2021-12-03 05:50:22
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继续昨天的话题，昨天介绍了世界五大洋的基本情况，今天我们来聊聊大洋有多深，古希腊人认为，海洋是一个无尽深渊，既然无尽，所以探讨大海有多深，也就成为了一个伪命题。而当人类进入到大航海时代之后，很多人对这个问题也不是很感兴趣，因为海上行舟是怕浅不怕深，航海家们的注意力都放在那些浅水区域，防止船只撞上暗礁、浅滩，至于有多深，那当然是越深越好，反正肉眼所见是深不见底，咱们又不可能去海底生活，关心这些臭氧层的有什么用？不过问题毕竟摆在这里，没有答案总是多少让人有些难受，于是在1521年麦哲伦航行到太平洋中部时，可能是实在太无聊了，于是他的船队就打算测一测大海到底有多深。船员们把一根731米长的绳子系上炮弹，然后扔进大海，结果发现根本够不着底，于是麦哲伦就声明，海洋确实是无尽深渊，同志们千万不要贸然前往，因为没有底的深海只能是一个神怪世界，或许那里就是地狱所在。既然伟大的麦哲伦都下结论了，在此后很长一段时间中，海洋深度的问题也就被搁置起来。
而重启深海测量，则要等到19世纪，在工业革命的催化下，人类已经是天不怕地不怕，区区深海又何足道哉？一开始人们使用的测量方法还是和麦哲伦一样，搞一根麻绳系上重物，然后抛到海里，其中最著名的一次，就是英国科学测量船“挑战者号”的环球航行，过去节目咱们说过，美国航天飞机的命名，都源自英国当年的科学考察船，所以空中解体的挑战者号航天飞机，它的命名就源自这艘英国科考船。1875年，挑战者号出发之后，就拿着一根麻绳，开始到处测量海水深度，最终在1875年，挑战者号得出结论，海洋最深处是位于日本南部的马里亚纳海沟，深度达8230米。客观地说，用麻绳绑上重物进行海洋深度的测量，理论上完全没有问题，但事实上，这种做法存在着极大的误差，因为海水在流动，船身也在动，几千米长的绳子挂着重物沉入海底，绝不可能保持垂直状态，另外麻绳的密度比较小、摩擦力也比较大，所以很多时候，人们根本无法判断重物是否已经触底，只能凭感觉或经验得出一个大致的判断。至于这个8230米，到底测得是马里亚纳海沟什么地方，具体到这一点，8230米究竟是深了还是浅了，如今已经不得而知。
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挑战者号科考船
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也几乎和挑战者号同一时期，美国人为了研究在太平洋海底铺设通信电缆的可行性，派出军舰对海底地形进行考察，最后在日本本州岛以东的日本海沟中，测得一个更大的深度8513米，当时这被认为是世界上最大的海深。在美国人的测量中，他们并没有使用麻绳，取而代之的是钢丝，显然钢丝要比麻绳具有更高的精度，但它也不可避免存在误差，人们还是无法得知钢丝到底在水下做出了怎样的技术动作。不过虽然测量很不精确，但发生在19世纪的众多海洋测量活动，还是让人们对海底地貌有了初步了解，其中最大的一个贡献，就是发现了大西洋中脊，也就是在大西洋中部，存在一条贯穿南北的巨大海岭，这成为了魏格纳在1912年提出的大陆漂移说的依据之一，关于这个话题过几天再详细说。
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大西洋中脊
再说回海底深度的测量，如何还能进一步提高精度？一种思路就是继续对麦哲伦的测量方法进行优化，比如说搞一根大铁棍子往下捅。不过改良固然有用，但真正的发展还是要靠改变思路、源头创新，终于到20世纪初，深海测量实现了真正的技术突破，这就是利用声波探测，原理很简单，从船上向海底发射声波，声波到达海底后反射回来，海水中的声速约为1500m/s，根据声波的传播时间，就可以计算出海底的深度，这种测量方法不仅精度极高，而且速度极快，哪怕是测1万米的水深，也只需要十几秒钟，所以说，声波测深是从根本上改进了测量的效率和精度。1912年，泰坦尼克号撞上冰山不幸沉没，这进一步加速了声波测深技术的发展，到上世纪50年代，单波束测深已经在海轮上广泛使用，也就是说，但凡一个有条件的海轮出海，都携带有测深仪器，每一条船都出一点力，最后把数据汇总，就可以得出全球海底地貌。而到上世纪80年代，多波束条带测绘也开始广泛应用，简单来看，相比于单波束一下测一个点，多波束就是一下测一条线，这就进一步提高了海底测深和制图技术。
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多波束条带测绘
就这样，海底世界的真实样貌，逐渐呈现在世人面前，目前世界上流传最广，也被认为是最漂亮的海底地形图，诞生于上世纪70年代晚期，制图人是美国地球物理学家布鲁斯-希增与玛丽·撒普，可以说很多人正是通过这幅图，看懂了板块学说。这幅图的最大特点就是大洋中脊的转换断层表现得惟妙惟肖，所谓的转换断层，指的就是横切洋中脊或俯冲带的一种巨型水平剪切断裂，最后把洋中脊搞得就像拉链一样。但事实上，这幅图其实是有错误的，错就错在东太平洋与东南印度洋的洋中脊，并不存在这种拉链造型，这其实来自于希增和撒普二人的想象。事实上，采用多波束条带测深，测线的间距比较大，根本达不到这幅图所展现的高精度，同时当时的世界大洋，其实只有不到10%的面积经过测量，于是在极为有限的条件下，希增和撒普二人便凭借着自己所掌握的知识以及科学家的嗅觉，对海底地形进行了一定程度的艺术加工。虽然出错在所难免，但这幅图的横空出世，还是震惊了当时的学术界，因为它反映了对海底世界一种全新的理解，看来水下确实有点意思。
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希增与撒普
