1.河流——地球的血管
如果我们把地球看做人类,那么河流就是他的血管,为整个肌体输送了充足的养料。考古发现,河流的两侧是中国古人最早的聚集地。这也就是我们中华民族的古老文明被称为“大河文明”的由来。这一节,我们就一起来探究一下这些地球的“血管”!
河流在地理学上的解释是指在重力作用下,集中地表凹槽的经常性或周期性有水流动的天然水道的通称。有了河的流动,就能在它附近见到绿色,见到村庄岛屿。
不同的河流也有不同的发源地,大致分为以下几种:泉水、湖泊、沼泽或是冰川。有发源地就有结尾的地方,河口是河流的终点。当河流汇入海洋、湖泊、沼泽或其他水体时,与其他水体交界处就成为河口。某些流淌在干旱沙漠的河流没有河口。因为它们的河水会在流淌过程中消耗于渗漏和蒸发,最后消失。人们把这种河流称为“瞎尾河”。
河流为地球的血管,是因为它对全球的物质能量的输送都起着至关重要的作用。在不断的流动,大批与河流有关的地貌,如冲沟、峡谷、冲积扇、冲积平原及河口三角洲等渐渐形成,同时广阔的水面还负担着调节流域气候的作用。
流经国家最多的河流是多瑙河。这条发源于德国西南部黑林山东麓的长河,自西向东流经奥地利、捷克、斯洛伐克、匈牙利、克罗地亚、塞尔维亚、保加利亚、罗马尼亚、乌克兰等九个国家后,最终注入黑海,全长2860公里。在风景秀丽的欧洲,蓝色的多瑙河缓缓穿过一个又一个城市的市区。古老的教堂、乡野的别墅与青山秀水相映,十分优美。
世界上最长的河流当属全长6650公里的尼罗河,它横贯非洲大陆的东北部,流经布隆迪、卢旺达、坦桑尼亚等多个国家。在穿越世界上面积最大的撒哈拉沙漠后,一头冲入地中海。尼罗河的流域面积也非常大,据测算约有335万平方公里,大约占了非洲大陆1/9的土地。
黄河是全世界泥沙含量最高的河流。据测算,它每年携入渤海的泥沙有16亿吨之多。如果把这些泥沙堆成一米高、一米宽的土墙,其长度可以绕地球赤道27圈。黄河的源头位于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地西南缘的雅拉达泽。滚滚河水从源头出发后,一路奔腾直下,流过了黄土高原、华北平原,最后在山东垦利县注入渤海。黄河全长5464公里,有重要支流34条,其流域面积达到了75万平方公里。南美洲的亚马孙河是世界流域面积最大的河流,而由亚马孙河冲积形成的亚马孙平原则是世界上面积最大的平原。除了流域面积广大,亚马孙河还是仅次于尼罗河的第二长河流,全长约6400公里。由于它所流经的地域降水量充沛,科学家估计在地球表面流动的水约有20%~25%属于亚马孙河。
维护河流健康
河流的“健康”并非一个科学概念,而是一种人类管理河流的评估手段,其作用是建立相对科学的标准,以对河流生态系统状况进行动态监测与评估。在我国,河流污染已经是威胁河流健康的最大因素。因此,治污是现阶段我国河流生态环境建设的首要任务。
2.湖泊 沼泽——镶嵌在地球上的宝石
宝石作为一种美丽而珍贵的石料,它瑰丽稀罕的特性深深吸引着人们的目光。地球上有着瑰丽景色的湖泊就像我们点缀在衣饰上的宝石,也为所有热爱大自然的人们所喜爱。
地理学意义上的湖泊是地表在地壳构造运动、冰川作用、河流冲淤等地质作用下形成的积水凹地。
在地球的水圈组成里,淡水湖所占分量极小,其全部水量仅占全球总水量的0.009%,甚至还不到陆地上淡水总量的0.0075%。即便如此,淡水湖对人类的作用还是不可小视的!因为淡水湖中98%以上的水量都是可供利用的。从全球看,湖泊淡水分布并不均匀,大约4/5的淡水都储存在40个大湖中。而这些大湖主要位于北美洲、非洲和亚洲大陆,其余大陆湖泊淡水仅占总额的30%。
就像河流一样,湖泊里也有几个是非常著名的,下面我们就选择其中最有代表性的分别作一下简单的介绍。
里海是世界上面积最大、蓄水量最多的内陆湖及咸水湖。虽然它的名字里有一个“海”字,它却实实在在是一个湖泊。之所以叫“海”,是因为它的面积过于广大而且水质很咸。里海位于亚欧大陆腹部,东、北、西三面湖岸分属土库曼斯坦共和国、哈萨克斯坦共和国、俄罗斯联邦共和国和阿塞拜疆共和国,南岸在伊朗境内。
苏必利尔湖是世界上仅次于里海的第二大湖。作为北美洲五大湖之一,它为美国和加拿大共有。湖东北面为加拿大,西南面为美国。苏必利尔湖风景秀丽,沿途多是林地,人烟稀少,这些都为它免受污染打下了有利基础。苏必利尔湖是一个观光湖泊,每年季节性渔猎和旅游都为当地赚到了高额财富。
