探索未知:繪製世界海牀地圖的征程

探索未知:繪製世界海牀地圖的征程埃德里安娜•伯納德(AdrienneBernhard)2018年4月22日MessengerMessenger分享平台MessengerTwitter分享平台Twitter人人網分享平台人人網開心網分享平台開心網微博分享平台微博QQ分享平台QQ豆瓣分享平台豆瓣Google+分享平台Google+WhatsApp分享平台WhatsApp複製鏈接,瀏覽器將打開另一個窗口關上分享窗口ImagecopyrightGettyImages深海海牀並不是一片平坦廣闊的沙地,與陸地上一樣,海底景觀奇妙多變,有著陡峭的峽谷,也有巨大的山脊。繪製一張完整的世界海牀圖絶非易事。地質學家們為陸地上的山脈、森林、沙漠、苔原等繪製地圖,天文學家們則繪製我們頭頂上的星空圖,但對人類來說,地球上絶大部分的海洋還是有待探索的未知世界。有句大家愛說的話是:我們對地球外的月球、火星的了解還遠甚於對自己地球上海牀的認知。海洋地形對於地球生態系統運轉非常關鍵:海牀的地勢起伏決定著洋流運動及氣候狀況;海洋地形同樣會影響水產業的運作,關乎著億萬人的生計;全球幾十億人靠著海底鋪設的光纜才能上網;海嶺為人類提供屏障,抵禦沿海地區的海嘯颶風等自然災害;海牀還為史前時期南半球板塊運動提供了豐富的研究素材。2017年,在非營利組織大洋水深製圖委員會(GeneralBathymetricChartoftheOceans,Gebco)的召集下,一支由全世界各地的專家組成的團隊首次正式展開全球海牀圖測繪工作。早年間,海洋學家們每次只能辛苦探索大約一海里的範圍。但隨著聲納技術的進步,一艘船一次出海便能完成上萬平方公里範圍內高解像度地圖的繪製。ImagecopyrightGettyImagesImagecaption我們曾以為海牀是一片平坦無垠的沙地,但事實與此大相徑庭。對海底世界的探索可不僅是對地圖繪製者或是海洋研究人員有意義。巨大的寶藏深藏於海底:海底有豐富的稀有金屬,稀有元素,原油與鑽石等資源。時至今日,這些財富連最英勇無畏的淘金者也無法企及。一些生態學家們對繪製出這樣的一幅海牀圖存有疑慮,擔心會讓採掘業公司有機可乘,大量開採以圖獲利但卻破壞了海洋生物棲息地和沿海生態環境。全球大洋水深地圖,即全球海牀圖的繪製勢必會促進我們對於目前居住的藍色星球的了解,但是否也會將我們置於科幻小說所描繪的境地:機器人潛艇戰、海底火山、海洋珍寶、製藥珊瑚王國(均是著名科幻小說《海底兩萬里的》所描述的)、無法度約束而任意妄為的海上拓荒者*、海底毒性沉積物旋流以及無人看管的海上空殼公司等?當這幅海底地圖繪製好時,它會成為有效監管海洋活動和保護海洋可持續發展的有力工具?還是會變成海盜的藏寶圖,掘金者過度開採與挖掘的指南書?目前地球上的海洋僅測繪了15%。在谷歌地圖上,若將太平洋中心區域放大,可以看到當前基於衛星與重力推算的海洋水深圖像:解像度低又是二手數據,很不精確。想想我們能將太陽系和人類基因組弄得一清二楚,卻未能繪出一幅完整的地球海牀圖,這實在叫人費解。但原因很簡單,地球上的海洋廣闊深邃,浩瀚無涯,波濤不測,絶大部分海域人類還無法深入海底。幾百年之前,要將這一片模糊又深邃的區域繪製出來意味著作圖者要在海中乘風破浪,在船邊將鉛垂線(又稱”重力線”)拋入水中,再在紙上標識,畫出輪廓製圖。早在16世紀,海員們就開始探測海洋,繪製海圖。但那時並沒有任何國際通用的海圖術語標凖或是度量衡,導致當時繪出的海圖僅僅是粗略的航海工具,讀起來也令人困惑不解。直到19世紀末20世紀初,那個頗具劃時代意義的年代,人類對於自然界的興趣大增,一群地理學者在摩納哥王子阿爾伯特一世(PrinceAlbertI)的召集與領導下,才製作了第一幅世界海洋地圖(”世界大洋水深圖”的雛形)。阿爾伯特一世對於當時新興科學領域”海洋學”非常感興趣,組建了四艘艇的研究人員前往勘測地中海。一百多年後,全球大洋水深製圖委員會與日本財團基金會(TheNipponFoundation)正式發佈”海牀2030″計劃(Seabed2030),該計劃意圖在2030年前利用從世界各管道搜集的數據(也包括早期的一些海洋探測圖)繪製出一幅完整的全球海牀圖。ImagecopyrightSciencePhotoLibraryImagecaption同在陸地上一樣,海洋底一些地方的火山活動也非常活躍。”