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第5章 海洋的奥秘(1)

海洋面积约3.62亿平方千米,近地球表面积的71%。海洋中含有13.5亿万立方千米的水,约占地球上总水量的97%。所以说,海洋是地球的水库,更是地球上原始生命的摇篮。

广阔的海洋,从蔚蓝到碧绿,美丽而又壮观。那么你知道海洋为什么是蓝色的吗?海水是从哪里来的呢?无数的秘密需要我们去了解和发现。

蓝色猜想——地球上的水来自何方

对地球“初生水”的猜想

一直以来,人们普遍认为,地球上的水是地球本身所固有的。当地球从原始太阳星云中凝聚出来的时候,便携带着这部分水。起初它们只是以结构水、结晶水等形式存在于矿物和岩石之中。后来,随着地球的不断演化,轻重物质的分离,它们便逐渐从矿物、岩石中释放出来,成为海水的来源。据此,一些人认为,这些水汽便是从地球深部释放出来的“初生水”。

然而,事情的进一步发展却大大超出了当时人们的想象力:当人们对这种所谓的火山“初生水”进行同位素研究时,却意外地发现,它们是由与地面水具有十分相似的同位素组成的,结果表明,它们实际上只不过是渗入地下然后又重新循环到地表的地面水。

对初生水的坚信

一些科学家相信水是地球固有的。他们指出,虽然有证据表明火山蒸气与热泉水是主要来自地面水的循环,但却不排斥其中可能混有少量真正的“初生水”。据计算,如果过去的地球一直维持与现在火山活动时所释放出来水汽总量相同的水汽释放量,那么几十亿年来的累计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,其中99%是周而复始参加不断循环的水,但却有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。

还有一部分学者认为,因为地球条件适中,才能使原有的水能够长期保存下来。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。

天外来客——彗星水的猜想

有人认为,地球上的水,至少是大部分水,不是地球所固有的,而是撞入地球的彗星带来的。近年,美国伊阿华大学的一些科学家,从人造卫星发回的数千张地球大气紫外辐射照片中发现了一个惊人的事实:在圆盘状的地球图像上总有一些奇怪的小黑斑。每个小黑斑大约只存在二三分钟,面积却很大,约有2000平方千米。

经过仔细检测分析后,他们一致认为,这些斑点是一些由冰块组成的小彗星冲入地球大气层造成的,是这种陨冰由于摩擦生热转化成水蒸气的结果。

从照片还可估算出每分钟约有20颗这种小彗星进入地球,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。

据此可以推论,自地球形成至今的46亿年中,将有23亿立方千米的彗星水进入地球。这个数字显然大大超过现有的海水总量。因此,伊阿华大学的科学家们的意见是否可靠,还有待验证。

总之,至今为止,关于海水来源的争论,仍然有很多种意见一直相持不下。要想揭开谜底,仍然需要很长的时间和付出艰辛的努力。

海水为什么是咸的

海水是盐的“故乡”,海水中含有各种盐类,其中90%左右是氯化钠,也就是食盐。另外还含有氯化镁、硫酸镁、碳酸镁及含钾、碘、钠、溴等各种元素的其他盐类。氯化镁是点豆腐用的卤水的主要成分,味道是苦的,因此,含盐类比重很大的海水喝起来就又咸又苦了。

如果把海水中的盐全部提取出来平铺在陆地上,陆地的高度可以增加153米;假如把世界海洋的水都蒸发干了,海底就会积上60米厚的盐层。

海水里这么多的盐是从哪儿来的呢?科学家们把海水和河水加以比较,研究了雨后的土壤和碎石,得知海水中的盐是由陆地上的江河通过流水带来的。当雨水降到地面,便向低处汇集,形成小河,流入江河,一部分水穿过各种地层渗入地下,然后又在其他地段冒出来,最后都流进大海。水在流动过程中,经过各种土壤和岩层,使其分解产生各种盐类物质,这些物质随水被带进大海。海水经过不断蒸发,盐的浓度就越来越高,而海洋的形成经过了几十万年,海水中含有这么多的盐也就不奇怪了。

