大洋深處的“蘇軾”和“李白”,到底是一種什麼樣的存在?

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隨著中國科研實力的蒸蒸日上,中華文化元素得以出現在越來越多的前沿科學領域。太空軌道上遊弋著“天宮”與“神舟”,靜謐月海矗立著“太微”與“廣寒”。不過,除了“遠而無所至極”的蒼天,我們還有“縱橫亙二洲,浪淘天地入東流”的大洋。蛟龍戲水,潛龍騁躍,藍海的深處,我們泱泱華夏之聲照樣不會缺席。

去年年末最新訊息,在中國大洋協會的主導下,位於太平洋、大西洋和印度洋的多個國際海底地理實體以中國名字命名,至今共計達163個。根據國際間水道測量組織和政府間海洋學委員會聯合出版的《海底地名命名標準》,所謂的“海底地理實體”,是指“洋底或海床的一部分,其地勢起伏輪廓鮮明可測或範圍明確”。在這些被冠以璀璨名稱的地理實體裡,有西太平洋麥哲倫海山區的“鹿鳴”、“採薇”;有印度洋海域的“天休”、“臥蠶”和“大糦”熱液活動區;甚至連名聲如雷貫耳的大詩人李白、蘇軾,也同樣在海底世界有著自己的一席之地。

海底的“三蘇”,它們位於北緯8度12.62分、西經146度38.70分。圖片來源:中國大洋礦產資源研究開發協會,www.comra.org

2017年的開端可謂一片紅火。但是作為死理性派,我們在聽聞振奮人心的喜訊之餘,自然還想瞭解這些中國風的名字背後,到底是什麼樣的存在。古人說得好,“知其然”也要“知其所以然”嘛。本文就帶大家一起走進新聞背後,通過一場酣暢淋漓的洋底漫遊,來瞭解這些大海之下的中國元素,都是些什麼樣的自然造物。

認識真正的大洋地殼

我要說的“洋底”是真正的“洋底”,並不是你經常在電視或圖片上看到的,那種倒映著粼粼波光、有魚群在珊瑚間遊弋的場面。多數時候,這樣的“海底”歸根結底還是“陸地”的一部分,是大陸被海水淹沒之處所具有的景象。礁灘一般很淺,陽光可以充分投射、水溫溫暖,所以才有種類豐富的生物在此生存。這些地方人們一般不會叫它們大洋,它們有專門的名字比如“陸架”或者“陸表海”。

不都是水體麼,為什麼在名詞上錙銖必較呢?那是因為在自然科學裡,陸(Continental)和洋(Oceanic)其實是兩類完全不同的地質實體。它們成分不同、物理性質不同、厚度不同,甚至連壽命也完全不同。是的,我們要接受這麼一個科學事實:整個地球表面,實際上鑲嵌著兩種從頭到尾截然相異的地殼類型。就跟一個房間的地面上,同時鋪著石材和木地板一樣。

構成大陸的是陸殼,一般也稱之為矽鋁地殼,顧名思義,它富含Si、Al而相對缺Mg和Fe;被海水淹沒的洋殼呢,一般稱為鎂鐵地殼,毋庸多言,以Mg和Fe的富集為特徵。由於矽鋁質礦物(長石、石英)一般輕於鎂鐵質礦物(橄欖石、輝石、角閃石),陸殼一旦形成,很不容易回到地球內部。因此,大陸可謂是這顆星球上真正的“億萬年不沉之方舟”。最古老的陸殼(加拿大Acasta片麻巖區)壽命甚至有40億年之久,是太古巖石圈殘留至今的遺蹟。之後每個時代所形成的新生陸殼,最終都會在板塊構造的作用下,貼合到陸核——也就是幾十億年前最初的原生大陸周圍,導致大陸地殼隨時間變得越來越厚,也就越來越不容易被帶回地幔。

地球的剖面示意圖,陸殼(Continentalcrust)和洋殼(Oceaniccrust)是兩種截然不同的存在,共同漂浮在地幔(Mantle)之上。陸殼要遠遠厚於覆蓋著海洋的洋殼。圖片來源: www.pasqualerobustini.com