海牀2030″計劃中使用的現代船隻裝備了多波束探測的聲納系統,通過船殼下方風扇形狀的設備向海牀發射聲納。每束聲納會測量聲波到達海牀再返回海面的時間,從而測算出海水的深度,並標記為網格上的一個坐標。委員會海底繪製分部的主任費裏尼(VickiFerrini)解釋道,”多波束聲納大大擴展了測算的範圍,測繪覆蓋的區域更廣了。”現絶大部分船隻是依靠聲納系統避開障礙及導航。但是多束波聲納則大大增加了研究船隻進行聲波傳播測算(指的是研究人員能夠通過聲納捕捉到的海底面積或地勢)的海底區域。費裏尼說,”多束波聲納與一般船隻使用的聲納系統的差別有點類似大型車駕式剪草機相對於小型手推式剪草機。”但研究人員仍面臨一些挑戰。海洋航線如陸地上的高速公路網一樣,有些公路負載,擁堵不堪,有些地方卻偏僻到連公路都沒有。因為海洋中行駛的船隻並不是均勻分佈於海洋各處,海洋本身的面積又極大,偏遠海域因此罕見人類的航船。往返於熱門航路夏威夷與日本之間的航船可以收集有價值的海底地勢數據,但其他偏遠的海域則需要派出特遣的深海測繪船。任美國國家海洋與大氣管理局(NationalOceanicandAtmosphericAdministration,NOAA)海岸研究部負責人的海軍上將史密斯(ShepardSmith)本人也是參與”海牀2030″計劃的研究人員。他說:”現代多波束聲納的海牀測繪工作並不是派一艘船航行於海洋就能夠完成的。航船收集的聲納數據非常寶貴,在一些我們幾乎未曾踏足的海域更是如此。像是在太平洋或是北冰洋裏,單是一艘航船繪製的海底地勢線就能幫助我們更好地了解目前測繪還不足的海域。”ImagecopyrightGettyImagesImagecaption雖然人類在海底鋪設光纜的歷史已經長達150多年,然而大部分的海牀對我們來說還是未知之境。因此,全球大洋水深製圖委員會號召更多貨船、漁船和遊輪等商用或民用船隻加入這個計劃,並將實時數據傳輸給委員會,以利用”眾包”的形式解決當前數據不足的問題,共同將海牀地圖繪製出來。委員會還制定了一個”繪圖指南”:針對大洋水深網格坐標系給出詳盡的技術指導,以期幫助發展中國家也可使用。他們還邀請全世界的海洋愛好者提交新發現的各類海底地形地貌特徵,如小型土丘、小型海脊、礁石、噴火山口、溝渠、岩牀、鹽丘等)的命名方案。海洋愛好者們可以給位於摩納哥的國際海道測量組織(InternationalHydrographicOrganisation,IHO)寫信提交方案。最終的海牀地圖會在英國海洋數據中心匯總拼成。”海牀2030″計劃全球中心負責人斯奈思(HelenSnaith)說:”數據是公開的。不論你是海洋模型專家、研究者、政府機關工作人員還是一般公眾,都可以在”海洋”這款應用程序上獲取現有的數據。”現代海洋探索的征程中,最能夠體現深海地圖繪製的複雜性的莫過於”馬航MH370″事件的調查搜索。調查員曾懷疑這架2014年3月飛往北京途中失蹤的飛機在印度洋的一個偏遠的海域墜毀。但那個海域乏人探勘,海圖簡陋,因此搜索隊需要先對相關區域做基本的海圖繪製,然後才能繪出凖確而又足夠清晰的地圖來找到墜機殘骸。事實是這個搜索區域的海水相當深,依靠航船勘探繪圖術行不通。在水深稍淺的海域,人工駕駛的航船可以拖上一艘裝備聲納的拖船。但是以印度洋的海水深度,季風氣候和強勁的洋流,拖船幾乎無法在海中按既定航向行駛測量。調查人員只能在海中放置一組自動水下載具(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)。水下機器人尚處於發展初期,深海測繪越來越依賴潛艇作更詳盡的測量。美國麻省伍茲霍爾海洋研究所(WoodsHoleCenter)海洋機器人實驗室主任貝靈漢(JamesBellingham)說:”自動水下載具有很多優勢。他們速度很快,能夠提供包括危險係數評估等在內的高像數海牀勘探,並能降低前期投資成本,探索的海域也更廣。”一套正規的多波束聲納水深勘測系統要花費幾百萬美元,且需要專業的操作員來分析數據。因為航船,顧名思義,是航行于洋面,而非潛入水中。ImagecopyrightGettyImagesImagecaption世界上大部分的海洋都是非航道海域,因此很少有船隻經過。相反,自動水下載具就便宜得多且更適合偏遠的汪洋大海。