大西洋中脊之谜

大西洋中脊

大洋中脊,顾名思义,就是大洋中间的巨大脊梁,它很形象地说明了大洋中脊的外观特征。这条大西洋中的巨脊,从大西洋靠近北极圈的冰岛出发,向南延伸经大西洋的中部,弯曲延伸到南极附近的布维岛,差不多从地球的最北端,一直延伸到地球的最南端,长度达到1.5万多千米,平均宽度达到1000米。

这条高山巨大的规模,远远超过世界陆地上的任何山脉。今天,人们已经通过更为先进的技术手段查明,大西洋洋中脊从洋底测量起,其高度平均为2000多米,如果与相邻的海盆相比,它的相对高度达2000~3000米,极为巍峨壮观。在一些地方,这些洋脊的峰顶甚至钻出海面,形成了大西洋上串珠般的群岛,如有名的冰岛、亚速尔群岛、圣赫勒拿岛、阿松森岛和特里斯-达摩尼亚群岛。

海水淘金的化学家哈勃

在现实生活中,“歪打正着”的事时有发生,科学的发现也有这种情况,正如古人说的“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”。大西洋中脊的发现就是一例。

20世纪初,德国化学家佛里茨·哈勃本想到海洋中提取黄金,结果却意外发现了大西洋洋中脊。这个故事要从第一次世界大战结束的时候说起。

1918年,第一次世界大战刚刚结束,战败的德国需要高达1200亿马克的战争赔款,德国政府急需要弄到钱。这时,德国著名化学家佛里茨·哈勃通过实验,发现海水中能提取黄金。很快,德国政府专门为这位化学家配备了一艘当时最先进的海洋调查船——“流星”号。

哈勃按照计划,先将这艘海洋调查船改装成处理海水的“流动工厂”,然后进入大西洋,一边调查——企图找到含黄金高的海水,一边做从海水中提取黄金的试验。

然而,黄金在海水中的含量太低,要想从中提取有价值的黄金,不要说在当时,就是在今天,科学技术比那时高了许多,要实现从海水中提取黄金也是十分困难的。

哈勃指挥着“流星”号从大西洋的这一头,航行到另外一头,希望能发现含黄金量高的海水,结果是大西洋中各处海水的含金量都差不多。他们只好在大西洋上不间断的淘呀,淘呀。然而一年过去了,花费巨大,而所获无几,真是得不偿失。

发现大西洋中脊

1925年,哈勃在“流星”号上安装了一台“回声探测仪”,在使用回声探测仪后,人们惊奇地发现,在大西洋的中部,有一段洋底是一块规模不小的凸起的高地。这个新发现令哈勃博士感到意外和吃惊,因为,过去人们一直认为,大西洋中部肯定是又深又平坦的,怎么会有凸出洋底的高地呢?

因为有了新的发现,佛里茨·哈勃便改变了自己的研究方向,把从海洋中淘金的事放置一边,集中全力收集大西洋洋底的深度资料。

在这之后的三年时间里,“流星”号测量了数万个点的深度。随着深度资料不断积累、整理和分析,一条像巨龙一样的海底山脉逐渐显现出来了。后来,这位欧洲最著名的大化学家向世人宣布他在大西洋上的发现:在大西洋的中部,从南到北,有一条上万千米长的“巨龙”似的山脉。

这条巨型海底山脉便是被后人称之为“洋中脊”的海底构造。

揭秘大西洋中脊的成因

科学家们通过潜水器的窗孔,看到了一些人类从未见过的景象,如大西洋断裂带的洋底基岩就像一个巨大的破鸡蛋,其流出的蛋黄,则像刚流出来就被冷凝似洋中脊形成的秘密:

