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海底竟然藏著巨河 可能會危及全球網絡服務

塔林表示:“如果我們現在看到這樣的事件重演,那可能造成災難性的影響。”他的研究獲得國際有線電視保護委員會的部分資助,該組織致力於保護海底基礎設施。帕森斯也稱:“這些海底河流擁有令人難以置信的強大破壞性,為此瞭解它們的運行機制非常重要。”


出品|網易科學人欄目組

譯者|小小

河水從陡峭的峽谷上飛流而下,甚至沖擊得周圍的巖石分崩離析,隨後蜿蜒穿過廣袤的平原。這種奔流的力量甚至堪比塑造瞭沒過大峽谷的強大科羅拉多河相媲美。然而,這種引人註目的自然奇觀從未出現在任何旅遊照片中,也沒有出現在任何地圖上,原因是它位於太平洋表面以下3200多米的海底。蒙特雷海底峽谷(Monterey Canyon)距離美國加州海岸不願,是經過“海底河流”數百萬年的沖擊形成的。在峽谷口之外,水流在海底劈出延伸出300多公裡的巨大峽谷,然後流入深海平原。

在世界各地的海底,都可以找到類似的巨大海底河道,比如格陵蘭島、亞馬遜、剛果以及孟加拉國沿海附近。最大的海底河道寬達數千米,在海洋深處橫跨數千公裡,為在那裡生活的生物提供瞭至關重要的營養成分。但這些海底河流也是地球上最不為人所知的現象之一。

圖2:計算機模擬的蒙特雷海底峽谷

從許多方面來看,海底河流與我們在陸地上看到的河流非常相似。它們兩邊都有堤岸,較小的河流被稱為“支流”,會逐漸匯入較大的河流中。這些河流在海底沖擊出巨大的峽谷。它們沿著曲折的路徑流動,甚至可以改變方向,廢棄的部分與地表上的牛軛湖十分相似。最終,它們會註入到深海平原中,那裡與地面上的河口形狀非常像。

曾前往世界各地研究海底河流的英國赫爾大學沉積學傢丹·帕森斯(Dan Parsons)說:“如果你排幹所有海底河流中的水流,它看起來就像陸地上蜿蜒曲折的河流系統,除瞭兩岸沒有樹木。”在20世紀80年代之前,這些海底河道幾乎完全不為人所知,直到海底聲納繪圖技術出現,它們才開始展露真容。許多海底河流從主要河流的出海口延伸到海裡,像亞馬遜河和剛果河等,它們蜿蜒曲折地穿過海底厚厚的沉淀物。當時,科學傢們將它們與陸地上成熟的河流系統進行瞭比較,如密西西比河下遊。

水下峽谷會切割大陸架,而大陸架往往可被比作海底河流的源頭。從那裡開始,河流會湧入大型河道中,順著大陸架的斜坡奔湧而下。這些河道往往被巨大的堤壩所包圍,而這些堤壩是隨著時間推移而不斷堆積起來的。其中有些堤壩甚至會高出海底數百米。帕森斯說:“有些海底河道系統是太陽系中最大的。”然而,直到20世紀90年代末,人們才弄清楚這些河道是如何產生的。

科學傢們鉆入河道的沉積物中,沉積物的巖芯表明,它們是沉積物反復沉積形成的,而這些沉積物似乎會向下溢出河道。與陸地河流相似的是,這些海底河流的河水依然是淡水,裡面還混有海床上攜裹的淤泥和沙子,沿著海床的河道逐級流下。水中的每個微粒都會加大水流的密度。

始於大陸架上的新海底河流就像山上發生瞭雪崩那樣,在下流過程中速度不斷加快,威勢也越來越強,直到它像液體那樣流動。一旦開始,海底河流就可以連續流動數周甚至數月,將相當於陸地上所有河流1年運輸量的泥沙沖走。帕森斯說:“奔湧而下的水流更像是雪崩或火山碎屑流。”然而,在深海中研究這些過程已經被證明是非常困難的。帕森斯說:“當你將它們與我們陸地上熟悉的河流進行比較時,我們實際上無法測量這些海底河流的流量。”

圖3:盡管水流冰冷,水壓也相當大,但海底河流附近卻顯得生機勃勃

造成這種情況的部分原因是,在這種環境中研究本就相當困難。許多被發現的海底河道長度超過2000米,流經深度達到4000多米。為瞭到達這些漆黑的海洋深處,需要使用專門的遙控深海潛艇。更糟糕的是,海底河流隻會在某段時間流過。在河流流過時,河渠可能在數周、數月甚至數年間保持靜止狀態。通過遠程操作車輛(ROV)探索深海進行研究,每天的成本可能達到2.5萬英鎊。所以,隻有很少科學傢對這些海底河流進行研究就不足為奇瞭。