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而大洋地殼呢?它是活的,是“苟日新,日日新,又日新”的。地球上現存最古老的洋殼殘片,年齡也只有區區三百萬年左右,總之,跟陸殼的40億年相比,洋殼簡直“太年輕”了!比1億年更老的洋殼呢?早已被“傳送帶”送進地幔回爐重造啦。這個“傳送帶”是這樣的:沿著大洋中脊(M.O.R,Mid-OceanRidge)——也就是橫貫大洋中部的線狀噴發口——新鮮的巖漿從地幔對流中不斷輸出,同時,對流環沿著大洋中脊向兩側緩緩滾動,洋殼就被一點點地被傳送出去,送到靠近板塊邊緣的地方,然後沿著海溝(Trench)回到地球內部,重新融化成地幔,形成一個完整的輪迴。

陸殼長期增生使得它越來越厚,平均厚度可以達到20-30km;而洋殼只是一層薄薄的傳送帶,平均厚度尚不到10km。在地殼均衡原理(浮力作用原理的一個地學推論,簡單說就是一個漂浮物體的厚度越大,它在地下的深度和地表的高度也就越大)的作用下,厚度大、比重小的陸殼,可以塑造出比洋殼高聳得多的正地形。因此,海水深度不同只是洋陸差異的表象,厚度薄、比重大的洋殼要率先被海水淹沒。而全球的海水都淹不到的地方,則是那一坨坨高聳的大陸。

洋底地貌的作俑者——地幔柱

上述那一切,基本都是板塊運動所描繪的圖景。但如果僅靠板塊運動,洋殼上卻斷然不會出現豐富多彩的地貌類型。為什麼呢?板塊構造理論裡有一條重要的假設:將板塊視為剛體,地殼的應力作用於板塊邊緣。理想剛體內部是不受力的(顯然真實情況並非如此),沒有內部作用力,自然也就沒有內部地殼活動;而沒有內部地殼活動,又怎麼會憑空出現豐富多彩的內部地貌類型呢?

但是,真實的情況是:軟流圈對流其實很複雜,它的“核心產品線”上不止有板塊構造這麼一個“明星產品”。與之共存的,還有另一個重量級產物,那便是地幔柱運動(Mantle Plume Activity)。

地幔柱運動和板塊構造在大地動力學上的地位,基本上是對等的。前者是大洋中脊處巖漿上湧的拉張力,和遠離洋中脊處已經冷卻掉的洋殼向下的拖曳力,合力作用的結果,其所表現出的樣式是傳送帶式水平運動;而後者呢,是地幔深處向上湧起的熱流所誘發的垂向運動。兩者分別構成大地構造運動的X軸和Y軸,在表象上互不幹涉。所以地幔柱根本無視你地球表層浮著的是什麼板塊,是板塊中央還是板塊邊界,無論是啥,隻要敢漂到地幔柱頭部,後果只有一個,那就是——等著接受無差別的摧殘吧。

這摧殘有輕有重,具體得看地幔柱自己的規模:輕者則給你“頂個包”——也就是所謂的“板內地殼隆起”(Intraplate Crustal Uplift)——然後發育些地塹呀裂穀呀之類的東西;重則直接把你整個大陸撕裂,管你什麼“億萬年的方舟”呢。撕了!然後在口子裡給你活生生開闢個新的大洋!而且,地幔柱在撕大陸時,還能順道搞些“微不足道的小事情”,比如生物大滅絕什麼的,但這就是另外的話題了。

地幔柱的威能如此之大,恰恰是它這種垂向運動的習性,為大洋板塊塑造了豐富的地貌。大洋板塊一般比大陸板塊大得多(你們人類引以為豪的歐亞大陸,還不是由無數小板塊拚貼的結果麼?人家大洋板塊可不是呀),俗話說“樹大招風”,大洋板塊像毯子一樣覆蓋在地球表面,難免要遭到地幔柱的影響。

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豐富多彩的海底地貌

地幔柱影響的原理可以這樣比喻:它在垂直方向上不斷拱頂,而板塊在水平方向上不斷漂移,整個過程就跟物理課上玩的打點計時器一樣。一般來說,條帶(板塊)上的第一個點,是地幔柱頭部敲下的,也是用力最狠的一“點”。地幔柱的形狀如同蘑菇雲,“蘑菇頭”裡蘊含著大量的巖漿。當它捅破地表時,大量巖漿在極短時間噴溢位來,一股腦堆在地表,形成高聳的玄武巖高原,這就是“大火成巖省”。全球大火成巖省裡,最令我們熟悉的可能是“山月半輪秋”的西蜀峨眉——畢竟,她是我國唯一獲得國際科學界公認的大火成巖省實體。然而,峨眉山玄武巖畢竟是陸地大火成巖省的代表。在海底,巖漿的“威能”演繹出來的,是另一個完全不同的故事。