大西洋中脊的裂缝是扩张带,来自地壳下的熔岩不断从中涌出,变冷,渐渐流向海脊的两侧。

由于海底扩张,脊外的洋底和大陆的运动正在导致大西洋洋盆每年以1~10厘米的估测速率不断加宽。

海底烟囱——神秘的海底温泉

海底温泉

陆地温泉到处都有,人们已经不足为怪,然而海底温泉就很少有人了解了。近年来,由于深潜器的发展,海底温泉才逐渐被人们发现。

海底温泉是地壳活动在海底反映出来的现象,它分布在地壳张裂或薄弱的地方,如大洋中脊的裂谷、海底断裂带和海底火山附近。除大洋中脊有火山活动外,在大陆边缘,受洋壳板块俯冲挤压形成山脉的同时,往往有火山喷发,在它的附近海底也会有热泉分布。

海底温泉与陆地温泉比较,数量要少很多。到现在为止,已发现有温泉的海域还不到60处。

根据典型调查计算,这些海底温泉每年喷入海洋的热水约150立方千米,如与世界所有河流倾入海洋的总水量相比,约占三百分之一。

海底温泉的水量并不多,可每年带入海洋的矿物质却不少,例如,仅钙、钡、镉、锰等金属每年就达几万吨至几十万吨。

另外,还有大量气体,如二氧化碳、氦气、氢气、甲烷气等。海底温泉多数分布在洋中脊,但也常常在有水下火山的海域出现。

勇闯海底禁区的科学家们

发现海底温泉绝非易事,要想进行海底温泉研究更是难上加难,一批年轻的专家勇敢地闯入深海禁区,作出了惊人的贡献。进行深海考察必须拥有先进的仪器设备,掌握现代化的科学知识才能有所作为。

前苏联科学院火山学研究所的科研人员乘坐“火山学家”号科学考察船在鄂霍次克海内进行了数年考察,考察重点海域在千岛群岛一带。

他们对海水成分进行了深入的化验分析研究。特别是研究了海底火山区,看看海底温泉对海水成分究竟会造成什么影响。

“火山学家”号科学考察船在靠近海湾时,发现了6处海底温泉,水温相差悬殊,最低的一处只有17摄氏度,最高的一处水温达95摄氏度,其余几处水温在45摄氏度左右。

海底温泉喷出来的水柱是一种奇观,它并不像大家想象的那样是和周围的海水混合在一起的,而是形成直达海面的巨型水柱。

“火山学家”号科学考察船在鄂霍次克海距巴拉穆什尔岛西面20千米处发现了一处海底大温泉,从500米深的海底升起。

海底峡谷形成之谜

峡谷成因众说纷纭

在大洋边缘的大陆架和大陆坡上,经常发现有两坡陡峭且极其壮观的海底峡谷。一般认为,在几百米以下的深海底,已经不受海面上咆哮的风浪的影响,这里是一个相当宁静的世界。那么,什么样的力量竟能造成如此宏伟的海底峡谷?海洋学家为此已经争论了半个多世纪。

最初,有人认为,海底峡谷是由地震引起的海啸侵蚀海底而成。但是,在没有海啸的地区也发现有海底峡谷,可见,海啸并不能用来解释所有海底峡谷的成因。

海底峡谷的形状与陆上的河流峡谷十分相似,美国著名海洋地质学家谢帕德就曾经力主河流侵蚀说。但是,河水比海水轻,河水一旦入海,便浮在海水之上,因此,现代河流是不可能切割出甚至达数千米的海底峡谷的。

河蚀说的拥护者认为这些海底峡谷所在的海底过去曾经是陆地,河流剥蚀出的陆上峡谷后来由于地壳下沉或海面上升,才淹没于波涛之下成为海底峡谷。

日本学者星野通平就认为海平面一度比现今降低数千米,致使陆架和陆坡均暴露变成陆地。不过,现代地质学研究表明,全球海平面大起大落,幅度达数千米之巨,是根本不可能的。至于某些陆架、陆坡区地壳的大幅度升降说法,倒是可以接受的。但海底峡谷也广泛见于地壳运动平静的构造稳定区,所以河谷被淹没的说法不能作为海底峡谷的普遍成因。

