海底淡水能為全球解渴嗎？

李文

在地球的一些地方，水資源短缺已經呈現出非常危險的情況，在非洲的撒哈拉地區，連續的干旱已經奪去了上百萬人的生命，很多良田化為荒漠。巴西的圣保羅是一個干旱嚴重的城市，一些市民在家里瘋狂地開挖水井以獲取地下水，而一些正在上學的孩子也不得不放棄刷牙的習慣，以節約用水。在美國加州持續了好幾十年的干旱使上百萬公頃的莊稼地閑置，造成成千上萬人失業。

尋找新的淡水資源

科學家預測，全球大約有50萬立方公里的淡水埋藏在近海岸的海床下面，這個數值比全球一年的蒸發量總和還要多。

伍茲霍爾海洋研究所的羅格·艾文和丹·理查德說，海底地下淡水在將來的某一天可能會被大規模地開采，以滿足人類的需求。艾文和理查德正在調查位于美國新英格蘭地區瑪莎葡萄園島近海岸大陸架的地下水存儲情況，研究人員認為這一片海底淡水來源于近海岸陸地淡水下滲。

近海岸陸地的淡水如何到達海底成為海底淡水的？一種理論認為，近海岸的陸地淡水一直在向大陸架一側入滲，時間久了就形成了海底地下淡水。另一種理論則認為，海底淡水來源于地球的冰川時代，當時的水平面低于大陸架，與大陸架相連接的海床在當時是暴露在外的陸地，冰川融化后的淡水存儲于當時的陸地下，也就是現在的海床之下，當海平面上升，這些當時的陸地地下水成為海底淡水。艾文和理查德正期待著獲取幾百英尺（1英尺=0.3048米）以下的海底淡水樣品，以確定其來源。從近海海底大陸架鉆井取水樣的任務由水文學家馬克·普森完成，他是來自美國新墨西哥州采礦技術研究所的教授。“我認為這些海底淡水最終會被人類挖掘并且作為資源利用的。”艾文說，“如果這些淡水只是孤立的古冰川水源，一旦被開采使用，將會很快被耗盡，如果這是與大陸水體相連接的地下水源，則可能成為可更新的淡水資源”。

聚焦新英格蘭

新英格蘭是一個地理區域，包括美國東北部的六個州：緬因州、佛蒙特州、新罕布什爾州、馬薩諸塞州、羅得島州和康涅狄格州。科學家在20世紀70年代發現，該地區的近海岸96公里大陸架以內有淡水噴泉的存在，淡水噴泉的存在說明這里大陸架的下面埋藏著淡水。科學家后來發現，不僅是美國的新英格蘭地區近海岸存在著海底淡水，在坦桑尼亞和印度尼西亞等地方的近海岸也存在著類似的情況。但是直到最近幾年，科學家才開始關注新英格蘭地區。2009年，理查德和美國地理調查局的同事們開始對新英格蘭瑪莎葡萄園島近海岸的大陸架侵蝕情況進行研究，他們使用地震勘測的方法進行研究，包括使用超聲波對海洋海床的結構進行標繪。科學家認為，大陸架侵蝕由消失已久的冰層造成，當冰川最終融化的時候，冰層會在大陸架的下面蓄積部分淡水，這部分大陸架后來變成了海床。但是，地震數據不足以告訴人們在大陸架下面的結構中到底蓄積了怎樣的液體，是淡水還是海水，或者是兩者的混合。因此，艾文和斯克里普斯海洋研究所的地理學家克里·基共同合作，增加了一種補充方法，以確定大陸架結構下的液體是不是淡水。他們所采用的技術被稱為“控制源電磁感應”技術，使用該技術時，電磁波發生器由一個拖船載入大陸架上方的海面，向海底發射電磁波，電磁波的磁場穿過海底海床，根據電磁波所穿過的介質的不同，電磁波有可能會增強或者減弱，由于淡水是電流的不良導體，因此，通過使用“控制源電磁感應”技術，能夠將海洋的咸水與其他類型的液體區分開來。通過使用以上技術，艾文在2015年確定了位于美國新澤西海岸的海底淡水，他說：“淡水的埋藏深度，與此前通過使用鉆井的方法得到的結果一致。”

馬克·普森說，使用“控制源電磁感應”技術探測淡水，將是近海岸淡水研究的一大進步。他認為，艾文的研究有重要意義，如果“控制源電磁感應”技術也能夠應用于新澤西以外的海岸，那將是人類探索海洋淡水的一個革命性的進步。

巨大影響

確定新英格蘭近海岸的海底淡水是一回事，了解它是如何存在的又是另外一回事。精確地找到它的起源，可以確定該海洋淡水是不是與大陸淡水相連，如果相連，那樣就是一種可以更新的淡水資源，但如果是由數百萬年前冰川融化形成的孤立水源，那也只是能夠供人類使用一次的資源。“當時的大陸架暴露在外面，降雨通過透水層進入地下含水層，然后又被不透水層覆蓋。”理查德說。

理查德認為新英格蘭近海岸海洋淡水的發現很重要，但他對淡水對海洋化學的影響更感興趣。評估表明，海底淡水比普通的河湖淡水的礦物質營養成分高出數十倍。如果海洋的地下存在著大量的有營養的淡水，將會對海洋生態系統帶來重大的影響。“河水來源于空中的降雨，所以河水中不含有鐵，”理查德說，“但是當淡水進入地下，它會吸收鐵和其他營養成分，所以當海洋淡水流出的時候，它一定是富含營養的水源，可以為海洋生物提供營養。”這將會對海洋食物鏈和地球氣候帶來巨大的影響。營養物質能夠催生海洋浮游生物的繁盛，將有助于將空氣中的二氧化碳轉變為海洋食物鏈中的有機碳，會減少大氣中二氧化碳的含量。

薄弱信號

在海洋的一些地方，海床在淡水的上方形成了堅硬的殼。但是，這些殼并不是在任何地方都堅硬無比，總有一些薄弱的地方，正如薄弱的河堤容易決口一樣，在一些海洋淡水上方殼比較薄弱的地方，海洋淡水還是容易沖破流出的。沖出的海洋淡水可能會破壞一些冰凍甲烷的化學平衡，造成甲烷呈現出氣體狀態，那會影響大陸架山脊陡峭地帶地理構造平衡，可能會造成海底山體滑坡，甚至會引起海嘯。“大陸架的外緣一直在發生著大的變化，”艾文說，“我們在對新英格蘭近海岸大陸架的調查中，繪制了很多的地理結構，包括泥沙的突然跌落和大陸架的解體等。任何在大陸架表層下有液體流出的地方，都存在著滲漏，滲漏嚴重的地方，地理災害發生的可能性就會增加，所以在尋找海洋淡水的研究方面，我們還需要進行一個額外的研究，那就是要看看這些存儲海洋淡水的地質結構是不是薄弱？會不會產生上述的海嘯效應一樣的破壞？”

將海底打穿？

將新英格蘭大陸架海底打穿，到達海底淡水存儲的地方，需要穿越上百英尺的沙石，單口井的花費大約在400萬美元。“這是一個巨大的花費，但是如果能夠獲取那里的水樣，將是值得的，我們正期待有人贊助我們的研究。”理查德說。令理查德高興的是，他正在得到越來越多的海洋研究項目，他認為研究的項目越多，能夠用于海底淡水研究的資金也將會越多。他說，盡管新英格蘭還不是一個最缺少淡水的地方，但是科學家感覺探測海床地下的奧妙，有可能解決日益緊張的全球淡水安全問題。endprint