我們知之甚少的海底大河

遠(yuǎn)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(lái)自大陸，流經(jīng)數(shù)千英里。

這條河從陡峭的山谷飛流直下，繞過(guò)一座座巨石，然后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(gè)壯麗的自然景觀從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)在任何旅游照片里，也不會(huì)在任何地圖上被標(biāo)出。因?yàn)樗谔窖笏嫦?.2公里。

從加利福尼亞海岸延伸開(kāi)來(lái)的蒙特雷海底峽谷正是數(shù)百萬(wàn)年來(lái)被這種奇特的“海底河流”塑造而成。在峽谷口外，水流在海底沖出一道深谷，延伸322公里之遠(yuǎn)，然后傾泄在大洋深處的平原上。

全世界所有的海床都有類(lèi)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(fā)現(xiàn)它們的蹤跡。它們中最大的有幾英里寬，數(shù)千英里流經(jīng)大洋深處，為生活在那里的動(dòng)植物提供養(yǎng)料。但是在我們這個(gè)星球上這些海底河流卻是最不為人知的現(xiàn)象。

在很多方面，海底河流和我們?cè)陉懙厣峡吹降暮恿骱芟嗨啤Ｋ鼈兌加幸贿呉粋€(gè)的河岸。小一些的被稱(chēng)作“支流”的河流流進(jìn)大一些的河流里。這些河流在海底沖出一個(gè)個(gè)河谷，它們沿著蜿蜒的路徑一路向前，甚至改變流向，結(jié)果形成像牛軛湖的河段。最后，它們流入大洋深處的平原地帶，就像流入一個(gè)河口一樣。

“如果你把水抽干，它看上去簡(jiǎn)直就是一個(gè)彎彎曲曲的河流系統(tǒng)，只是兩岸沒(méi)有樹(shù)木而已。”丹·帕爾森斯說(shuō)，他是英國(guó)赫爾大學(xué)的沉積學(xué)家，為研究海底河流走遍世界。

這些水下河道幾乎全然不為人知，直到上世紀(jì)80年代，在對(duì)海底做聲納制圖時(shí)它們才開(kāi)始走入人們的視野。許多海底河流來(lái)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(shí)，科學(xué)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(qū)。

在大陸架上沖鑿而成的水下河谷就像一個(gè)河流體系的源頭。河流從那里流進(jìn)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(xué)家們?cè)诤拥赖某练e物打鉆取樣，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。

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(gè)顆粒由于自身的重量而在水里不停翻騰。如同山間發(fā)生的一場(chǎng)雪崩，一條新的水道在大陸架上驟然開(kāi)流，速度越來(lái)越快，勢(shì)頭越來(lái)越猛，直到它像液體流動(dòng)不停。一條海底河一旦開(kāi)流，流動(dòng)一次會(huì)持續(xù)數(shù)周甚至數(shù)月，一次帶動(dòng)的泥沙沉積物抵得上全世界陸上河流一整年所沖運(yùn)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(shuō)。然而，要研究深海之下的這些流變過(guò)程是極其困難的。“當(dāng)你要把它們和我們已知的陸地上的河流相比較時(shí)，我們真的無(wú)法給出這些海下河流的規(guī)模。”帕爾森斯說(shuō)。

對(duì)此，部分原因在于研究深海環(huán)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(huì)流至4公里的深度。想要到達(dá)這樣墨黑一片的海底深處，需要用特制的可遙控深海潛艇。

更糟的是，這些海底河只是間歇性地流動(dòng)。一段急流過(guò)后，河道可能停流好幾個(gè)星期，好幾個(gè)月，甚至數(shù)年。科考船配備有用于深海探測(cè)的遙控水下機(jī)器人，但一天的花費(fèi)就需25000英鎊。所以能夠研究這些海底流的科學(xué)家寥寥無(wú)幾。

“以前人們就是沒(méi)有去實(shí)地觀察的能力。”杰夫·匹科奧說(shuō)，他是英國(guó)利茲大學(xué)的一名沉積學(xué)家。“事實(shí)上，我們對(duì)于月球另一邊所擁有的分辨率要好于海洋。我們對(duì)這些水下河流知道得太少了。”

