大陆隆(在大西洋型大陆边缘),或陡降至深海沟(在太平洋型大陆边缘)。
大陆坡是大陆架向海的一侧,从陆架外缘较陡处开始下降并深入深海底的斜坡。大陆坡坡脚是大陆型地壳与大洋型地壳的真正分界线。全球大陆坡总面积约2800万平方千米,约占海洋总面积的12%。大陆坡的平均宽度约为70千米,但各大洋大陆坡的宽度不一样,从十几千米到几百千米不等。大陆坡的平均坡度为4°30",各大洋大陆坡的坡度也不一样。整个大陆坡约有25%覆盖着沙子,10%是裸露的岩石,其余65%覆盖着一种青灰色的有机质软泥。
陡峭宏大的海底峡谷
海底峡谷即“水下峡谷”,发育于大陆边缘。头部多延伸至陆坡上部或陆架上,甚至接近海岸线,谷轴弯曲,支谷汊道较多,形状似陆上的峡谷。它一般是直线形,谷底坡度比山地河流的谷底坡度要大得多,峡谷两壁是阶梯状的陡壁,横断面呈“V”形。峡谷头部平均水深约100米,末端水深多在2000米左右,少数可深达3000~4000米。大多数海底峡谷在大陆坡上只存在一段,向上到大陆架,向下到大洋底就消失。
海底峡谷常有许多支谷汇入而呈树枝状。谷壁常有沉积物覆盖,但有时也有基岩露头。许多海底峡谷近岸谷首的坡度很大,有时达45°。谷壁多见直立甚至呈垂悬的,常有沟槽或磨光面,就像被冰川所磨蚀;谷底常覆盖大砾石或其他粗粒沉积,局部地方基岩裸露,坡度变化很大。有的海底峡谷因陆上河口发生迁移,许多河流的河口虽被更新世冰川融化引起的海面上升淹没,但其河口湾与海底峡谷谷首的关系仍可对比出来。世界上最长最大的海底峡谷在白令海。
海底峡谷中搬运沉积物的营力有泥沙流,向下运动的水流,能搬运沙,形成沙坡;还有强大的密度流(也称浊流),是洋水因含沉积物变得重于周围洋水沿坡移动而成。大陆棚或大陆坡上沉积物的滑动,能搬运大砾石。沉积物被搬运到海底峡谷出口处,堆积成巨大的海底扇。例如1929年地震时,横贯大西洋的海底电缆在大浅滩岸外被高速密度流(流速在每小时97千米以上)拉断。形成海底峡谷的另一原因,是谷底沉积物蠕动。海底峡谷的年龄,从峡谷口外巨大海底扇的形成来判断,已发育了好几百万年。人们通过对巴哈马海底峡谷的钻探和调查,发现它很可能在上新世就已存在。
最庞大的陆源现积体——海底扇
海底扇也称深海扇、海底三角洲,是发育于大陆坡麓被沉积物覆盖的向海缓斜的扇形地。海底扇多分布于海底峡谷的前缘,主要由峡谷运来的大量沉积物在峡谷口外堆积而成。海底扇包括四个部分:上部扇带,其剖面呈上凹形,坡度较陡,表面有一条深切的沟谷;中部扇带,剖面呈上凸形,坡度较缓,为海底扇沉积最厚的鼓起部分;下部扇带,其剖面呈上凹形,坡度更缓,表面光滑而微有起伏;末端扇缘,为扇的外部与深海平原的交接处,表面平整,被一些窄小的缓斜沟谷所穿切。海底扇是世界大洋中最庞大的陆源沉积体,其沉积物主要为砂、砾以及一些植物和浅水生物的残骸。世界上最大的海底扇——孟加拉深海扇,长达2000多千米,宽1000千米,沉积物体积约500万立方千米。
沉积物堆积的大陆基
大陆基也称为大陆隆,处于大陆坡与大洋盆地的交界处。它是由浊流沉积物和大陆坡滑塌物等顺坡向大洋底搬运堆积而成,总面积约2500万平方千米,约占全球面积的4.8%。水深在1500~5000米,平均坡度0.5°~1°。大陆基上的堆积物惊人,一般厚2千米以上,最厚处可达10千米,最宽处可达1000千米以上。大陆基朝向大陆坡那部分的地质结构属陆壳,向海部分属洋壳。许多大陆基下部过去曾经是海沟,逐渐由于沉积物逐渐充填了海沟,形成大陆基。因此,在海沟多的海域就没有大陆基的存在。在这里,大陆坡直接与大洋盆地相连。如西太平洋边缘海沟多而缺失大陆基。从全球看,大陆基多发育在大西洋、印度洋、北冰洋和南极洲的大部分周缘地带。
岛弧与海沟是大陆边缘的一种特殊地貌单元。岛弧主要分布在太平洋北缘的阿留申群岛、日本群岛、琉球群岛、菲律宾群岛以及西缘的中美、南美西海岸等地。无论这些岛屿本身或把它们连起来形状都呈弧形,称为岛弧。岛弧露出水面则称为海岛或群岛。岛弧靠大洋一侧往往分布长条状的巨大凹地,深度在6000米以上,称为海沟。海沟与岛弧常平行相依,它们都不在大洋盆地中间,而是在大陆边缘分布。全球大于1万米的海沟有5条:马里亚纳海沟(11034米),汤加海沟(10882米),千岛-堪察加海沟(10542米),菲律宾海沟(10497米),克马德克海沟(10047米)。这5条海沟全分布在太平洋西岸。整个大洋中共有30条海沟,其中太平洋20条、大西洋4条、印度洋6条。
海底深渊——海沟和岛弧
海底在大陆坡的脚下,这是海洋真正的底部。这个区域人们常称为“深渊”,是一个未知的奇特世界,十分神秘。实际上,深海海底是地球上尚待开发的最后一个大区域。如果我们开发海底,那么在那里发现的东西很可能就像我们在外层空间其他行星上发现的东西那样令人惊奇。