新海山地圖發現一萬九千座海底火山

近日，新海山目錄在《地球與空間科學》發表，在新罕布什爾大學海岸與海洋測繪中心主任Larry Mayer看來，這是“向前邁出的一大步”。

海底山脈除了對航行構成威脅外，還蘊藏著稀土礦物，使其成為深海采礦者的商業目標。它們是海洋生物的重要綠洲，其大小和分布也為板塊構造和巖漿活動提供了線索。

“我們對海底的形狀了解得越好，就越能為氣候變化做好準備。”美國國家地理空間情報局（NGA）首席水文測量師John Lowell說，海山是幫助控制大規模海洋流動的“攪拌器”，這些海洋流動封存了大量熱量和二氧化碳。NGA負責美國軍方衛星測繪工作。

2005年，美國舊金山號核潛艇以超高時速撞上了一座海底火山，造成一名船員死亡，多人受傷。2021年，這種情況再次發生，美國康涅狄格號核潛艇又撞上了中國南海的一座海山，造成其聲納陣列損壞。

由于聲納只測繪了1/4的海底，因此還有多少海山存在仍未可知。但測量海洋高度的雷達衛星可以找到它們。現在，高分辨率雷達數據新增加了19000多座海山，但絕大多數海域仍未被聲納探測到。“這簡直令人難以置信。”斯克里普斯海洋研究所的海洋地球物理學家David Sandwell說。

舊金山號事故發生后，Sandwell和同事從海軍和NGA那里獲得了資金，用于通過衛星尋找海山。他們已發現了數千個，其中700個會對潛艇構成威脅。但研究小組知道，他們的第一個海山目錄還不夠完整。Sandwell說，現在，有了來自高分辨率雷達衛星的數據，包括歐洲航天局的CryoSat-2和印度和法國航天局的SARAL，研究小組可以探測到1100米高的海山，這接近海山的下限。

海山通常以鏈狀形式出現。昆士蘭科技大學的地球物理學家Carmen Gaina說，海山目錄將為地球內部的研究帶來直接的好處。在大西洋東北部發現的新海山，可以幫助追蹤為冰島火山提供燃料的地幔柱的演變。這次調查還在印度洋的一個山脊附近發現了海山，在那里，隨著構造板塊的分離，新的地殼形成了。Gaina說，這表明，在一個曾經被認為巖漿匱乏的地區，存在著數量驚人的火山活動。

對生物學家來說，海山陡峭的斜坡就像珊瑚和其他海洋生物擁擠喧鬧的摩天大樓。“它們是生物多樣性和生物量的綠洲。”佛羅里達州立大學深海生物學家Amy Baco-Taylor說。但生物學家對海山在海洋生物多樣性中所扮演的角色仍存在爭議。

“如果我們不知道它們在哪里，我們就無法保護它們。”倫敦動物研究所動物學會的海洋生物學家Chris Yesson說。海山地圖將讓他們不會浪費太多時間。此前，Yesson和同事曾經到印度洋去研究一座海山，結果發現它是由聲納深度記錄中的錯誤造成的幻影。

在理解海洋環繞全球的洋流傳送帶方面，新地圖的重要性再大不過了。洋流將熱量從赤道輸送到兩極，在那里水冷卻并增加密度，直到向下俯沖，將熱量和二氧化碳帶入深淵。但這臺永動機的另一面——深海海水對抗重力并向上上升，長期以來一直是個謎。

“上升流”曾被認為是在不同密度的深海層之間的邊界處由湍流驅動，均勻地發生在整個海洋中。現在，研究人員認為它集中在海山和海脊。密歇根大學安娜堡分校的物理海洋學家Brian Arbic說：“有了地形，就會發生很多有趣的事。”

西布列塔尼大學的物理海洋學家Jonathan Gula說，當洋流在海山周圍盤旋時，它們會產生湍流的“尾流漩渦”，可以提供能量將冷水向上推。在一項未發表的研究中，Gula和合著者發現，這些尾流漩渦使海山成為海洋向上混合的主要貢獻者，也是氣候的核心角色。Gula補充說，由于研究小組依賴的是舊海山目錄，而不是新目錄，因此海山的影響可能更大。

隨著“海底2030”工程的推出，海山目錄肯定會進一步擴大，這是一個由Mayer幫助領導的加速高分辨率聲納測繪的國際項目。美國宇航局的地表水和海洋地形衛星于2022年12月發射，可以測量幾厘米以內的水面高度。Mayer說，考慮到聲納測繪航行的成本，更好的遙感技術將受到歡迎。