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第5章 认识海洋(3)

二战结束后,皮卡德在比利时国家科研基金会的资助下,建成了第一艘“水下气球”式“弗恩斯”3号深潜器。1948年11月3日,他的深潜器缓缓潜入水中。深潜器的载人舱是一个直径为2米的钢制球壳;除了控制仪器外,球壳内仅仅能够挤下两个人;载人舱与一个装有2.8万加仑汽油的油箱相连,以产生足够的浮力。与载人舱相连的还有充水的气箱和被电磁力吸附的铁块。深潜器上浮时通过排出球内的水和抛弃铁块来实现;下潜时则靠排出汽油,在剩余的油箱空间注满海水,以增加重量。奥古斯特·皮卡德与英纳德把深潜器潜到水下26米处。这次实验证明了只需艇上的驾驶员控制,同样能够完成自由升降。皮卡德又设计了一套遥控装置。第二次试验,深潜器下潜到了1370米的深度。当它浮出水面时,深潜器载入舱严重进水,外形因受巨大压力而变形。尽管如此,他的试验,使人类向深海探索的历程跨入一个崭新的纪元。

1951年,皮卡德带领儿子杰奎斯·皮卡德来到意大利港口城市的里雅斯特,在瑞典有关部门的支持下设计他的第二艘深海潜水器。这艘深潜器长15.1米,宽3.5米,艇上可载两三名科学家。皮卡德父子将它命名为“的里雅斯特”号。1953年的一天,皮卡德父子驾驶着“的里雅斯特”号潜入1088米深的海底。第二次在第勒尼安海,皮卡德父子乘坐深潜器达到3048米深的海中,又一次创下了人类深海潜水的新纪录。同年9月,“的里雅斯特”号第三次载着皮卡德父子在地中海下潜到3150米的深处。在皮卡德父子的直接领导下,美国海军从德国购置了一种耐压强度更高的克虏伯球,建造新型的“的里雅斯特”号深潜器。1958年,新的“的里雅斯特”号首次试潜就潜到5600米;第二年又潜到7315米。“的里雅斯特”号潜水器在1960年1月20日用了4小时零43分钟的时间,潜到了世界海洋最深处——马里亚纳海沟,最大潜水深度为10916米。皮卡德父子实现了他们的最终梦想,成为深潜器设计最成功的人和传奇式的英雄。

20世纪60年代出现的“的里雅斯特”型深潜器是一个固定在储油器上的球形钢制吊舱。储油器中装满了比水轻的汽油,能在必要的情况下使潜水器浮出水面。下水前,把几吨重的铁沙压载装进特殊的储油罐中,在升上水面前,打开储油罐,甩掉压载。由蓄电池供电的小型电动机保证螺旋桨、舵和其他机动装置运转。这种类型的深潜器不能灵活运行,它如同“深水电梯”,观察人员潜到指定地点后就返回。

海妖与超级乌贼

大海神秘莫测,关于海怪的传说,各个地区各个时期都有。其中流传时间最长、流传范围最广的当属挪威海怪“克拉肯”。

挪威海怪“克拉肯”的历史最早可以追溯到古希腊时期。在许多人的描述中,挪威海怪就像一个浮动的岛屿。但是对于水手来说,真正的危险并不是来自于怪物本身,而是来自于当它迅速潜入海底时造成的巨大漩涡。

挪威渔夫经常冒着生命危险在海怪的上方捕鱼,因为这样渔获量会很大。如果一个渔夫的捕获数量异常多,他们往往会互相说:“你一定是在海怪的上方捕的鱼。”

1752年卑尔根主教庞托毕丹在《挪威博物学》中描述了“挪威海怪”。书中说:“它的背部,或者该说它身体的上部,周围看来大约有一哩(英里)半,好像小岛似的。……后来有几个发亮的尖端或角出现,伸出水面,越伸越高,有些像中型船只的桅杆那么高大。这些东西大概是怪物的臂,据说可以把最大的战舰拉到海底。”

因为“克拉肯”可怕的造型和惊人的破坏力,很多影视、小说和游戏都把它作为大反派。电影《诸神之战》中,宙斯的儿子珀尔修斯打败的海怪就是克拉肯。好几集《奥特曼》里,挨奥特曼打的怪物也是克拉肯。《加勒比海盗》中,最可怕的海怪还是克拉肯,它把杰克船长和黑珍珠号全部拖进了活死人的世界。《魔兽世界》里,克拉肯也是一个重量级的BOSS。

世界上真有海怪吗?

