书城科普读物世界科普故事精华·科学探索故事卷
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第24章 地球篇(10)

海洋微地震的解释

一种能在地震仪中接收到的暴发性干扰,就是海洋微地震。这种暴发性干扰是由大量周期约为2~10秒的微小的地壳震动波群所组成的。微地震的一个明显特点是它常常伴随附近海洋风暴的出现而爆发。它所包含的波动频率则恰好是它所伴随的风暴激起的波浪频率的2倍,这就是所谓的“信频现象”。此外,人们还观察到,当风暴由大陆吹向海洋时,这种微地震常能持续很久;反之,当由海洋吹向大陆时,一旦风暴登陆,它就很快减弱以至消失。

至于海洋微地震究竟是怎样产生的,人们曾作过许多猜测。有人认为这是海浪冲击海岸的结果,也有人想用波浪起伏施加在海底的压力发生变化来解释,但这些说法都不能解释前面说的信频现象。

地球物理学家斯科特、海洋学家迈克和流体力学家朗吉等人,在对微地震进行研究的过程中,经过复杂的计算发现,两列相同频率沿几乎相反方向行进的波浪相撞时确能产生一种向水中各个方向辐射的微弱声波。它不是通常的驻波,也不随深度而衰减,而且它的频率很接近波浪频率的2倍。计算结果还表明,由于风暴会在广阔的洋面上掀起波涛,其中含有许多相反方向的波动成分。由所有这些成分相互作用所产生的合成声波的能量相当可观,足以激起微地震。

海温骤然下降的探寻

科学家们通过对深海沉积物中深水底栖有孔虫壳的氧同位素分析,发现3800万年前的始新世末期时海洋底层水温骤然下降了4~5℃,表层水温也大幅度下降。

是什么造成海洋底层水温骤然下降的?有的科学家认为,这是始新世末期的海退的结果。海水退落导致浅海大陆架露出水面,这就增加了海水对阳光的反射率,使气候变冷。气候变冷又会导致海面进一步退落,使气候更加变冷。

不过有人提出:海温骤降等现象的发生不限于始新世末期。但是,为什么这一时期海温的急剧变冷会显得如此不同寻常?

美国学者肯尼特注意到,澳大利亚曾于5300万年前与南极洲分裂,至始新世末期,塔斯马尼亚南面的南塔斯曼隆起,与南极大陆进一步分开,塔斯马尼亚海道形成,南印度洋与南太平洋之间第一次出现表层水交流,南印度洋高纬海域的寒冷表层水得以通过塔斯马尼亚海道注入南极罗斯海域,冷水取代了以往来自北面的东澳大利亚暖流,从而触发了南极地区的冰冻。海冰形成,使得冰下剩余的海水盐度升高,盐度较高的冷水势必向下沉潜,形成寒冷的底层水,致使海水温度急剧降低。

海水“密度跃层”的探索

1893年6月19日,挪威着名探险家南森率船从奥斯陆港出发向北极方向驶去。8月29日,当船行驶到俄国喀拉海的泰梅尔半岛沿岸时,突然走不动了,船被海水“粘”住了。不一会儿,海上刮起了风,“弗雷姆”号风满帆张又开始移动。

1896年8月15日,南森终于回到了挪威。他请来了海洋学家埃克曼,共同探索船被“粘”的奥秘,终于弄清了其中的道理。

原来,海水的密度各处不同。一般说来,温度高的海水密度小,而温度低的海水密度大;盐度低的海水密度小,而盐度高的海水密度大。如果一个海域因有两种密度的海水同时存在,那么,密度小的海水就会集聚在密度大的海水上面,使海水成层分布。这上下层之间形成一个屏障,叫“密度跃层”,有的厚达几米。

一旦上层水的厚度等于船只的吃水深度时,如果船的航速比较低,船的螺旋桨的搅动就会在“密度跃层”上产生内波(海面以下的波浪),内波的运动方向同船航行方向相反,内波的阻力就会迅速增加,船速就会减低下来,船就像被海水“粘”住似的寸步难行。

“密度跃层”已不能“粘”住现代舰船,相反,还有一定的军事价值。在“密度跃层”中,跃层的上下界面使声波产生折射,造成声波只能在“密度跃层”中向前传播,于是形成了一条水下“声道”。利用“密度跃层”中的“声道”,可以进行远距离水下通讯。例如在海军基地装上水下测听和通讯系统,远航的潜艇装备相应的设备,就可以与基地指挥机关进行通讯联络,最大通讯距离可达4000多公里。