英國利茲大學的沉積學傢傑夫·佩考爾(Jeff Peakall)表示:“人們以前隻是沒有前往海底觀察研究的能力。事實上,與海底相比,我們觀察月球的分辨率更高,我們對這些海底河流知之甚少。”相反,多腋下除毛推薦ptt|台北腋下除毛推薦ptt年來,研究人員不得不依靠實驗室模擬,將海水與建築物的灰泥或泥漿混合在一起,從而產生濁流。這些實驗表明,海底河流的移動方式與雪崩或火山噴發碎屑流相似,沉積物會翻卷起波浪,沿著池底湧動。

現在,許多無畏的研究人員開始探索這些深海河道,並更多地瞭解它們的工作原理以及它們周圍的生物。帕森斯說:“我們現在正處於這樣的時代,技術可以支持我們全面衡量真實世界中海底河流的流量,這在以前是絕不可能的。在蒙特雷海底峽谷,我們不斷地繪制峽谷圖,看看它是如何隨著時間推移而變化的。”他的團隊正在使用自動水下航行器來顯示水流在海底的改變方式。

帕森斯也在不列顛哥倫比亞海岸附近進行類似的研究。在那裡,山上的冰川和積雪融化的水流攜裹著泥砂,到達位於比特灣(Bute Inlet)的三角峽灣頂部,然後奔流直下,形成強大的濁流湧入海底河道中。在2010年出版的研究中,佩考爾與帕森斯派出機器人潛艇進入深海底河道,這些河道穿過黑海海底。在這裡,他們發現瞭另一種塑造海底河道的方式,這次是源自黑海的咸水,它們通過狹窄的博斯普魯斯海峽流入黑海,然後進入海底河道。

圖4:海底事件探測器腋下除毛價錢|台北腋下除毛價錢被放置在海底,以便測量它們周圍的活動

由於地中海海水的鹽度比黑海海水更高,為此密度更大,它們仍然可保持獨立水流,流動的速度接近時速6.4公裡。這意味著,每秒鐘大約有22000立方米的水通過河道。帕森斯說:“我們試圖繪制出從博斯普魯斯海峽湧出的水流圖,以便瞭解水流如何在海底河流中移動。然而,這隻是在海底河道中觀察由泥漿和沙子驅動的河流系統小小的賽前熱身。”

在過去幾年裡,研究人員才目睹瞭現實世界中的海底泥河。2013年,蒙特利灣水族研究所的查理·保羅(Charlie Paull)和他的同事們使用ROV探索相對較小的水下峽谷,那裡距離加州海岸隻有數千米遠。ROV被拴在水面船艇上,那裡的水深超過400米。沒有任何警告,濁流咆哮著穿過峽谷,ROV也被卷入其中。ROV操作員將此次經歷描述為“就像在旋風中操控ROV飛行”。五噸重的ROV被托離海底,最終被推向旁邊。

幸運的是,ROV傳回瞭一段視頻,顯示瞭渾濁的海水在峽谷中翻滾不休的場景。可以看到從海底向上延伸的海帶群被奔湧而過的水流撕碎。但在他們想要瞭解更多信息前,研究團隊不得不把ROV提出水流,因為它的固定繩索可能會被沖斷。

2014年,南安普敦大學的以斯貼·薩姆納(Esther Sumner)分析發現,沉積物流從上到下的厚度超過90米,沿著峽谷以時速6.1公裡的速度移動。然而,這依然是相對較小的流動。蒙特利灣水族研究所的海洋學傢正在研發新技術,以便研究更大的海底河流。他們開發出聲學“高速攝影機”,它可以測量流經蒙特雷海底峽谷和流入山谷以外的水流速度。

他們還開發出“智能巨石”,即沙灘球大小的儀器陣列,也稱為海底事件探測器。它們可以被部署在海底河道中。當海底泥沙河奔流湧過時,它們就會被卷入並帶走。它們能發回有關它們如何被卷入河流,如何在海底滾動、滑行以及升降的信息。

圖5:海洋深度和頻發的暴力事件使得人類無法觀察到第一手資料

然而,這些沉積物流的巨大威力使得研究它們成為巨大的挑戰。2016年1月,當強大的海底水流以時速19.3公裡的速度沖下蒙特雷海底峽谷時,保羅和他的團隊失去瞭一個固定監測裝置,還有重達1噸的固定三腳架。最終,他們通過浮標在5公裡外的地方找到瞭這個監測器,它幾乎完全被埋在泥裡。當他們設法把它拔出來的時候,他們發現其鋼板框架已經被彎曲變形,邊緣被磨得非常鋒利。用碳纖維和鈦制成的三角架上的浮標也受到嚴重破壞。10個月後,他們在類似情況下失去瞭第二個三腳架,這次它被拖離瞭7千多米。

保羅表示:“我清醒地知道,這樣的事件正發生在海底。當我透過窗子望向大海時,表面沒有任何跡象表明這些狂暴的事件正在發生。但是在海底,它們的力量足以把整個巨石拖走。面對這種破壞力,很難想象有多少生命能在這些海底河道中幸存下來。然而,有些物種似乎非常適應這樣的環境。