亚欧大陆最大的淡水湖是贝加尔湖。在俄国历史上曾有位诗人将之比喻为大自然安放在俄罗斯东南部的一颗璀璨的明珠。贝加尔湖面积广大,它长640千米,平均宽50千米,是世界上最深的淡水湖泊。据可靠数据证明,这座湖泊里拥有地球全部淡水的五分之一,其总量与北美洲五大湖的总水量相当。贝加尔湖同样风景秀美、物种丰富,可以说就是一座集丰富自然资源于一身的宝库。近几年来,关于贝加尔湖海怪的传说甚嚣尘上,更加吸引了世人的目光。
除了湖泊,地球的内陆中还有一些处于缓慢流动或不流动的水体,沼泽就是其中之一。曾经有人认为沼泽是湖泊发展的最后阶段,也是一个必经的自然过程。当湖泊渐渐趋于消失时,它就会变成沼泽。可事实上沼泽的形成原因非常复杂,比如,湖泊将要寿终正寝时会形成沼泽,河流泛滥地区两岸和多年冻土区也可形成沼泽。以我国黑龙江下游三江平原的沼泽为例,它的生成就与低温、潮湿、蒸发弱以及冻土存在息息相关。
沼泽也是一个天然的宝库。随着对沼泽的进一步了解,人们发现沼泽地是药用植物、纤维植物和蜜源植物的天然宝库,也是珍贵鸟类、鱼类栖息、繁殖和育肥的良好场所。在气候调节上,沼泽的湿润气候、净化环境的功能丝毫不比湖泊差;随着近几年的研究,人们发现它在蓄水上也意义非凡。在这种情况下,人类对它的关注日益提高。但是,开发沼泽必须十分小心,防止因此而破坏所属地区的生态平衡。
水体类型的分类
直到现在,人类对湖泊、池塘、沼泽、河流以及其他非海洋水体的区分还没有完全建立起来。一般认为,河流水流运动较快;沼泽内植物茂密,水面较浅;湖泊在面积上较大,池塘较小。
3.地下水——地壳之下的暗流涌动
相信许多生长在农村的读者对水井一定非常熟悉。与自来水的水源多样化不同,井水的水源就是地下水。到现在为止,我国大部分农村居民使用的还是地下水!由此可见地下水对我们的重要性有多大。那么地下水到底是什么?是在地下流淌的河流吗?下面我们就一起来了解一下关于地下水的知识与奥秘。
“地下水”顾名思义就是埋藏于地球地表以下的各种状态的水。虽然统称地下水,但事实上地下水也不是浑然一体的。这个总量达1.5亿立方千米的“大家庭”的成员可以按照埋藏条件分为三大类:上层滞水、潜水和自流水。下面我们就对这三类水体一一进行介绍。
地下水中最靠近地表的部分就是上层滞水。由于不同地质结构各不相同的隔水作用,下渗的大气降水中有许多都被迫停留在了靠近地表的岩石裂缝或沉积层中,这些水被统称为上层滞水。
相比较上层滞水,潜水埋藏略深,但它也处于地表以下第一个稳定隔水层之上。我们通常所说的“井水”大多就是潜水。受地壳压力作用,有时潜水也会流出地面,这就是“泉”。
自流水是三种水体中埋藏最深的。它流动于地下两个隔水层之间。受两个隔水层的压迫,自流水水压极大,尤其是当上下两个隔水层呈倾斜状分布时,夹在中间的水体所承受的压力就更大。这样一来,当人类钻井或钻孔穿过上层隔水层时,强大的压力就会使水体喷涌而出。人们把这种水称为自流水。
生活中我们常喝一些瓶装矿泉水。这种矿泉水就是经过处理的地下水。在地下水中,钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根七种离子大量分布。正是由于它们的存在,地下水才有了淡水、咸水等区分。为了标志地下水中的矿物质的浓度,人们把地下水中各种离子、分子和化合物的总量称为总矿化度。总矿化度就是区别各种水的标准:总矿化度小于1克/升的称淡水、1~3克/升的称微水、3~10克/升的称咸水、10~50克/升的称盐水,大于50克/升的称卤水。除了总矿化度,地下水还有“硬度”的标准。所谓硬度就是指地下水中钙、镁、铁、锰、锶、铝等溶解盐类的含量。这些溶解盐含量越高,水的硬度越大。
地表水和大气水都处于运动状态,地下水也同样运动不止。据目前所知,绝大多数地下水的运动都是层流运动,也就是同一水层内的循环。当然,地下水与地表水和大气水也有流通往来。比如,就补充上来说,地下水的主要补充源就是降水入渗、地表水入渗补给,灌溉水入渗、越流补给和人工补给。除了这些垂直补给以外,在某些特定条件下,还会发生侧向补给。在排泄上,地下水的排泄方式主要有泉、向地表水体排泄、潜水蒸发、越流排泄和人工排泄。其中,泉是地下水天然排泄的主要方式。
前面我们就曾经说过,地下水为人类提供了大量水源。但在保证人们日常用水的同时,它也会给我们造成一些“小麻烦”。比如,如果地下水过少,那么就会形成枯井、干旱,沿海地区还会形成海水倒灌;可要是地下水过多,会引起地面下陷、矿区坑道出水等。由此可见,地下水的总量需要保持一个平衡。如果盲目和过度开发那必然会形成难以收拾的大问题!