在海底,大火成巖省的主要表現形式是洋底高原(Oceanic Plateau),這是大洋板塊內部規模最大的地貌實體。今日地球上體積最大的大火成巖省,便是坐落在西太平洋的翁通爪哇洋底高原(OJP, Ontong-Java Plateau)。它的山根深嵌在洋殼之下(還是地殼均衡原理哦),而它高聳的頂部呢,則足以露出大洋的表面,撐起一個個小小的玄武巖列島,為陸地生命的生存繁衍,提供賴以立足的綠洲。

“蘑菇頭”終歸會噴完,後續又長又細的“小尾巴”(見下圖)才是“洋底盛宴”的主菜:這個持續上湧的“小尾巴”,會在大火成巖省漂走之後,在板塊的後續部分拖出一系列“小動作”。小尾巴的能量顯然沒有開陸成海、構築高原的地幔柱頭部那麼厲害,它們只能在地表形成一個個小小的“熱點”(Hotspot)——不是你用來連WiFi的介面——而是溫度較高的點。熱點作為打點計時器的主菜,在板塊這張紙條上打出一個又一個小火山。這些小火山的命名方式也是很有講究的,如果它沒能浮出水面,我們一般稱它為海山(Seamount);而一旦浮出水面,它就有資格被叫做洋島(Oceanic Island)了。

地球規模的“打點計時器”。圖片來源:www.colorado.edu/geography/

隨著板塊持續運動,洋島或海山也會逐漸漂離熱點,從巖漿活動活躍的狀態,一點點沉寂下去。內動力一但開始沉寂,地貌就會隨之被剝蝕作用所主導。持續的剝蝕讓它們很快失去引以為傲的尖峰,一個個成為“謝頂”的樣子。它們就是我們常說的平頂海山(Guyot)。顯然,無論洋島、海山還是平頂海山,都是在熱點的作用下形成的一種點狀地貌。如果熱點處的巖漿活動異常活躍,還能從“打點”直接變成“拖線”。熱點將在板塊上持續擦出一條連續的線狀山脈。此時,形成的便是無震海嶺(Aseismic Ridge)了。

海底平頂山的真實地球物理顯示。圖片來源:作者供圖。永恆的海底兩萬裡

大洋的主要地貌類型不外乎這些。瞭解了各自的成因機製之後,我們的大洋之旅也告一段落。至此,再回到開頭的新聞故事裡,想必大家已經不會對那些“拗口”的專屬名字感到陌生了。

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曾經,它們是地幔柱所孕育的洋底嬌子,在平坦單調的大洋板塊上,寫下一個個起伏漲落的章節。構造運動為冰冷的大洋底部帶來活力,汩汩的巖漿為陰暗的深淵帶來溫暖;熱液活動創造了生機與可能性,而這份可能性則呼應著億萬年前生命創始時的環境。

然而傳送帶不會停歇。這些海底的地理精靈們終歸要離開它們的繈褓,在持續不斷的板塊漂移中,遠離孕育它們的熱點,一點點穩定下來,一點點刻上歲月的痕跡。洋殼畢竟不是巍巍不滅之大陸,它的盡頭是海溝,多樣的海底地貌,註定要在大地演化的悠悠紀年中,重回地下,回到地幔中,回到一次次輪迴開始的地方。

然而,在孕育與消亡的自然輪迴中,這些有幸跟人類共存於一個時代的個體們,卻用另一種方式擁抱了永恆。智慧物種造訪了它們,它們從洋殼上一個個默默無聞的地貌,變成了珍貴的大洋勘探資料。資料凝華為理論,最終再以理論的名義,接近萬物之理的真相——而那,正是這個宇宙中真正永恆的東西。擁抱永恆的這個過程,我們稱之為科學。

在這些默默無聞的洋底精靈們被認識、被記錄、被銘記的過程中,它們與華夏文明的文化符號聯姻。這些深埋在洋底的多彩世界,首次有了“名字”。每一個名字背後皆是優雅的典故,而典故的背後則是這個文明五千年波瀾壯闊的史詩。

有心人肯定會發現:今日中國科研飛躍進展的過程本身,不同樣也是這宏大史詩的一個篇章麼?這是二十一世紀華夏民族的故事。這是一個在科學的時代,我們乘風破浪,創造功業的故事。(編輯:紅色皇後)

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