多数科学家认为,巨型乌贼是海怪的原型。

1873年,巨型乌贼在纽芬兰附近的“葡萄牙”海湾首次被发现。当时一艘小船遭到了这个大家伙的突然袭击,幸亏船主用斧头砍下了它的触须,才侥幸逃脱。事后测量,那根断触须长5米、直径约0.3米。

自此后,人们就开始追踪“乌贼王”的踪迹,但令人烦恼的是,它很少在浅海露面,当它浮出水面的时候,不是已经死亡就是奄奄一息,在开展研究前就死去了。全世界至今只有250多个样本可供研究,这些样本不是残缺不全就是严重损坏。它究竟住在何处,如何生活,如何觅食和繁殖,科学文献上至今仍是空白。

科学家通过解剖巨型乌贼的尸体,推测出了它长年潜伏海底的原因。巨型乌贼的眼睛直径达25厘米,已经适应深海的黑暗环境,因此,当它浮出海面时会因为强光而致盲,变得脆弱不堪。这就注定了它只能过“见不得光”的生活。

巨型乌贼最大的特点是长着一对极长的触须。这对触须的长度能达到其身体总长度的三分之二。

科学家曾猜测巨型乌贼是一种行动缓慢的动物。但亲眼目睹后才发现,它远比原先想象的要活跃得多,是一种积极而凶猛的捕食者。科学家说,失去一段触须不会危及巨型乌贼的生命。

大王乌贼生活在太平洋、大西洋的深海水域,体长20米左右,重2~3吨,是世界上最大的无脊椎动物。它的性情极为凶猛,以鱼类和无脊椎动物为食,并能与巨鲸搏斗。国外常有大王乌贼与抹香鲸搏斗的报道。据记载,有一次人们目睹了一只大王乌贼用它粗壮的触手和吸盘死死缠住抹香鲸,抹香鲸则拼出全身力气咬住大王乌贼的尾部。两个海中巨兽猛烈翻滚,搅得浊浪冲天,后来又双双沉入水底,不知所终。这种搏斗多半是抹香鲸获胜,但也有过大王乌贼用触手钳住鲸的鼻孔,使鲸窒息而死的情况。

最大的大王乌贼有多大?这个问题不好回答。人们曾测量一只身长17.07米的大王乌贼,其触手上的吸盘直径为9.5厘米。但从捕获的抹香鲸身上,曾发现过直径达40厘米以上的吸盘疤痕。由此推测,与这条鲸搏斗过的大王乌贼可能身长在60米以上。如果真有这么大的超级乌贼,那也就同传说中的挪威海怪相差不远了。

“黑烟囱”的秘密

1979年,美国的“阿尔文”号载人潜艇在东太平洋洋中脊的轴部,水下2610~1650米的海底熔岩上,发现了数十个冒着黑色和白色烟雾的烟囱,约350℃的含矿热液从直径约15厘米的烟囱中喷出,与周围海水混合后,很快产生沉淀变为“黑烟”,沉淀物主要由硫黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜、铁硫化物组成。这些海底硫化物堆积形成直立的柱状圆丘,称为“黑烟囱”。海底“黑烟囱”的发现是全球海洋地质调查取得的最重要的科学成就,也是世界海洋研究中最重要的领域之一。

“阿尔文”号发现“黑烟囱”之后,海洋学家又先后在世界各大海洋的底部发现了30多处。

(一)海底热泉的分布

海底“黑烟囱”分布在地壳张裂或薄弱的地方,如大洋中脊的裂谷、海底断裂带和海底火山附近。大西洋、印度洋和太平洋都存在大洋中脊,它高出洋底约3000米,是地壳下岩浆不断喷涌出来形成的。洋脊中都有大裂谷,岩浆从这里喷出来,并形成新洋壳。两块大洋地壳从这里张裂并向相反方向缓慢移动。在洋中脊里的大裂谷往往有很多热泉,热泉的水温在300℃左右。大西洋的大洋中脊裂谷底,其热泉水温度最高可达400℃。在海底断裂带也有热泉,有火山活动的海洋底部,也往往有热泉分布。除大洋中脊有火山活动外,在大陆边缘,受洋壳板块俯冲挤压形成山脉的同时,往往有火山喷发,在它的附近海底也会有热泉分布。

参观海底“黑烟囱”会是个奇妙的经历:蒸汽腾腾,烟雾缭绕,烟囱林立,好像重工业基地一样。事实上,烟囱里冒出的烟的颜色大不相同。有的烟呈黑色,有的烟是白色的,还有清淡如暮霭的轻烟。经分析发现“烟囱”喷出的物质中含有大量的硫黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜、铁硫化物等物质。

(二)海底热泉生物群

海底“黑烟囱”的构筑绝非仅仅是地质构造活动的结果。其中神奇莫测的热泉生物建筑师的艰辛劳作也功不可没。在热泉口周围拥聚生息着种类繁多的蠕虫,其中管足蠕虫可长到45厘米,它们独具特色的生存行为特别引人注目。要知道,就在不久以前,科学家们还普遍相信,幽深的海底是生命的禁区,那里又黑又冷压力又大,根本不可能有生命存在。然而现在发现,围绕在海底“黑烟囱”周围,不但聚集了一个完整的生态系统,这些怪异的底栖生物在营造“烟囱”中还起着至关重要的作用。