多年來(lái)，研究人員不得不依賴(lài)實(shí)驗(yàn)室模擬的手段，在大型箱體里把海水和建筑石膏或灰泥混在一起以制造濁流。回放這些試驗(yàn)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(xiàn)在一小群無(wú)畏的研究人員開(kāi)始探究這些深海河道，更清楚地了解它們的活動(dòng)方式，以及在它們周?chē)忌钪裁础！拔覀儸F(xiàn)在所處的階段有實(shí)地全規(guī)模測(cè)量海底流的技術(shù)，”帕爾森斯說(shuō)，“不久以前這還是不可能的。”

“在蒙特雷，我們反復(fù)給海底峽谷制圖，看它如何隨時(shí)間變化。”帕爾森斯說(shuō)。他的團(tuán)隊(duì)正使用自主水下航行器觀察海底流如何改變海底形態(tài)。 帕爾森斯在英屬哥倫比亞外海也做過(guò)類(lèi)似的研究。在那里，冰川融水和山里的積雪把沙泥沖到加拿大比特灣頂部的三角洲，在那里一瀉而下形成一股強(qiáng)大的“濁流”流入水下河道。“濁流”被作為這些含沙河流的名稱(chēng)。

在一項(xiàng)2010年公布的研究中，匹科奧和帕爾森使用一個(gè)水下機(jī)器人探測(cè)流過(guò)黑海海底的一條深海河道。在這里，他們發(fā)現(xiàn)有另外一種水流在沖刻河道，這是鹽水流，源自地中海，經(jīng)過(guò)窄窄的博斯普魯斯海峽溢入黑海然后進(jìn)入海底河道。

因?yàn)榈刂泻５暮Ｋ群诤５乃獭⒚芏雀螅砸宦飞纤推渌３址蛛x，以每小時(shí)6.4公里左右的流速流動(dòng)。每過(guò)一秒就有22萬(wàn)立方米左右的水流經(jīng)這個(gè)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(cè)一個(gè)相對(duì)小一點(diǎn)的海底峽谷，這個(gè)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(méi)有一點(diǎn)征兆的情況下，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(gè)遙控潛水器的操作者把這個(gè)經(jīng)歷描述為就像“遙控一架正處龍卷風(fēng)中的潛水器”，這個(gè)五噸重的遙控潛水器從海底被拽了上來(lái)側(cè)推而行。

這些沉積物流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的巨大力量本身就讓對(duì)它們的研究成為一個(gè)挑戰(zhàn)。

從發(fā)回的視頻圖像來(lái)看，一股密集的泥水在峽谷里奔騰翻卷，可以看到從上游海床撕開(kāi)的叢叢海帶急速?zèng)_過(guò)。但是還沒(méi)有來(lái)得及再了解更多情況，他們就不得已把遙控潛水器從那里拉開(kāi)，擔(dān)心它的系繩被扯斷。

南安普敦大學(xué)的埃絲特·薩姆納于2014年所做的一項(xiàng)分析顯示這種從上到下厚達(dá)90米的沉積物流以每小時(shí)6.1公里的速度在海底峽谷流動(dòng)。然而這相對(duì)來(lái)說(shuō)還算是小的。

在對(duì)更大規(guī)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(xué)家現(xiàn)在引領(lǐng)著新技術(shù)的發(fā)展。他們已開(kāi)發(fā)出聲學(xué)“流速照相機(jī)”，可以用來(lái)測(cè)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(cè)器或床。這些東西可以放在海底河道的河床上。當(dāng)沉積物流傾泄而至?xí)r，它們被卷起帶走。發(fā)回的信息顯示了它們?nèi)绾畏瓭L，如何漂流，又如何從河床抬升。

然而，這些沉積物流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的巨大力量本身就讓對(duì)它們的研究成為一個(gè)挑戰(zhàn)。2016年1月，保羅和他的團(tuán)隊(duì)損失了一個(gè)固定的檢測(cè)裝置，連帶一個(gè)一噸重的三角架。當(dāng)時(shí)，一股強(qiáng)大的沉積物流以每小時(shí)19.3公里速度沖下蒙特雷海底峽谷。通過(guò)跟蹤其信號(hào)燈發(fā)出的聲音，他們最終還是找到了它，這時(shí)距離原來(lái)的位置有三公里，幾乎完全被埋在泥里。當(dāng)他們?cè)O(shè)法把它拽出來(lái)后，他們發(fā)現(xiàn)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(biāo)也嚴(yán)重銹蝕。十個(gè)月后，他們又以同樣的方式損失了第二個(gè)三腳架，后來(lái)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(duì)這種破壞力，很難想象沿這些海底河道能有什么生物存活。然而，有一些物種，至少看上去生機(jī)勃勃。