现在我国地下水状况就不容乐观。除地下水使用过多外,水体严重污染也越来越对自然环境造成破坏性影响。
据环保总局监测,2005年全国约一半的城市市区地下水污染严重,而近几年来,这种污染还在日益加剧。
与地表水的污染不同,地下水污染十分难以治理。因为一旦污染物进入潜水层,那么就很难将之清理出来。日本早年地下水污染也同样严重,据日本政府评估,要想治理日本被污染的地下水需要耗资800万亿美元!中国的地下水污染面积要远大于日本,由此可知我国的地下水污染问题也面临着严峻的形势。
地下水污染治理不仅经济成本很高,其治理时间也非常长。由于地下水埋藏较深,因此在那种缺氧、无光照、低温、水流动缓慢、水交替周期长的情况下,要想在短时期内清理出污染物格外困难。据专家估计,即使投入巨资,要想完成地下水的清污工作也至少需要十几年、几十年甚至数百年才可以。正因为这些原因,所以我们对地下水的保护工作刻不容缓。
污染水可致癌
饮用受到污染的地下水会有什么后果?据调查,全世界每年都有大约2500万人死于饮用不洁水,平均到每天,就大约有5000名儿童死于饮用不洁水。此外,受污染的地下水还是各种病菌的有效传播途径。比如,危害巨大的肝炎很大程度上就是通过变污染的地下水传播的。
4.冰川——地球淡水银行
如果你以为冰川是白色的,那可就大错特错了!在冰川冰刚刚形成的时候,它们的确是乳白色的。但经过漫长岁月的演变,冰川冰最终变成了致密坚硬色泽晶蓝的老冰川冰。冰川的神奇还不仅仅在于它的颜色,还在于它庞大的体积。可以说,冰川就是地球的“淡水银行”。
冰川就是人们常说的“冰河”。冰川所在的高寒地区年平均气温大多在0℃以下,在如此严寒的逼迫下,当降雪量大于融雪量时,厚度不断增加的积雪就会在一系列物理变化下转化为冰川冰。冰川冰自身重力庞大,在地球引力作用下,它会不断向坡下运动,这样一来就形成了冰川。
翻开地图,在世界各地几乎所有维度上,你都能发现现代冰川的身影,不过现代冰川的“主力”还是存在于南极大陆和格陵兰两大冰盖中,特别是南极大陆冰盖面积更是达到了惊人的1398万平方公里,最大冰厚度超过4000米。
冰川冰不仅分布广泛,而且储存量巨大。据科学家测算,地球上现存冰川大约有2900万平方公里,覆盖着大陆11%的面积。此外,虽然冰川冰的储水量仅占地球总水量的百分之二,但却占全球淡水量的75%。因此人们把它称为地球的“淡水银行”是毫不过分的。不过令人遗憾的是,受开采成本和开采难度制约,到现在为止人类还无法直接利用冰川储存的淡水。
近几年来,全球气候变暖逐渐加速,其诸多后果中就有冰川消亡一项。虽然对许多冰川来说,消亡是在所难免的结局,但在此过程中对当地环境产生的破坏性影响还是无法避免:数量庞大的依靠冰川提供的水生存的人类和动植物都无法幸免于难。
更令人感到恐惧的是,冰川消亡的速度还在不断加快。据观测,2006年,世界冰川的平均厚度下降了1.5米,而在2005年,这一数字还仅仅是0.5米。
在诸多冰川中,位于秘鲁的库里卡里斯冰川的消亡速度最快。科学家估计,这条冰川的寿命也许最多还能延续短短几年时间。随着冰川的消亡,这里的居民将面临一个巨大的灾难威胁:融化的冰川极有可能在原地形成一个新冰川湖。据现在人类地质学家经验推断,这样高海拔的湖泊最终引发地震的可能性非常大,再加上大型冰山断裂时造成的巨大冰水海啸……毫无疑问,生活在这里的居民时刻都可能面临灭顶之灾!
与库里卡里斯冰川一样迅速消亡的,还有我国的南部冰川。在现有数据中,云南明永冰川是我国海拔高度最低的冰川,同时也是最靠近热带的冰川。在过去漫长的年代里,得益于海拔6740米的梅里雪山所形成的降雪,明永冰川得以拥有一个稳定的冰源。可是全球气候变暖的影响也在慢慢吞噬着这条美丽的冰雪之冠——在过去几年时间里,明永冰川已经消退了近200米。除此以外,如果年平均温度一直上升整个西藏地区的冰川会以每年50平方公里的速度消融。在这些冰川消失以后,中印两国内一些最大的河流将面临彻底消失危险。如果这样的现象真的发生,那么几十亿人的生活将不可避免地趋于恶化。
冰川融化的恶果还远远不止我们上面所说的那些。例如引起海平面上升,大片沿岸地区遭海水淹没等等,都是现实存在的问题!如果真的发生这种悲剧,那么人类距离末日真的不远了!