科学家们发现“黑烟囱”岩心上布满了含有硫酸钡(也叫重晶石)的凹陷管状深孔,研究人员确认这些管状孔穴系蠕虫长期生存行为的结果。鉴于热泉口旁蠕虫遍布,因此尚难断定究竟哪些蠕虫擅长打洞筑巢。

从管洞外形来看,极有可能是活跃喜迁居的管足蠕虫长期挖掘作业的产物。解剖分析表明,管足蠕虫内脏中的细菌可从热液所含亚硫酸氢盐中获取氢原子维持生命,细菌还可把海水中的氢、氧和碳有机地转化生成碳水化合物,为蠕虫提供生存所需的食物。这种化学反应的结果是遗留下硫元素,蠕虫排泄的硫又促使海水中的钡和硫酸发生催化反应。长此以往蠕虫死后便在熔岩中遗留下管状重晶石穴坑。

它们开凿的洞穴息息相通,犹如礁岩迷宫,从而使热液将矿物质源源不断地输送上来并堆集烟道。当“黑烟囱”在热泉周围落成后,熔岩上深邃的管状洞口穴就成为矿物热液外流的通道从而形成海底黑烟热泉奇观,直到通道自身被矿物结晶体堵塞才告停息。

海底蠕虫只是海底生物中的一种。不同纬度、地形和深度的海洋,具有不同的物理及化学条件,因此造就了特色不一、各式各样的海洋生物。2000年12月4日,科学家在大西洋中部发现另一种热泉,结构完全不同,他们把它命名为“失落的城市”,再度引发了科学家对海底热泉的研究热潮。

在宜兰龟山岛发现的不断往上喷出的海底热泉,是一种“黄烟囱”,这是因为海底冒出大量硫黄所造成的现象,也是近年来发现最大的近海海底热泉,水深从二三米到三十几米,有八九处之多。最令科学家吃惊的是,在深海热泉泉口附近发现各式各样前所未见的奇异生物,包括大得出奇的红蛤、海蟹、血红色的管虫、牡蛎、贻贝、螃蟹、小虾,还有一些形状类似蒲公英的水螅生物。

即使在热泉区以外像荒芜沙漠的深海海底,仍出现了蠕虫、海星及海葵这些生物。热泉生物能够生存完全是依靠化学自营细菌的初级生产者。在“黑烟囱”喷出的热液里富含硫化氢,这样的环境会吸引大量的细菌聚集,并能够使硫化氢与氧作用,产生能量及有机物质,形成化学自营现象。这类细菌会吸引一些滤食生物,或者是形成能与细菌共生的无脊椎动物共生体,以氧化硫化氢为营生来源,一个以化学自营细菌为初级生产者的生态系统便形成了。

依照目前研究热泉生物的了解,它们的生长速度非常快。以贝壳来说,由于它们是滤食性动物,会有鳃、消化系统及进出水口器官;可是海底热泉的贝壳不一样,它们消化系统及进出水口已经呈退化现象,海底细菌则会住在它们的鳃里面,等到繁殖多了,就会被贝体利用,于是贝壳的生长速度也变得非常有效率。

(三)世界各国对海底热泉的研究

现代海底“黑烟囱”及其硫化物矿产的发现,是全球海洋地质调查近年来取得的最重要的科学成就之一,因其和海底成矿、生命起源等重大问题有关而成为国际科学前沿。但因现代“黑烟囱”分布在海底,仅有美、德、法、加、日等少数国家有能力开展研究。科学家于是将目光投向了陆地上的“黑烟囱”化石,但迄今仅在俄罗斯、爱尔兰发现3亿至4亿年前的“黑烟囱”残片。

我国也致力于“黑烟囱”的研究。继2005年发现古老大洋地壳残片后,2007年长期在野外奔波的北京大学李江海课题小组首先在山西五台山地区发现了古海底“黑烟囱”残片。当年10月终于又在河北兴隆发现了保存完整的古老“黑烟囱”,初步判断其地质年龄约有14.3亿“岁”。

专家描述:14亿多年前,华北地区仍是一片汪洋大海,河北兴隆一带正处于大陆裂谷最深的海底上。在海水循环加热后,这些两到三厘米高的“黑烟囱”成为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等地壳内部矿物质喷涌而出的通道,“黑烟囱”周围聚集了蓬勃的微生物群落。

另据推测,中国甘肃和云南地区,应该有几亿年前的海底“黑烟囱”的迹象。

(四)“黑烟囱”是生命诞生之地?

近30年来,随着深海生物科研的不断深入,科学界有一种新的看法,认为生命可能起源于深海“黑烟囱”;而英国杰出的生物学家、进化论的主要奠基人达尔文也曾假设过,生命可能起源于“一小滩热水”。

巧合的是,科学家最早发现海底“黑烟囱”的加拉帕戈斯群岛,达尔文环球考察时也曾停留过。岛上独特的生物对达尔文发现进化论起到了至关重要的作用。而“黑烟囱”也给了科学家们新的启示。

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