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希增与撒普的海底地形图
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转换断层
而要想真正得到一幅反应客观实测的海底地形图，也还是刚才的老话，声波测深已经玩不转了，必须要从源头创新，而这一次人类跑到了太空，这就是利用卫星遥感技术，测绘海底地形。自上世纪60年代以来，遥感技术的发展，已经完全改变了陆地制图，因为大陆地形在空中那是一目了然。但要想把遥感技术应用于海底，其实并不容易，因为包括激光在内的各种电磁波，在水中传播时，都会遇到衰减太快的问题，到了深海全都玩不转，但是卫星的优势又实在巨大，不让它们在海底测量中发挥一下实在是受不了，最后科学家独辟蹊径想到了一个绝妙办法，这就是卫星测高技术。卫星上的雷达高度计，可以准确测得海平面的高度，虽然海面地形不是我们想要的海底地形，但是可以根据海底地形对海面地形的影响，来对海底地形进行间接的测算。这种方法对大洋中的海山尤其敏感，原因就是，海底岩石的密度要远大于水，于是在更大重力的影响下，海水就会在海山之上聚集，最终就会反应为海平面的隆起。
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卫星遥感
整体上看，声波测量法与卫星测量法，二者各有优劣，声波测量的优势是分辨率很高，可以达到200米左右，但卫星通过测量海平面高度然后间接计算出水深，分辨率就要低得多，大约只有8千米左右。但是声波测量法的效率实在太低，你可以想象一下，弄一艘船搁海上到处晃，这得猴年马月才能把广袤的海底摸清楚，有科学家估算，大约需要200年，这还不包括更加复杂的浅水海域。而卫星测量法的效率那就不知道高到哪里去了，因为它一下测的是一大面，覆盖面非常广，测量全大洋地形，只需要一年时间，还不费劲。所以结论你也知道了，目前测量海底地形最理想的办法，就是将两种方法结合起来，就像砸墙一样，你得大锤、小锤配合使用。
1997年，美国科学家完成了卫星和船测相结合的海底地形图，也就是你现在看到的这张图，相比于希增和撒普的，是不是更加细致？是不是更加真实？反正我是觉得，希增和撒普那张图，其实看起来有那么一点假。随着新的海底地形图的问世，五大洋的真实深度也能下一个结论了，总体上，世界大洋的平均深度约为3700米，其中平均深度最大的是南冰洋，平均深度在4000米以上，紧随其后的是太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋，平均深度分别为3970米、3700米、3650米和1200米，北冰洋再夺一项倒数第一。当然了以上这是平均深度，没什么新意，因为早在19世纪末、20世纪初，人们还在玩儿绳测法的时候，就估算出海洋平均深度约为3800米，与现在的数据也差不了太多。
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真正具有颠覆性意义的，是海底的粗糙地形终于一览无遗，具体看就是大量数不清的海底火山，它们大多分布在大洋中脊区域。初步统计发现，相对高度超过1500米的海底火山有13000座，而且海底火山的数量与大小呈对数关系，由此推测，全球高度超过1000米的海底火山，应该有10万座，超过100米的有2500万座，数量之多超乎想象。除了粗糙之外，海底地形的起伏也要远大于陆地，在陆地上，最高点是珠穆朗玛峰峰顶，现在的数据是海拔8848.86米，而在海底，最深处是马里亚纳海沟的11034米，而且这个11034还得加一个定语：目前已知。马里亚纳海沟最深处到底有多深，或者还有没有比马里亚纳海沟更深的沟，这些都是未知数。但珠穆朗玛峰作为世界最高峰，以及它的最高点在什么地方，这是没有任何异议的。另外通过海底地形图人们还发现，世界最大的山脉，也不在陆地而是在海底，这就是平均高度为2000米的洋中脊，它们之间相互连接，形成了一个庞大的深海山脉，绵延6万公里，可绕地球一圈半，而陆地上最长的山脉安第斯山脉，也只有8900公里。总之到此为止，人们再也不认为深海是一片平坦之地，恰恰相反，它崎岖陡峻、粗糙不平，而且气势磅礴，令人望而生畏，如果李白见到了，应该会连喊好几个噫吁嚱。
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海底火山喷发
不过稍显遗憾的是，虽然通过声波测量和遥感测量，人类已经对海底世界有了很多了解，但受限于几千米厚海水的阻挡，事实上，如今人类对海底地形的了解，其实还不如月球背面，甚至还不如火星表面，但我们相信，随着未来探测技术的进一步提高，大洋深处一定会给人类带来更多惊喜或是惊叹。
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深海海底与火星表面
好了总结一下这两天的节目，16世纪，随着地理大发现，人类搞清楚了海洋有多大，到20世纪，又搞明白了海洋有多深，面积和高度都知道之后，就可以计算出海洋的体积了，这个数值是13.3亿立方千米，差不多每个中国人都可以分1立方千米。13.3亿立方千米到底是个什么概念，打个比方，长江每年的入海流量大约是1000立方千米，也就是说，长江要源源不断地流上140万年，才可以灌满世界大洋。或者说，把海水抽干搁一个地方先存起来，然后把起伏的地球表面给抹平，再把海水送回地球，那么全球都会覆盖上2600米厚的海水，成为一颗货真价实的蓝色星球，听起来确实很猛，但其实与6400千米的地球半径相比，这些海水只有薄薄的一层，如果把这些海水化作一颗水珠，与地球相比，它也只是小小的一颗。编不下去了，请看下集。
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