目前研究人員正在設計新型的自動水下載具,這種載具可以從陸地發射,由電池供電。當然,這些優勢背後也有隱患:電池需要充電、附近要有船來輸送導航信號,壞掉的自動水下載具得送回海港修理等。貝靈漢說:”未來,自動水面載具可以拖著自動水下載具自動勘探。”如此一來,可以省下很多的人力,海牀圖繪製可完全由機器完成。***印度洋在古梵語中被稱作是”Ratnakara”(意思是寶石的寶藏)。這個名字確實有預見性:在偏遠的印度洋裏,水下的山脈與峽谷中藏有異常豐富的資源,如稀有金屬合金、石油、熱能資源,甚至鑽石等等。商界早就盯上了這些海洋資源,已有一些海洋掘金者開始自行繪製海牀的高解像度地圖。這些數據對海洋研究來說相當有價值。費裏尼向我們解釋道,儘管這些信息有助於研究,但石油、礦業與地震資料這些行業在向海牀2030提供數據時,為保全自身的商業利益,可能會選擇漏掉一些數據或提供像數較低的圖像給委員會。以世界鑽石業中家喻戶曉的名字,主宰了全球四成以上的鑽石開採和貿易的戴比爾斯(DeBeers)為例。這家公司二十年前在鑽石礦產豐富的納米比亞,與該國政府達成了合作,獲權開採納米比亞沿海的鑽石。近期,戴比爾斯新引進了一批自動水下載具,它們能夠潛入水中勘探海牀,開採鑽石,挖起海牀上含有毛胚鑽石的海底沉積物,然後運送到幾百米高的海面上。淺海地區砂礦、金礦、錫礦和鑽石礦的開採與挖掘已經有了幾十年的歷史,但商用深海採礦還是一個新興產業。目前它對環境可能造成的影響還未可知。科學家們預見可能會造成海洋生物棲息環境惡化、恢復緩慢或不可復原的破壞、礦牀表面有毒氣體溢出、海底噪音、運輸中的化學物洩漏,以及海洋生物滅絶等問題。戴比爾斯的一位發言人日前確認,”公司不會在已知的多樣海洋生物棲息地進行開採。”他同時表示,開採後,公司會將沉積物送返海牀,而海牀會在一段時間內自然復原。但是,開採業對經濟利益的考慮往往勝於對環境因素的考慮。深海礦場中的稀有金屬是許多商用材料的主要原料,廣泛使用在手機、DVD、充電電池、磁鐵、計算機存儲卡、熒光燈具等製造領域。陸地石油資源開採殆盡,人們的貪婪目光也就自然投向了深海石油資源。貝靈漢說:”這是一場競賽。我們需要盡快在人類將其完全破壞之前建立起對於海洋的基本認知。我們已經輸掉了在北冰洋的競賽,以往生活在北極海冰中的生物已經滅絶了。”除了一些氣候變化帶來的顯著影響外,地球上許多公共水域已成為”城市化海洋”的犧牲品:海牀上充斥著各式管道、路由電纜和水產養殖等等。這些現象表明,人類還沒充分認識海洋,就已經迫不及待地濫用海洋資源。不管這幅全球海牀地圖是否繪製出來了,國際海事法已經明確規定,深海挖掘不能超過離岸200英里——即國家沒有海洋管轄權的非領海海域。聯合國公約海洋法設定了各國使用和開採海洋資源相關權責的法律框架。公約的第76條一再強調”大陸邊”的概念:大陸邊是指沿海國陸塊沒入水中的延伸部分和深海海底之間的陸坡。海洋法也明文規定深海生物必須受到保護,任何挖掘開採海洋礦產收入所得都必須與國際社會分享。***在我們居住的地球上,深海是最大的生物棲息地,但也是人類了解得最少的生物棲息地。地球有三分之二是美麗而奇幻的海洋秘境。這些地方,水壓極高、溫度很低、黑暗無邊,卻是極之豐富多樣的海洋動物們賴以生存的家園。小飛像章魚、吸血鬼魷魚、鬼頭鯊魚、蜘蛛蟹、珊瑚和電鰻,這些奇妙的生物在遠古時代都因適應深海環境而進化出”特異功能”。但是這些深海居民自恐龍時代後已無進化,它們不能很快地適應當今的變化。它們繁殖速度緩慢,且對於外界的刺激非常敏感。國際性的全球海牀圖繪製偉業需要包括政府、海洋專家、軍方潛艇、水產業和海上開採業等各個利益相關方的參與。儘管他們的利益不同,甚至有時會有利益衝突,但多方的合作是必要的。一旦這個全球海牀地圖完成,公之於眾,就必須採取各類保護性措施來維護全球海牀圖以及這份海圖所描繪的整個海洋。史密斯海軍上將說:”一幅完整清晰的海圖對人類未來幾個世紀都有裨益,使我們能夠更負責任地保護與利用海牀。”畢竟,我們只有一個地球,一個海洋。我們必須認真自覺地管理和保護它們。陸地上的資源已被人類消耗殆盡,而在開採和挖掘海洋資源之前,我們應更審慎。海底地圖的繪製也許標誌人類正在做出巨大改變,以維護藍色的海洋。請訪問BBC閲讀英文原文相關主題內容科學天地

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