面对现在疯狂增长的气候变暖态势,科学家们提出了警告:到2050年,全球冰川将消退25%以上;到2100年,这个数值会进一步达到50%,那时,可能只有在巴塔哥尼亚高原、阿拉斯加、喜马拉雅山和中亚山地还会有一些较大的冰川分布了。
为了应对这种可能引起人类灭顶之灾的变化,联合国环境规划署催促其成员国在2009年签订了继承《京都议定书》义务的《减排国际框架条约》。人类正昂首期盼着好消息的到来。
“世界水日”
2010年3月22日是联合国确定的第十八个“世界水日”。这次“水日”的主题是“关注水质、抓住机遇、应对挑战”。联合国之所以设立“世界水日”,其目的就是提醒全世界重视水资源的问题。虽然现在看上去地球并不缺水,但实际上,这些水中能够供我们使用的只占非常小的一个比例!保护淡水、保护冰川,如果我们再不采取行动的话,也许有一天人类将会因为缺水而从地球上消失。
5.海洋——陆地上最大的生态系统
海洋永远是人类所向往的神秘之地:缤纷绚丽的珊瑚礁、巨大的银色梭鱼、如子夜般漆黑的深海、冰冷的水温等等这一切都让人既向往又畏惧。这就是海洋,一个既充满温柔又充满狂躁的世界。
在许多人眼里,海洋就是一片巨大而蔚蓝的水域。可你知道吗,“海”和“洋”并非一种事物,它们彼此之间还有着巨大的差别。
所谓“洋”,就是指海洋的中心主体部分。世界各大洋的总面积之和,约占地球海洋总面积的89%。
作为海洋主体,大洋水深一般都在三千米以上,最深处的马里亚纳海沟甚至可达一万多米。由于大洋远离陆地,受陆地影响较小,所以它的水温和盐度常年恒定,水质优良,透明度很大。世界上每个大洋都有自己独特的洋流和潮汐系统,因此它们完全称得上是一个个独立的王国!现在世界上的大洋总共有四个,即太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋。
在大洋与陆地中间,是“海”。作为大洋的附属部分,海多位于大洋的边缘。海的面积约占海洋总面积的11%,其水深较浅,平均深度从几米到二三千米不等。由于紧邻陆地,海受其影响非常大,因此不论是温度、盐度,还是颜色和透明度等等都会随陆地影响因素的变化而变化。通常情况下,海水温度都会随季节的变化而变化,夏季的时候海水变暖,冬季则水温降低甚至结冰。在江河入海的地方,或多雨的季节,海水的盐浓度会相应变淡,而且由于河流常会夹带泥沙和污染物入海,因此海水大多水质较差,浑浊不清。此外,与大洋相比,海还没有自己独立的潮汐与海流。
与地球上万物一样,海也有自己的发展演变历程。原始海洋不论是在水量还是在盐分上都远不及现代海洋,只不过后来随着地质历史上的沧桑巨变,生物的互动改造和水循环的物质转移,才使海洋变成了现在的样子。
那么说了这么多,巨大的海洋究竟有多大?看完一个比喻你可能就更加清楚了:一个人的体积与海洋相比,就如同珠穆朗玛峰上的一只蚂蚁。如果用更加科学的数据说明,世界海洋的总面积大约为3.61亿平方公里,占据了地球表面的71%,其平均水深为3780米,相当于纽约摩天大厦的十倍。
海洋不是死气沉沉的死水,而是一个生命的乐园!现在科学证明,地球上的生物正是起源于三十亿年前的海洋。就是在今天,海洋也是一个充满生命的天地。迄今为止,我们已经在海洋中发现了一百多万种的动植物,而根据科学家们推测,海洋里也许至少还有九百多万种生物是我们没有发现的。
人们猜测,既然海洋拥有这么多的生命,那么它就一定有一个非常完善的生态系统在其中运行。事实的确如此!海洋生物也有动植物之分。其中我们常见的海藻就是典型的海洋植物。海藻通过光合作用摄取能量,小鱼虾靠吃海藻为生,其他较大海洋动物以捕食小鱼虾维持生命,最后,动物的排泄物与尸骸又成了海藻的肥料。这就是一个完整的食物链,也是一个大自然创造的完美的生态系统。
深邃的海洋是神秘的。在人类已经将宇宙飞船射入太空的今天,我们还无法下到最深的海底一探究竟。19世纪70年代,英国皇家学会组织“挑战者”号完成首次环球海洋科学考察。从那时起,人类就彻底拉开了海洋学的大幕。现在这门学科已经获得了非常大的发展,成为一门综合性很强的海洋科学。
世界上最大的动物
生活在海洋里的蓝鲸是世界上最大的动物。从目前获得的数据来看,它的身长可达30米,体重超过150吨,远远看上去有一架波音喷气式飞机那么大。为了支撑身体的需要,蓝鲸长着一颗一辆小轿车大小的心脏和可以同时站立50个人的舌头。当它浮出水面呼吸时,喷出的水柱至少有9米高。蓝鲸个头非常大,可它的食物却非常小:蓝鲸的主食是自己千分之一的磷虾。为了获得足够的能量,一头成年的蓝鲸一天要吃掉四千万只大约4~6吨重的磷虾。由此看来,蓝鲸真可称得上是海洋中的巨无霸了!