海底浊流侵蚀说

1936年,一位名叫德利的美国学者在探索海底峡谷形成之谜,他在阅读福勒尔描述日内瓦湖浊流现象的文章时,猛然省悟到,宏伟的海底峡谷很可能就是由海底浊流开拓出来的。携带大量泥沙,沿海底斜坡奔腾而下的浊流应具有强大的侵蚀能力。不过,当时还从未有人观察过海底浊流现象,所以人们对浊流造成海底峡谷的说法依然将信将疑。

到了四五十年代,荷兰著名海洋地质学家奎年在水槽中做试验,用人工方法做出了在清水底下流动的浊流,得出浊流具有较强的侵蚀能力。

1952年美国海洋学家希曾等研究了1939年纽芬兰岸外海底电缆在不到一昼夜之间沿陡坡向下依次折断的事件,判定肇事者正是强大的海底浊流。并算出这股浊流在坡度最大处流速高达28米/秒,在水深6000米的深海平原,流速仍有4米/秒。自陆坡至深洋底,浊流长驱达数千米之遥。这样,海底浊流的存在逐渐为广大学者所接受。

数十年来,已经在海底峡谷谷底观测到不时向下游移动的砂砾和流痕。在大陆坡脚的峡谷出口处,海底坡度锐减,浊流流速降低,它所挟带的泥砂停积下来,形成了规模宏大的海底扇形地,谷底及海底扇中都已发现来自陆上和浅水地带的砂和生物残骸。这些现象都提示海底峡谷中应有强大的浊流通过。

形成海底峡谷的其他因素

浊流虽有较强的侵蚀能力,但海底峡谷的规模太大了。光靠浊流能否切割出深达数千米的海底峡谷,对此,一些学者仍表示怀疑,何况有的谷壁上还见到坚硬的岩石。再如科西嘉岛岸外的海底峡谷与岛上河谷相连,而且向下的坡度也连续一致,人们认为该海底峡谷应是受淹的河谷。但对于受淹的机理还有不同看法。有人认为西地中海原为浅海盆地,以后下沉,沉降范围渐向陆地扩展,致使原先的河蚀峡谷沉没于海下。

著名海洋地质学家、美籍华人许靖华则认为,地中海在500万年前曾一度干涸,成为盐湖、沙漠景观的不毛之地,河流沿地中海周缘切蚀成一系列峡谷,后来大西洋水从新开启的直布罗陀海峡再度涌进地中海,原先的河流峡谷壁被淹而成为海底峡谷。陆上河谷被淹之后,可以受到海洋侵蚀作用(包括浊流作用)的修饰和改造。还有人强调,沿谷底和谷壁的滑塌作用,以及经常性水流(浊流为突发性水流)在塑造海底峡谷中也有一定作用。

总之,尽管浊流可能是形成海底峡谷的重要原因,但它还不是唯一的因素。具体地阐明各海底峡谷的真实成因或发育过程,仍有待广大海洋学家的努力。来一个巨大水柱,用回声探测器就可测到这个大的“障碍物”。

神奇的海底烟囱

有些海底温泉有一个非常奇异的现象:蒸气腾腾,烟雾缭绕,烟囱林立,好象重工业基地一样。

而且在“烟囱林”中有大量生物围绕着烟囱生存。烟囱里冒出的烟的颜色大不相同。有的烟呈黑色,有的烟是白色的,还有清淡如暮霭的轻烟。

经分析发现“烟囱”喷出的物质中含有大量的硫磺铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜、铁的硫化物等物质,对硫磺铁矿的液体进行测定表明,其外壁由石膏、硬石膏、硫酸镁组成,而与热水接触的内壁,则为粗大的结晶黄铜矿和黄铁矿。

烟囱的最外层富含重晶石、非晶质二氧化硅。

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