科學(xué)家欲揭地球老“底”

張蓋倫

以“深”出名的馬里亞納海溝，吸引著世界各地的科學(xué)家前赴后繼、一探究竟。它位于西太平洋板塊邊緣，其南端的“挑戰(zhàn)者深淵”，更是地球表面最深點(diǎn)，深達(dá)10900多米，能把世界最高峰珠穆朗瑪淹得一點(diǎn)兒不露。

6月5日，中科院南海海洋研究所領(lǐng)導(dǎo)的馬里亞納海溝計(jì)劃（簡(jiǎn)稱“馬溝計(jì)劃”）第二航次起航，目標(biāo)直指“挑戰(zhàn)者深淵”。而在這之前，我國(guó)載人深潛器“蛟龍”號(hào)剛剛完成了今年在馬里亞納海溝的最后一潛。人類總是對(duì)“最”字頭的東西心懷向往。正在國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃368航次執(zhí)行科考任務(wù)的中科院南海海洋研究所特聘研究員、馬溝計(jì)劃首席科學(xué)家林間表示，科學(xué)家喜歡驚喜，而越是鮮有人至之處，驚喜可能越多。這是馬里亞納海溝的獨(dú)特魅力。

馬溝深度“遠(yuǎn)近高低各不同”

憑啥唯獨(dú)挑戰(zhàn)者深淵這么深

全球海溝綿延近6萬(wàn)公里，它們既是地表物質(zhì)循環(huán)到地球深部的巨大“回收工廠”，更是世界上最大地震與海嘯等災(zāi)害的發(fā)源地。

和喜馬拉雅山一樣，馬里亞納海溝也是地球最外層的板塊之間碰撞出來(lái)的。古老而沉重的太平洋板塊，一頭撞上并沉到相對(duì)較輕的菲律賓海板塊之下，在碰撞處形成深海溝壑。

馬里亞納海溝呈弧形，像一把大湯匙，嵌在北太平洋西部海床中。它全長(zhǎng)約2500公里，寬度約幾十公里，至于深度，那是“遠(yuǎn)近高低各不同”。海溝里，并非處處是“深坑”，林間說(shuō)：“如果你能在海溝底部行走，你會(huì)遇到一些碩大的海山，動(dòng)輒好幾千米高。”

馬里亞納海溝以東，有全世界最大的太平洋“超級(jí)海山群”。太平洋板塊向西俯沖，一些海山也隨之被“帶進(jìn)溝里”。到了溝里的海山，就成了獨(dú)特的“深海棧橋”。所以，馬里亞納海溝里有些地方，深度也只有五六千米。

那么問(wèn)題來(lái)了，為什么挑戰(zhàn)者深淵那么深呢？

答案要去地球內(nèi)部找尋，不過(guò)科學(xué)家已提出了不同假設(shè)。

林間稱，最近研究表明，太平洋板塊在挑戰(zhàn)者深淵所受的下拽之力最大。不過(guò)，這股“洪荒之力”從何而來(lái)？“如果要得到答案，就要直面海溝，在挑戰(zhàn)者深淵放置海底地震儀，給地球做個(gè)高精度的CT掃描，通過(guò)‘體檢看它的深部構(gòu)造?！绷珠g說(shuō)，這也是馬溝計(jì)劃的重要任務(wù)之一。

也有科學(xué)家認(rèn)為，挑戰(zhàn)者深淵之所以如此深，是因?yàn)楦_的太平洋板塊“被肢解”。在挑戰(zhàn)者深淵東部約150千米處，有一條板塊裂縫。裂縫以東的太平洋板塊龐大難以俯沖，而裂縫以西的小板塊則受周邊制約小，更容易俯沖，因此造就了挑戰(zhàn)者深淵。

再有一種理論叫“板塊后撤”。1.5億年“高齡”的太平洋板塊“身軀沉重”，邊俯沖邊往東后撤，這樣一來(lái)，海溝深度隨之加深。

但這些都只是假說(shuō)。林間說(shuō)，研究最深的挑戰(zhàn)者深淵，就是為了收集到直接的科學(xué)證據(jù)，尋求突破口，破解海溝之謎。

馬溝沒(méi)有發(fā)生過(guò)8級(jí)地震

是得天獨(dú)厚還是時(shí)候未到

超大地震會(huì)引發(fā)大海嘯，釀成災(zāi)難。蘇門答臘島于2004年發(fā)生過(guò)9.2級(jí)大地震；智利在20世紀(jì)60年代發(fā)生過(guò)9.5級(jí)地震，2010年又發(fā)生8.8級(jí)地震；2011年，日本發(fā)生了9級(jí)大地震……

但是馬里亞納海溝似乎受到了偏愛(ài)?！皬?00多年的地震記錄來(lái)看，這里還沒(méi)有發(fā)生過(guò)大于8級(jí)的地震。”林間說(shuō)。雖然7級(jí)地震在馬里亞納海溝并不鮮見(jiàn)，但8級(jí)地震是7級(jí)地震能量的30多倍。

在馬里亞納海溝，太平洋板塊以每年2～4厘米的速度俯沖，但兩板塊之間斷層上的介質(zhì)不均勻，難免“狹路相逢會(huì)卡住”。我要往西，你偏偏擋道，卡得我動(dòng)彈不得。這下可好，板塊內(nèi)部巨大的彈性力無(wú)處釋放，日積月累，如同埋下定時(shí)炸彈，總有一天要拼個(gè)“你死我活”。一旦“卡點(diǎn)”破裂，被積累的能量沖破桎梏放了出來(lái)，就會(huì)造成大地震。板塊邊界的斷層被“卡住”的時(shí)間越長(zhǎng)、范圍越大，地震也就越大。