6.海底地形——多姿多彩的洋底地貌
海洋的神秘不仅仅在于它的广袤和兼容并包,还在于它的深邃:在这片蔚蓝的海洋内,到底拥有着怎样的神奇和美丽呢?海底是不是也和陆地上一样,有高山、丘陵和沟壑?
自古以来,海洋就和茫茫宇宙一样,都是人类眼中的神秘世界。这片蓝色的天地就像是一块巨大无比的磁石,不断散发着吸引人们去观察,去发现,去解答的魅力。
要想了解海洋,就一定要了解海底世界。可是对于科技并不发达的古人而言,这个目标是多么难以实现啊!随着科学技术的不断进步,探测海底的重要工具——回声测深仪终于问世了。这种仪器可以快速地测出海底深度,然后结合精确的经纬度定位,逐渐揭开海底地形真相。从上个世纪20年代开始,人类就运用回声测深仪不断对大洋底部进行着测定和探索:1925~1927年,德国“流星”号探测船第一次开始了对南大西洋的考察,并首次将大洋底部起伏程度不亚于陆地的地形展示在了人们面前。自那时起,越来越多的洋底地形剖面被科学家们建立起来。至1969年,大西洋、太平洋和印度洋的立体地貌图已经全部测绘完成。
“大陆架”即是指陆地向海洋延伸并被海水淹没的部分。这里坡度极为平缓,所以海水较浅,其平均深度大多在几百米左右。各大洋均有大陆架,不过它们之间的宽度差别却很大。这主要是与临近海洋的大陆地形有关:如果大陆是平原,那么大陆架一般就都很宽,甚至可达几百至上千公里;相反如果大陆是山脉或高原,那么大陆架就都很窄,甚至根本没有!比如,南美洲大陆西海岸就因为大陆是高山地带,所以下面就没有大陆架。大陆架面积约占大洋海底总面积的7.5%左右。
大陆架之外就是大陆坡。在大陆架的边缘,其坡度和深度增加非常明显,从大陆架的几百米水深急剧增加到二三千米的深度,这个陡坡就是大陆坡。从地理学上来看,大陆坡是大陆架与真正大洋底部的过渡地带,宽度在20~100公里不等。就全世界范围来看,大陆坡的总面积与大陆架相仿。科学家一般将大陆架与大陆合称为大陆边缘。
在大陆坡的底部,有一个深深的由于不同的地质结构而产生的巨大的裂缝,这才是大陆与大洋的真正分界——海沟。海沟是大洋洋底最深的地方。这里的地壳活动极其剧烈,火山、地震频频爆发。据统计,现在科学家已经发现的海沟有二十多条,主要分布在太平洋上,其深度一般在六千米以上,有的甚至超过了万米。目前已知的大洋最深处是马里亚纳海沟,它深达11521米。
海沟以外就是大洋的主体——洋底。地形起伏的洋底占地面积极大,据推测其总面积为海洋总面积的85%左右。在各大洋底的中部,都有一条高峻脊岭。这些脊岭相互衔接,全长约八万公里。这就是科学家所说的“大洋中脊”。与海沟相似,大洋中脊也是火山活跃地带。大洋中脊的两侧是辽阔的望不见边际的大洋盆地,其深度一般有四五千米。大洋盆地底部十分平坦,与陆地上的平原类似,因此被称为深水平原。深水平原是大洋盆地中分布面积最广的地质类型。总而言之,根据海底地形的总体特征,我们可以将海底分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三个大型的地形单元。其中大洋盆地的面积约占海底总面积的二分之一,大洋中脊约占海底总面积的三分之一。
说完大洋底部的盆地和平原,我们再来看一看海底的火山。不要奇怪!虽说水火不容,可在大洋底部,火山与海水却是非常融洽地并存在了一起。1963年11月15日,一座位于冰岛以南32公里处的海底火山突然爆发。虽然这座火山在海面下130米的深处,可它喷出的火山灰和水汽柱还是升到了数百米的高空。后来据科学家观测,在这座火山喷发到高潮阶段时,其火山灰都被冲到几千米的高空。一天一夜后,一个因为火山喷发而形成的小岛出现在了海平面上。当时这个小岛高约40米,半径约550米。此后,随着火山不停地喷发,熔岩如注般地涌出。到1964年11月底火山停止喷发时,这座小岛已经长到海拔170米高,1700米长了,这就是闻名世界的苏尔特塞岛。
