作者:Larry Mayer等 来源:《地球与空间科学》 发布时间:2023/4/20 15:22:42
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新海山地图发现一万九千座海底火山

 

位于南太平洋的4776米高的“泡泡海山”(右)已通过声纳绘制了地图。图片来源:美国国家海洋和大气管理局海洋勘探与研究办公室

近日,新海山目录在《地球与空间科学》发表,在新罕布什尔大学海岸与海洋测绘中心主任Larry Mayer看来,这是“向前迈出的一大步”。

海底山脉除了对航行构成威胁外,还蕴藏着稀土矿物,使其成为深海采矿者的商业目标。它们是海洋生物的重要绿洲,其大小和分布也为板块构造和岩浆活动提供了线索。

“我们对海底的形状了解得越好,就越能为气候变化做好准备。”美国国家地理空间情报局(NGA)首席水文测量师John Lowell说,海山是帮助控制大规模海洋流动的“搅拌器”,这些海洋流动封存了大量热量和二氧化碳。NGA负责美国军方卫星测绘工作。

2005年,美国旧金山号核潜艇以超高时速撞上了一座海底火山,造成一名船员死亡,多人受伤。2021年,这种情况再次发生,美国康涅狄格号核潜艇又撞上了中国南海的一座海山,造成其声纳阵列损坏。

由于声纳只测绘了1/4的海底,因此还有多少海山存在仍未可知。但测量海洋高度的雷达卫星可以找到它们。现在,高分辨率雷达数据新增加了19000多座海山,但绝大多数海域仍未被声纳探测到。“这简直令人难以置信。”斯克里普斯海洋研究所的海洋地球物理学家David Sandwell说。

旧金山号事故发生后,Sandwell和同事从海军和NGA那里获得了资金,用于通过卫星寻找海山。他们已发现了数千个,其中700个会对潜艇构成威胁。但研究小组知道,他们的第一个海山目录还不够完整。Sandwell说,现在,有了来自高分辨率雷达卫星的数据,包括欧洲航天局的CryoSat-2和印度和法国航天局的SARAL,研究小组可以探测到1100米高的海山,这接近海山的下限。

海山通常以链状形式出现。昆士兰科技大学的地球物理学家Carmen Gaina说,海山目录将为地球内部的研究带来直接的好处。在大西洋东北部发现的新海山,可以帮助追踪为冰岛火山提供燃料的地幔柱的演变。这次调查还在印度洋的一个山脊附近发现了海山,在那里,随着构造板块的分离,新的地壳形成了。Gaina说,这表明,在一个曾经被认为岩浆匮乏的地区,存在着数量惊人的火山活动。

对生物学家来说,海山陡峭的斜坡就像珊瑚和其他海洋生物拥挤喧闹的摩天大楼。“它们是生物多样性和生物量的绿洲。”佛罗里达州立大学深海生物学家Amy Baco-Taylor说。但生物学家对海山在海洋生物多样性中所扮演的角色仍存在争议。

“如果我们不知道它们在哪里,我们就无法保护它们。”伦敦动物研究所动物学会的海洋生物学家Chris Yesson说。海山地图将让他们不会浪费太多时间。此前,Yesson和同事曾经到印度洋去研究一座海山,结果发现它是由声纳深度记录中的错误造成的幻影。

在理解海洋环绕全球的洋流传送带方面,新地图的重要性再大不过了。洋流将热量从赤道输送到两极,在那里水冷却并增加密度,直到向下俯冲,将热量和二氧化碳带入深渊。但这台永动机的另一面——深海海水对抗重力并向上上升,长期以来一直是个谜。

“上升流”曾被认为是在不同密度的深海层之间的边界处由湍流驱动,均匀地发生在整个海洋中。现在,研究人员认为它集中在海山和海脊。密歇根大学安娜堡分校的物理海洋学家Brian Arbic说:“有了地形,就会发生很多有趣的事。”

西布列塔尼大学的物理海洋学家Jonathan Gula说,当洋流在海山周围盘旋时,它们会产生湍流的“尾流漩涡”,可以提供能量将冷水向上推。在一项未发表的研究中,Gula和合著者发现,这些尾流漩涡使海山成为海洋向上混合的主要贡献者,也是气候的核心角色。Gula补充说,由于研究小组依赖的是旧海山目录,而不是新目录,因此海山的影响可能更大。

随着“海底2030”工程的推出,海山目录肯定会进一步扩大,这是一个由Mayer帮助领导的加速高分辨率声纳测绘的国际项目。美国宇航局的地表水和海洋地形卫星于2022年12月发射,可以测量几厘米以内的水面高度。Mayer说,考虑到声纳测绘航行的成本,更好的遥感技术将受到欢迎。(来源:中国科学报 李惠钰)

相关论文信息:https://doi.org/10.1029/2022EA002331

 
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