那么為什么這么深的海溝，卻至今沒(méi)有記錄到超過(guò)8級(jí)的大地震呢？科學(xué)家們?cè)谶@里實(shí)施大洋鉆探，在海底泥火山上發(fā)現(xiàn)了摩擦系數(shù)小的蛇紋巖?！翱赡苁鞘^在作怪?！绷珠g解釋說(shuō)，這些石頭“比較好說(shuō)話”，也許成了斷層上的“潤(rùn)滑劑”，讓斷層們可以心平氣和地互動(dòng)。

“第二種可能，就和我們之前所說(shuō)的‘板塊后撤有關(guān)?！币?yàn)榘鍓K后撤，板塊之間就跳不了“貼面舞”，不密切耦合，被卡住的機(jī)會(huì)也小，超大地震自然也就不會(huì)發(fā)生。

但是，還有一種讓人“細(xì)思恐極”的可能——“也許是時(shí)候未到?！绷珠g說(shuō)，不是馬里亞納海溝不發(fā)生超大地震，而是它還在默默“憋大招”。畢竟，有科學(xué)儀器記載的地震歷史記錄只有100多年，而上一次日本9級(jí)大地震，就比許多日本科學(xué)家原先估算的大許多，其能量積蓄的時(shí)間可能是千年尺度。

海底最深處環(huán)境惡劣極端

為什么大家還都鐘情馬溝

地球科學(xué)家鐘情海溝，是要探索海溝與地震海嘯成因之謎。而其他學(xué)科研究者，同樣有想在馬里亞納海溝解決的獨(dú)特問(wèn)題。

生物學(xué)家想知道生物在極端壓力環(huán)境下如何生存，1000個(gè)大氣壓的壓力可不是鬧著玩的，深淵大生物到底是怎么辦到的？工程師想知道自己設(shè)計(jì)和制造的設(shè)備，能否承受住這種極端壓力的挑戰(zhàn)，深海環(huán)境對(duì)浮力材料的要求更為嚴(yán)苛；物理海洋學(xué)家想了解世界最深處的海水如何流動(dòng)、鹽度如何分層；當(dāng)然，極限愛(ài)好者也雄心勃勃躍躍欲試，所以，不只科學(xué)家去，文藝圈的人也刷了一把存在感。拍《泰坦尼克號(hào)》與《阿凡達(dá)》的美國(guó)大導(dǎo)演卡梅隆就挺會(huì)玩，砸重金建載人深潛器，獨(dú)自下潛到馬里亞納海溝最深處，成為目前為止到過(guò)海底最深處的三人之一，被載入史冊(cè)。

中國(guó)載人深潛器“蛟龍”號(hào)，也是馬里亞納海溝的“老朋友”了。算上最近這一次，它已3次探訪馬里亞納海溝，完成了20次下潛。

6月5日，中科院南海海洋研究所的“實(shí)驗(yàn)3號(hào)”船也踏上征程，開(kāi)展新一輪實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家們將回收一批已經(jīng)聆聽(tīng)了世界各地地震的深海儀器，分析在深海中記錄到的珍貴資料，為挑戰(zhàn)者深淵下的地球內(nèi)部構(gòu)造作“診斷”，以解海溝之謎。

馬溝計(jì)劃是國(guó)際上首次在全球最深海溝處實(shí)施的以海洋地質(zhì)與地球物理為引領(lǐng)的綜合海洋科學(xué)調(diào)查研究。林間笑言：“隨著我國(guó)海洋科技的發(fā)展，現(xiàn)在，有機(jī)會(huì)就要領(lǐng)跑，不能總是跟蹤嘛?！?/p>

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地球深淵生物超乎想象

潛水員曾在千米深的海水中見(jiàn)到過(guò)人們熟知的蝦、烏賊、章魚(yú)、槍烏賊、抹香鯨；在2000～3000米的水深處發(fā)現(xiàn)成群的大嘴琵琶魚(yú)；在7000多米的水層，發(fā)現(xiàn)僅18厘米大小的新魚(yú)種；在馬里亞納海溝最深處則很少能看到動(dòng)物了。

假如人們不是親眼見(jiàn)到這許多的深海生命體，會(huì)覺(jué)得在極端氣壓環(huán)境下居然還有生物生存簡(jiǎn)直是天方夜譚。因?yàn)?，這些看起來(lái)十分柔弱的生命，首先要經(jīng)受起數(shù)百個(gè)大氣壓的考驗(yàn)。就拿人們?cè)?000多米的水下看到的小魚(yú)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上它要承受700多個(gè)大氣壓力。

這就是說(shuō)，這條小魚(yú)在我們?nèi)耸种讣啄敲创笮〉拿娣e上，時(shí)時(shí)刻刻都在承受著700千克的壓力。這個(gè)壓力，可以把鋼制的坦克壓扁。而令人不可思議的是，深海小魚(yú)竟能照樣游弋自如。在萬(wàn)米深的海淵里，人們見(jiàn)到了幾厘米的小魚(yú)和蝦，這些小魚(yú)蝦承受的壓力接近一噸重。這么大的壓力，不用說(shuō)是坦克了，就是比坦克更堅(jiān)硬的東西，也會(huì)被壓扁。

深海中的生物在生態(tài)學(xué)上與我們已知的生物并不相同，可以說(shuō)它們是存在于我們認(rèn)知之外的生物，其進(jìn)化方向上與我們已知的魚(yú)類相比發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，與我們普遍認(rèn)知的生物也已經(jīng)大相徑庭。