1966年8月19日,这座海底火山再度喷发。狂暴的水汽柱、熔岩沿火山口冲出,直上云霄数百米。此后,火山喷发断断续续,直到1967年5月5日才最终停止。与此同时,苏尔特塞岛发育快速,最快时甚至每昼夜可以增加面积0.4公顷。海底火山喷发的威力由此可见一斑!当然,除了苏尔特塞岛的海底火山以外,世界上的海底火山还有很多很多,这些都需要我们逐一去探索、去发现。
海底火山
据统计,现在全世界已知海底火山有五千余座。其中最为壮观的十座分别是:位于夏威夷毛伊郡的摩罗基尼坑火山,已经拥有两千万年历史的苏特西岛海底火山,日本琉璜岛附近海底火山,被称为“火焰山”的冰岛埃尔德菲尔火山,海利火山,距今3.7万~5.1万年前的新西兰兄弟火山,日本NW-罗塔一火山,加勒比海基克姆詹尼海底火山和南极洲布兰斯菲尔德海峡海底火山。
7.大西洋中脊——洋底巨型山脉的发现
如果说山脉是大陆的脊梁,那么大洋中脊就是大洋的脊梁。通过声呐技术,人类已经发现并对大西洋中脊进行了一系列的研究。其中有惊喜,也有神秘。下面我们就一起潜入神秘的大西洋底部,一起去探索一下大西洋中脊这个洋底巨型山脉的奥秘!
翻开世界海洋科学史,你会发现大西洋中脊的发现实际上是一个令人惊叹的巧合,用中国古人的话说就是“有心栽花花不发,无心插柳柳成荫”。
1918年,刚刚在战败投降书上签字的德国正面临着前所未有的困局:经济崩溃,战争赔款高达1200亿马克……面对这种情况,德国政府急于寻找到能够解决政府财政问题的途径。就在这时,德国化学家佛里茨·哈伯向政府提交了一个秘密报告。报告声称,人类可以从海水中提取黄金。原来经过研究,这位化学家发现,平均每一立方千米的海水里大约含有五吨左右的黄金——这是一个多么惊人的数字啊!要知道大西洋的海水可远远不是当时的德国能够全部提炼完毕的!经济有救了,战争赔款有来源了,德国政府马上对这位化学家的提案高度重视。于是一艘当时最先进的“流星”号海洋调查船很快就交付到了化学家手中,支持他去海底提取黄金。
按照计划,哈伯把“流星”号改装成了处理海水的“流动工厂”,然后就驾驶着它驶入大西洋。在茫茫的大海上,渴求财富的德国人一边找含黄金高的海水,一边做着黄金提炼试验。
佛里茨·哈伯的计算虽然没有错误,可是他却忽视了一个问题:提炼一立方千米的海水,就意味着要处理一亿吨之多的海水。很明显,海水中的黄金含量太低了。不要说那个时代的德国,就算是在科技相对发达的今天的德国,要想完成这一工程也是十分困难的。为了找到高含金量的海水,“流星”号在哈勃指挥下横穿了整个大西洋。可令他们感到遗憾的是,大西洋各处海水的含金量都相差无几。在此期间,虽然他们不断改善工艺流程,但一年过去了,他们仍然所获无几。
1925年,德国科学家发明了“回声探测仪”,这也就是今天我们常说的声呐。得知这一消息后,正处于困境的哈勃马上将希望寄托在了“回声探测仪”上,能够得到更多更详尽的海洋资料,这对哈伯的研究非常有帮助。于是很快“流星”号上也安装了一台声呐。声呐没有帮助人类发现海底的黄金,却让人们惊奇地发现,大西洋海底的中部有一块规模不小的凸起的高地。这到底是什么?新的发现令哈伯感到分外惊喜。因为在此之前,人们一直认为,大西洋中部是又深又平坦的平原。
新的发现很快引起了佛里茨·哈伯的兴趣,他放弃了海底淘金,转而将精力集中在了搜集大西洋洋底的深度资料上。转眼间三年过去了,在全体船员的努力下,“流星”号先后测量了数万个经纬点的大洋深度。慢慢的,一条巨龙般的海底山脉呈现在了人们眼前的地图上。最后,化学家哈伯向世人郑重宣布:在大西洋的中部,有一条从南到北绵延上万千米长的山脉。这就是后人所说的“大西洋中脊”,而哈勃也就此跨入了海洋学家的行列。