在這些河道底部隨處可見(jiàn)蝸牛、蛤、甲殼綱動(dòng)物、海膽、海參和各種各樣的蟲(chóng)子。

“這些沉積物流對(duì)海底峽谷的生物多樣性有著重要的影響。”路易斯安那大學(xué)海洋聯(lián)合會(huì)的克雷格·麥克萊恩說(shuō)。他也是蒙特雷海底峽谷研究團(tuán)隊(duì)的一員。“對(duì)于有些物種，這種干擾反而促進(jìn)了它們的數(shù)量快速增長(zhǎng)，對(duì)于另外的物種來(lái)說(shuō)，其數(shù)量下降。這要看一個(gè)物種是不是那種長(zhǎng)得又快繁殖又快的‘野草’式物種。”

得益于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(jù)顯示海底河道的河床上布滿蝸牛、蛤、甲殼綱動(dòng)物、海膽、海參和各種各樣的蟲(chóng)子。而且，除了峽谷提供的安全外，沉積物流攜帶的各種營(yíng)養(yǎng)物以及氧氣似乎也有助生物在大洋深處相對(duì)來(lái)說(shuō)貧瘠的地方存活下來(lái)。

為了解真相，科學(xué)家也研究了史前海洋下形成于沉積物流的沙石。那些石頭上的洞孔說(shuō)明小蟲(chóng)子曾經(jīng)鉆入沉積物藏身。“對(duì)于沉積物流來(lái)說(shuō)，情況似乎是它們不僅把氧氣和營(yíng)養(yǎng)物帶到深海，同時(shí)它們也隨身帶來(lái)生物，”匹科奧說(shuō)。“這些蟲(chóng)子是從較淺的水域沖下來(lái)的，待風(fēng)平浪靜時(shí)便在沉積物里生活，直到用盡氧氣。”

薩姆納在2016年所做的一項(xiàng)試驗(yàn)說(shuō)明多毛類(lèi)的蟲(chóng)子——那些顏色鮮艷的海洋生物，長(zhǎng)滿短毛形如煙斗通條——可能在一路顛簸之后毫毛未損地幸存下來(lái)。生活在沉積物里的有機(jī)物可能跟這些海底河流動(dòng)的方式一樣發(fā)揮著重要作用。

英國(guó)班戈大學(xué)的哈科·巴斯和同事們?cè)?015年所作的一項(xiàng)研究表明，生活在泥里的微生物有助于沉積物的集聚直至其最后毀滅。這就有助于解釋為什么海底河表現(xiàn)出周期性流動(dòng)的特點(diǎn)。

“最大的沉積物流很可能是沉積物大陸架上沒(méi)法再堆積時(shí)引發(fā)的，”英國(guó)杜倫大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家皮特·塔嶺說(shuō)，“暴風(fēng)雨引發(fā)的洪水或海浪可以導(dǎo)致水下的排山倒海。充滿沉積物的淡水比海水密度大，所以直沖海底。”

這些都是威力巨大、破壞性極強(qiáng)的沉積物流。

“最極端的我們稱(chēng)之為‘峽谷沖洗式’濁流，”一直在英國(guó)南安普頓大學(xué)研究納扎雷峽谷的喬西·艾琳說(shuō)，“這些可要猛烈多了，能從峽谷沖掉大量沉積物達(dá)數(shù)十立方公里，并把它沖運(yùn)到深海海底。他們似乎已發(fā)生了成百上千年，但是還從來(lái)沒(méi)有被直接觀察過(guò)，對(duì)其特點(diǎn)我們所知甚少。”

發(fā)生峽谷沖洗式的濁流為罕見(jiàn)現(xiàn)象，但把它們搞明白仍然十分重要。首先，他們有助于把沉積物中大量的碳鎖定在海底，這樣就能稍稍放慢導(dǎo)致氣候變化的溫室氣體的上升。

它們對(duì)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(lián)網(wǎng)和銀行交易都通過(guò)海底電纜進(jìn)行，所以如果這些電纜被切斷，將導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題。連接美國(guó)和歐洲的電纜有許多正好穿過(guò)從紐芬蘭南下的這同一條海底河道的路徑。科學(xué)家估計(jì)1929年流進(jìn)河道的沉積物流速達(dá)每小時(shí)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(qiáng)的沉積物流，”帕爾森斯說(shuō)，“了解它們的活動(dòng)規(guī)律很重要。”