见见绘制地球最深处地图的海洋地质学家

见见绘制地球最深处地图的海洋地质学家

当唐恩·赖特在一个几乎坚不可摧的房间中坠入世界底部时,深不见底的海洋让她想起了浩瀚无垠的黑暗太空。在太平洋中部深处,赖特潜入了地球上很少有人敢亲眼目睹的某个地方。她的任务是:绘制神秘的马里亚纳海沟的一部分。

“这些地方环境极其恶劣,不适合人类居住,”海洋地质学家、位于加利福尼亚州雷德兰兹的地图软件公司 Esri 的首席科学家赖特说道。“但我们现在拥有了探索这些空间的技术。”

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7 月,赖特成为第一位潜入挑战者深渊 35,000 英尺深的黑人女性,创造了历史。挑战者深渊是西太平洋马里亚纳海沟的一部分,也是地球上已知的最深处。像赖特这样的海洋科学家花了几十年时间试图绘制出它黑暗而奇特的深度,但成功程度各不相同。然而,征服地球水深空洞的探索有可能揭开我们自己星球福祉的秘密,并揭示其他世界的秘密。这就是赖特选择进入海洋未知宇宙的原因。挑战者深渊任务中发现的每一项新发现都将为海床 2030 项目做出贡献,这是一项联合国倡议,旨在到 2030 年制作一张可供公众使用的全球海底地图。

“这就像一张邮票或一块拼图,”赖特说。“只有找到所有碎片并将其拼好,拼图才算完整。”

挑战者深渊位于马里亚纳海沟南端,由英国皇家海军挑战者号于 1875 年发现。这个海洋峡谷的弧形被认为是构造奇迹:整个海沟位于太平洋板块俯冲或弯曲并沉入菲律宾板块下方的地方。最近的任务将范围缩小到挑战者深渊一个相对未开发的区域,称为西部池。与海沟的其他区域相比,它的地质情况很少被探索,因此对其进行了调查,以了解其结构与其他海景有何不同。

挑战者深渊位于马里亚纳海沟的南端。Jesse Allen/新罕布什尔大学海岸和海洋测绘中心/NOAA

黑暗之旅

此次探险由前美国海军指挥官、私营海底技术公司 Caladan Oceanic 创始人维克多·韦斯科沃安排和驾驶。赖特和韦斯科沃登上了深潜器“Limiting Factor” 这是一艘商用潜水器,配备紧凑的钛制人员舱,刚好够两名成年人舒适地坐下。

赖特说,海底压力约为 16,000 磅/平方英寸,相当于 25 架满载重量的巨型喷气式飞机。典型的潜水器通常会非常缓慢地下降以达到目标,但由于以正常速度到达深达水面的目的地需要很长时间,因此Limiting Factor下降得相当快,速度约为 1 到 3 节,或每小时 1 到 3 海里。这相当于电梯在住宅楼中以每分钟约 100 到 300 英尺的速度下降。(换句话说,这是一次相当平稳的旅程。)Trunk 将搅拌水泵入其钛制舱口上方的空腔中,随着水不断将空气排出,潜艇下降到黑暗中。但这并不是不受控制的坠落:潜艇两侧的推进器允许飞行员向任何需要的方向移动以搜寻海底。

双人深潜器 Limiting Factor(又名 Triton 36000/2)的正面图。它可以在载两人的情况下潜入 36,000 英尺深的水下。Caladan Oceanic,EYOS Expeditions

潜水器潜入水下后,使用声纳拍摄该区域的灰度地形图像。普通声纳仪器在水下四英里以上时无法正常工作,而大约330英尺深才算是海洋表面。但负责操作该工具的任务专家赖特表示,他们使用的侧扫声纳系统是专门为他们的潜艇设计的与普通声纳相比,侧扫声纳使用两束声波来创建周围环境的高分辨率图像,而不像典型声纳所使用的单一锥形声波。今年早些时候,同样的系统被用来发现沉没的美国海军护航舰塞缪尔·罗伯茨号,这是迄今为止发现并正确识别的最深的沉船。赖特的探险队是首次在海平面以下(即人类有史以来到达过的深度)操作该系统。

在西池深处,该飞船与一架小型着陆器一起花了数小时拍摄洞穴的视频,采集水样,甚至观察了当地的生物,如水母、虾类甲壳类动物(称为片脚类动物)以及植物类动物群落(称为水螅)。在这次微型调查中,赖特能够绘制该地区的详细等高线图,这些图最终将用于帮助科学家了解地球的健康状况。

在挑战者深渊的玄武岩层中发现了两种白色管状海葵,属于Galatheanthemum属。图片由 Caladan Oceanic 提供

大海、天空以及更远处

如今,按照现代标准(即采用最先进的海洋扫描技术),对海洋的测量不到 25%。拥有这样一张权威、数据密集的地图有助于科学家进一步了解气候变化如何影响地球海洋生物。赖特说:“世界各地的极端天气都受到海洋的影响。”

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海洋吸收了全球约 25% 的二氧化碳,气候学家表示,如果没有这些必不可少的碳汇,全球变暖将更加严重。因此,海洋健康状况(尤其是海洋最远区域)是不可逆转的全球损害(如气候变化)的重要指标。

赖特说:“我们对这些深处了解得越多,我们就越能了解这些过程如何循环的细节。”

赖特于 2022 年 7 月 12 日潜水当天拍摄的照片。图片由 Verola Media 提供

从太空中很容易看出,地球主要是一颗水行星。从深海收集的数据正在帮助科学家探索外星海洋和附近行星上其他类似地球的环境。例如,加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的海洋学家莉亚·西格尔曼说,利用海洋规律研究其他世界的物理特性,为我们理解我们在宇宙中的位置提供了一个独特的视角。例如,西格尔曼最近利用美国宇航局朱诺号任务拍摄的图像,发现了木星的极地能量系统与地球上的气旋的相似之处。

“通过连接两个地球物理天体,你可以对我们这个星球提出问题,”她说。“我发现事物的这种普遍性非常有意义,也非常迷人。”随着未来太空和海洋技术的不断发展,西格尔曼希望有一天有机会利用她的知识来研究和比较遥远的冰卫星(如木卫二或木卫四)的海洋栖息地。寻找太阳系和星系外遥远海洋的联系也可以帮助研究人员更好地了解宇宙的复杂性。“现在是成为海洋学家的好时机,因为你可能很快就能观察其他行星或其他卫星上的海洋环流,”西格尔曼说。

但在地球,浩瀚的海洋仍是最重要的栖息地之一。赖特希望她探索地球海洋的旅程能激励其他人追随她的脚步,甚至走得更远。“他们可以把我看作是为他们铺平道路的人。”

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