作为世界上最年轻的大洋,大西洋是在美洲大陆与欧洲和非洲大陆漂移分离后形成的。分离的中央就是大西洋海岭——大西洋中脊的一部分。据后人详细勘测,大西洋中脊北端是冰岛,南端是布维岛,其总长约15000千米。大西洋中脊的山脉走向与大西洋两岸轮廓基本一致,整体上呈“S”形,距大西洋东西两岸距离几乎相等。这也就是它“中脊”名字的由来。大西洋中脊平均高出海底2000米左右,部分地区能够高出4000米,最高部分甚至可以高出海面。现在世界上许多我们熟知的岛屿,比如冰岛、圣赫勒拿岛、圣帕维尔岛、亚速尔群岛、阿森岛和特里斯坦一达库尼亚群岛等都属于大西洋中脊的一部分。由于地壳变动,大西洋中脊地质运动活跃,因此形成了许多火山,像亚速尔群岛、加纳列群岛等都属于此范围。据科学家调查,仅冰岛一地就拥有活火山200多座。这些火山并不是稳定不动的。史料记载,从17世纪至19世纪,亚速尔群岛上就至少出现了七次火山喷发,并在此过程中形成了众多新的岛屿。
大西洋中脊的发现为人类研究大洋打开了一个新天地。也许当年谁也不会料到,佛里茨·哈伯近似荒唐的海水淘金行为,竟然把现代海洋地质研究引向了新的领域。
声呐技术
1906年,英国海军科学家的刘易斯·尼克森发明了世界上第一部声呐仪,它的发明使人类第一次拥有了海底探测设备。尼克森发明的声呐仪是一种被动式的聆听装置,当时最主要的研究目的是用来侦测水下的冰山。第一次世界大战时,声呐被应用到战场上,以侦测威胁巨大的潜艇。直到现在,声呐仍然是各国海军进行水下监视的主要工具。
8.洋流——浩瀚海洋下的规律流动
是什么动力让庞大的海洋按照一定规律常年流动的?难道是风?是看不见摸不着的月球磁场?不管是什么,聪明的科学家都将找到最终答案。
洋流又被科学家称为海流,是海洋中除了潮汐运动外的另一种规律性的大规模运动。现代科学家已经断定,风和热盐效应造成的海水密度分布不均引起洋流运动。在这两者的共同作用下,海水会沿着一定的方向有规律地做水平流动,就这样洋流产生了。
按照水体冷暖的性质,洋流可以分为暖流和寒流两类。当洋流的水温高于经过海区的水温时,这种洋流就是暖流;反之则为寒流。一般情况下,暖流大多是由低纬度向高纬度流动;寒流是由高纬度向低纬度流动。
前面我们曾经介绍过黑潮对所经过地区气候的影响,事实上几乎所有的洋流都会对流经区域的气候产生巨大影响。比如,在气温上,洋流能使低纬度的热量向高纬度传输,同时也能将高纬度的冷空气带向低纬度。由此我们就常见到这样的现象:暖流经过的大陆沿海气温往往比同纬度地区高,寒流经过的大陆沿海气温则相应较低。
除了气温,洋流对地球大气中水汽的传输也很有帮助。据科学家观测,在暖流上空大多有数量庞大的热量和水汽向高空输送,从而破坏所经过地区上空的空气团的稳定性,进而产生降水。与之相反,寒流会在其上空产生逆温,从而使空气团趋向稳定,水汽无法向上输送,加之所经过地区气温较低,水汽蒸发较弱,因此可造成下层空气湿度相对较大但又无法成雨的云雾天气。
除了对所经过地区的气候进行调解以外,洋流的存在对海洋生物也还有着重要的意义。在寒暖两种洋流交汇的海区,海水会发生剧烈的搅动。在此过程中,位于深海的营养盐类会被带到表层,促进水生植物的生长,为鱼类的大量繁殖提供食物和生存的场所。因此在寒暖流交汇的地方,一般都有超大规模的渔场存在。
据我们现在所知,世界四大渔场的形成都和洋流密切相关:
日本的北海道渔场位于日本北海道岛附近,这里是日本暖流和千岛寒流的交汇处。
北海渔场位于欧洲北海地区,是由北大西洋暖流与极地东风带带来的北冰洋南下寒流交汇而形成的。
位于秘鲁沿海的秘鲁渔场,是在由东南信风导致的上升补偿流作用下形成的。
纽芬兰渔场,位于加拿大纽芬兰岛附近,这里是北大西洋暖流和拉布拉多寒流的交汇地。
上面我们所说的是洋流对渔业造成的影响,对我们人类而言,它的作用还远不止于此。比如,利用它所产生的巨大能量来发电就是人们所期望实现的目标之一。
在我们已经了解的世界大洋洋流中,美国墨西哥湾洋流的规模巨大,堪称洋流中的“巨人”。据测量,墨西哥湾洋流宽60~80公里,厚达700米,其流量达到了惊人的7400万~9300万立方米/秒,比我们前面介绍过的黑潮要大将近一倍。而陆地上的河流流量更是只有它的1/80。如此大规模的洋流可不可以为人类的能源开发做贡献呢?