深海潜流形成的推断

许多科学家推断,在海面下几百米的深处,海水流势减弱,到了海面以下几千米处,海流已不复存在。

现在科学考察已经证明,上面的推断有很大的局限性。过去,科学界所知道的是在太平洋海面上从南纬20度到北纬20度的海域,也就是“南北赤道海流”范围内的海水都从东向西流动;但在北纬7.5度附近的海域里,有一股长10000多公里带状的狭窄赤道逆流形成,是从西向东流动的。这股逆流,在海面下深约100米的水层中,逐渐减弱消失。

可是,1950年科学家汤森·克隆威尔新发现的赤道潜流,出乎人们预料,在海面200米深处海流幅宽达300公里,而且在100米深处的流势最为强大,中心流速每秒可达150厘米。后来这股海流被称为“克隆威尔逆流”。“克隆威尔逆流”从西经92度到东经160度,总长为6500海里。它一般都在赤道海面上流动,有时也浮到海洋表面漂荡。

1955年,在汪洋大海里,德国海洋学家卫斯特发现在接近南美沿海约几千米深水层中,有一股流势特别惊人的巨大潜流。这股潜流在南大西洋、巴西和阿根廷海域内,靠近南美大陆,在1500至4000米深处,幅度很小,卫斯特已经测定,在巴西海域的海面下1500至4000米深水层中,它的流量比黑湖还大。奇怪的是,在对岸的非洲海域,却观察不到任何海流的迹象。

珊瑚岛形成的说法

珊瑚岛拥有丰富的热带生物资源,另外还蕴藏着大量的石油、天然气以及磷矿和铝土矿。

关于珊瑚岛的成因,通常认为是由珊瑚虫的骨骼堆积而成。在热带、亚热带浅海区的海底,生活着很多小型腔肠动物——珊瑚虫。珊瑚虫分泌出钙质的外骨骼,像小房子一样来保持着自己柔弱的身体。当珊瑚虫死亡后,它们的子孙们能一代一代地在祖先的“遗骨上”继续繁殖下去,日积月累,就形成了各种各样的石灰质的珊瑚丛,发展壮大为珊瑚岛。根据珊瑚岛的形状可分为岸礁、堡礁和环礁。

然而,科学家发现,珊瑚虫最好的生活条件是深度在六十米以内的热带浅海,但海洋的深度常常在几百米至几千米之间,珊瑚虫不可能直接在那么深的海底生活和造礁。

1936年,达尔文在东印度洋的可可岛考察时,提出了关于火山岛下沉造成环礁的假说。

20世纪60年代以后,板块学说认为,板块移动引起火山岛的沉降,在沉降过程中环礁逐渐形成。

1974年,科学家普尔迪提出珊瑚岛主要是由早期岩溶作用造成,而不是珊瑚虫生长的结果。

岩石形成的争论

地球上的岩石千姿百态,五彩缤纷,它们是怎样形成的呢?

1775年,德国的地质学家魏格纳提出:花岗岩和各种金属矿物都是从原始海水中沉淀而成的。人们称他的观点为“水成派”。后来,以英国的地质学家詹姆士·赫顿为代表的一些科学家认为,花岗岩等不可能是在水里产生的,而是岩浆冷却后形成的。人们称这种观点为“火成派”。

以上这两种观点都带有不同程度的片面性。现在,科学家们借助于先进的设备,已摸清了岩石的来龙去脉。

如果按质量计算,在地壳中约有3/4的岩石是由地球内部的岩浆冷却后凝结而成的,人们称它为“岩浆岩”或者“火成岩”。花岗岩就是属于岩浆岩。

有少数的岩石是泥沙、矿物质和生物遗体等长期沉积在江湖和海洋底下,经过长期紧压胶结,以及在地球内部热力的作用下,变成了岩石,人们称它为“沉积岩”,如砂岩、页岩和石灰岩等。

岩浆岩和沉积岩形成之后,受地壳内部的高温高压的作用,改变了性质和结构,就形成了另一种岩石——变质岩,如石英岩、大理石岩等。

岩浆岩、沉积岩、变质岩这3种岩石之间还可以互相转化,比如,埋在地下的变质岩可以被地壳运动推到地表面,在地表面再形成新的沉积岩。

所以,岩石正是经过长期的各种条件的作用,由其他物质转变而成的。

发现海底古老岩石

科学家在大西洋中脊一带的海底发现,这里的海底像刚流出来的蛋黄一般的岩浆凝固而成的岩石。这些岩石的表面,还有一层恰似骤然冷却的玻璃质外壳。

1947年,美国哥伦比亚大学所属的拉蒙特一多尔蒂地质研究所的“阿特兰蒂斯”号海洋考察船,在北纬30度的大西洋中脊,采集到几块变质玄武岩样品。经用钾—氩法测定,这些岩石的年龄值为4800万年。