路易斯安那大學海洋協會的克雷格·麥克萊恩(Craig McClain)始終參與蒙特雷海底峽谷的工作,他說:“這些沉積物流對峽谷中生物的多樣性產生重大影響。對於某些物種來說,這種幹擾會促使它們更容易茁壯成長,使它們的數量迅速增加。而對其他物種來說,它們的數量會急劇下降。這取決於某個物種是否屬於生長快、繁殖快的物種。”

與蒙特利灣水族研究所的吉姆·巴裡(Jim Barry)一起,麥克萊恩已經證明,河床中盛產蝸牛、蛤、甲殼類動物、海膽、海參以及蠕蟲等。更重要的是,除瞭峽谷的安全因素之外,水流攜帶的營養物質和氧氣似乎也有助於生命在海洋中深淵平原的貧瘠環境中生存。為瞭瞭解到底發生瞭什麼,科學傢們研究瞭史前海洋中沉積物形成的砂巖。巖孔表明,曾有蠕蟲鉆入泥沙。

圖6:由於水流的巨大力量,記錄儀器需要足夠結實

佩考爾認為:“水流似乎不僅將氧氣和營養物質到深海,它們也將生命帶到那裡。這些蠕蟲被從淺海處攜裹而來,最後選擇生活在深海沉積物中,直到它們的氧氣耗盡為止。”納姆納2016年進行的實驗表明,多毛類蠕蟲(色彩斑斕的海洋生物,體表覆蓋著細毛,就像管道清潔器)就可以在這樣的旅程完整存活下來。

生活在沉積物中的生物也可能對這些海底河流的流動起到至關重要的作用。英國邦戈大學的雅科·巴斯(Jaco Baas)及其同事2015年研究發現,生活在泥中的微生物有助於泥沙穩定堆積,直到迎來災難性的失敗。這有助於解釋為什麼海底河流隻會周期性地流動。

英國杜漢姆大學的地質學傢彼得·塔林(Peter Talling)說:“最大的流動可能是由大陸架上的沉積物崩塌引起的。暴風雨期間引發的洪水或波浪會引起水下雪崩,滿是泥沙淡水密度也可能比海水更高,因此會沉入海洋底部。”現在看來,在流向下遊的過程中發生瞭一些奇怪的事情。對剛果海岸附近海底河流的研究表明,它們沿著下遊延伸。這意味著,在上遊持續一小時的事件可以在河道底部持續幾天或幾周。

最活躍的海底沉積物流可能是葡萄牙海岸附近納紮爾峽谷發現的。這條河流沿著隻有8公裡寬的狹窄海底河道移動,然後在海面4000米下的深海平原上流過,兩邊被巨大堤壩包圍。這裡每年大約發生4次小規模海底河流沖擊納紮爾峽谷事件,每次會延伸數千米,最終難以為繼消失。但是這個峽谷有時會受到更猛烈的沖擊。

始終在研究納紮爾峽谷的英國南安普頓大學學者喬什·艾琳(Josh Allin)稱:“在極端的盡頭,就是我們所謂的峽谷沖刷濁流。這些事件更為猛烈,能夠侵蝕峽谷中數量龐大的沉積物,然後將它們送入深海海底。它們似乎每隔數百年或上千年才會發生一次,現在還從未被直接觀測過,我們對它們的特性也知之甚少。”

圖7:沉積物中攜帶的生物體可能幫助附近其他動物繁榮起來

雖然峽谷沖刷濁流十分罕見,但要瞭解它們也十分重要。首先,它們有助於鎖定海洋底部沉積物中大量的碳,可減緩引起氣候變化的溫室氣體的上升速度。但它們也會對我們的生活產生更直接的影響。1929年,接近紐芬蘭島的23條水下電報電纜被切斷。隨後發現,近海地震襲擊瞭附近的Grand Banks,毀掉瞭大量沉積物,這些沉積物隨後沿著大陸架上的河道呼嘯而過,湧入深海平原。




今天,世界上幾乎所有的互聯網和銀行交易都是通過海底電纜進行的,所以如果大量的電纜被切斷,就會引發重大問題。許多連接美國和歐洲的電纜都需要穿過海底河道,海底河流通過它們從紐芬蘭島向南移動。科學傢們估計,1929年海底河流的時速可達93公裡,攜帶碎片在海底移動瞭1100多公裡。

塔林表示:“如果我們現在看到這樣的事件重演,那可能造成災難性的影響。”他的研究獲得國際有線電視保護委員會的部分資助,該組織致力於保護海底基礎設施。帕森斯也稱:“這些海底河流擁有令人難以置信的強大破壞性,為此瞭解它們的運行機制非常重要。”

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本文來源:網易科學人

責任編輯:郭浩_NT5629
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