20世纪60年代后期,有人用更先进更准确的方法对这些变质玄武岩进行重新检验。结果得出的结论是:这些岩石已有1.7亿年。

有人认为,这些岩石不是大洋中脊的原生岩石,而是来自陆地。譬如在高纬度地区,那里的陆地岩石被冰川刻蚀下来后,会和冰块一起坠入海洋成为冰山,随着海水漂移,当冰山融化以后,岩石便沉入海底。

然而,人们很快指出,这些岩石的采样位置位于北纬30度,冰山是不可能向南漂移如此之远的,即是在第四纪冰期时也不存在这种可能。同时,岩石学研究也证明,这些变质玄武岩的岩石化学特征和岩石结构特征,都清晰地证明它们是一种海洋玄武岩,而非来自陆地。另外,也没有证据表明,它们在采掘后遭到了什么严重的污染,相反却可以说明,测定的年龄值是可靠的。何况,类似的情况,在大西洋中脊的其他地方也有发现,那里,人们找到了不仅年龄老而且属于浅水成因的沉积岩,甚至古老的陆壳残余——片麻状花岗岩。

红海要变成新大洋的预言

红海是世界上最热、海水含盐度最高的海域,当然,也是充满神奇色彩的海域。说它神奇,是因为科学家们预言,红海将可能变成未来的大洋。

加拿大着名地质学家根据上述迹象预言,在若干万年之后,一个新大洋有可能在红海地区出现,这可能是世界第五大洋,新大洋有可能把完整的非洲大陆分裂为东西两部分。

19世纪末英国地质学家格雷戈里也曾有过类似的预言,并且形象地描述了非洲东非大断裂的情景。东非大断裂不断扩大,且北部狭长的断裂带已经形成为红海。

现代研究结果证明,大洋的形成是中央海岭裂谷活动的结果,而东非大裂谷的红海、亚丁湾为全球大洋中的巨型裂谷——中央海岭的一个分支,因而将来完全有可能扩展为新的海洋。

不过,许多人对此还持怀疑态度。大的裂谷在某种动力的作用下,有可能扩展成为海洋,但是,未必都如此。

再一个问题是,红海或者东非大裂谷不断扩宽的内应力是什么呢?对于这一点,学者们的看法完全不同。一些学者认为,炽热软流圈物质的上涌是大陆分裂的基本动力。

但是,另一些学者提出了完全相反的看法。他们认为,大陆的分裂是岩石圈板块相互作用所产生的应力造成某一板块破裂所致。软流圈上涌是岩石圈相互作用的结果,不是起因。

万米海底探险记

1960年1月23日,贾奎斯·比沙尔和多那德·渥尔胥进入安装于美国海军深海潜水艇特利艾斯号腹部的钢制球(宽0.91米,高1.083米)内,他们将潜入最深的海底——水面下35800尺(约10912米)。

早上8点23分,在信号指示下,特利艾斯号开始向深渊下降。

9点20分,到了深度2400尺的地方,里面一片黑暗,水温也在随着深度下降而下降急骤,寒意浸入球体内部,球体也正在受到外部几千吨海水所施的压力。在降至水深4200尺时,他们吃惊地发现,细细的水流正渗入球体内部。

特利艾斯号继续以每分钟180尺的速度降落,漆黑的海水则随着球体急速地往上涌,渗透的情形也消失了。

在降到29150尺处,比迦尔报告:“现在开始进入一个超越我们所能理解辽阔、空虚的地区。”他们又继续降下5280尺,宽约1600米的裂缝就在他们下面,他们小心谨慎地操作着。

在32400尺处,特利艾斯号突然像遭到地震般似的震动,他们怀疑是否球体降得太快,以致猛烈地撞到海底。他俩在此停留了一会儿,仔细聆听了外面的动静,然后又检验了所有机械仪器。最后决定减速继续下潜。

下午1点零6分,比迦尔和渥尔胥向海上的船只报告:“我们到达了全世界大洋最底部了。”事实上,他们距海洋最深处的36198尺还有400尺左右的距离。

比迦尔和渥尔胥二人平安地从海底回到海面上。

魔海形成的调查

为了解开马尾藻海的形成之谜,1925年美国生物学家威廉·比勃博士率领探险船“阿克乔尔”开始了对马尾藻海的科学调查。