美国伍兹霍尔海洋研究所的研究人员就展开了这一方面的研究。他们认为,墨西哥湾洋流如果能够得到完全利用,那么它所产生的能量将相当于美国现在发电能力的2000倍。当然,完全利用是不可能达到的结果。不过如果能够在海底安装涡轮发电机,那么这里产生的电能至少可以相当于十座核能发电厂的电能——也就是说能够供应佛罗里达州三分之一的电力需求。
对于这个研究成果,美国电力研究中心也予以了肯定。同时他们还指出,如果未来洋流、海浪与潮汐发电技术成熟,那么沿海国家就基本可以解决能源问题所带来的困扰了。作为一种低污染,取之不尽的能源来源,洋流向人类发出了充满诱惑的召唤。
洋流会给人类带来种种便利与好处,但同时它的存在也会给人类造成一定的困扰。比如,洋流的存在会使人类排入大海的污染物加速扩散和稀释——这将加速扩大海洋污染的范围。
“新仙女木”时代
18000年前,第四季冰川期即将结束。就在全球气温普遍回升的时候,一场源自于洋流的大降温却开始了。由于气温上升,高纬度冰川大量融化,巨量淡水融入洋流。这就使因为海水密度不同而产生的洋流停止了运转。由于洋流热传递能力的丧失,高纬度地区得不到热量的补充,进而造成温度迅速降低,大量冰川再次出现。这一结果又使大量太阳辐射被反射回太空,地球温度也随之下降。在十年时间内,地球温度下降了20℃,又一次小冰川时代——“新仙女木”时代来临。
9.赤道潜流——克伦威尔的意外发现
在地球上,赤道无疑是一个特殊的地方:它与南北极点的距离是相等的,而且也是地球表面最大的一个圆。特殊的地理位置造就了赤道独特的自然景观,就连海流在赤道附近也会有特殊的现象发生。这就是赤道潜流。
1951年,美国海洋学家克伦威尔在太平洋的赤道海域进行科学研究。他和他的同伴一起在玻璃浮子下面挂上铅锤和鱼钩,然后把这些玻璃浮子串在一起形成一个16~20千米长的玻璃浮带,最后将之放入大海。按照当时人们的认识,当地海流是向西流动的,玻璃浮子自然也应当向西漂。可是令克伦威尔惊讶的是,他放下的玻璃浮子一反常规,一个个向东飘去。难道是自己的玻璃浮子没有放好?带着疑问克伦威尔又重新放置了一次,可是结果还是相同。就这样诡异的一幕发生了:漂浮在海面的小船随海流向西漂去,而沉入海中的玻璃浮子却一路向东。这里面一定有很奇怪的奥秘!被吊起兴趣的克伦威尔马上投入到了紧张的研究之中。经过长时间观察,他最后断定,在赤道海域的表层洋流之下,还存在着一种巨大而稳定的逆向海流。他将这种洋流称为“赤道潜流”。
赤道潜流的发现,令年轻的克伦威尔兴奋不已。在当时的科学界看来,赤道海域的洋流规律已经没有什么疑问了。可是赤道潜流的发现,否定了人们以往总结严密的洋流理论。在这个新发现的刺激下,海洋学家们纷纷再次对赤道洋流展开了研究。
在科学家们的共同努力下,赤道潜流的真面目逐渐显现出来。他们经过分析得出,赤道潜流不仅在太平洋赤道海域存在,而且在大西洋、印度洋赤道海域也同样存在。
事实证明,科学家们的推测是正确的。1959年5月,人们在大西洋赤道海域的南赤道洋流下面,发现了一支很大的东向潜流。此后的七年间,人们对这支大西洋赤道潜流进行了详细的调查研究。在此期间,印度洋赤道潜流也被发现了。这三支赤道潜流之间是否存在某种联系?人们非常急切地想弄清楚这一问题。经过各国海洋学家的艰苦努力,人们最终确定,太平洋、大西洋和印度洋的赤道潜流其实是同一条潜流。这条潜流发源于西太平洋陈德默勒尔蒂群岛北部海域,沿赤道方向自西向东流动,连续横越三大洋,最终在北纬2°到南纬2°之间的海域内,形成一支对称分布于赤道两边的狭窄海流。
赤道潜流宽300千米,厚度约200米,其平均流速为1.9~2.9米/秒,全年流速稳定。不过,受种种因素影响,赤道潜流在三大洋中的流速并不相同。在太平洋,赤道潜流的最大流速为每秒150厘米;在印度洋为每秒80厘米;而在大西洋则为每秒120厘米。
与其他大洋环流相比,赤道潜流的流量相对稳定。在整个流程中,其流量一直介于每秒3400万~4000万立方米,很少发生变化。此外,赤道潜流的流程很长,在大西洋为4500千米,在太平洋为2.9万千米,在印度洋为3900千米。
与其他地理研究相同,人类在探索赤道潜流的过程中,也付出了巨大代价。赤道潜流的最初发现者克伦威尔就为此付出了宝贵的生命。1957年,在一次海洋考察中,克伦威尔不幸遇难。为了纪念这位伟大的海洋学家,人们把他发现的赤道潜流命名为“克伦威尔海流”。
赤道潜流并不是人类发现的最后一个洋流类型,在赤道以南,南纬3°和6°~8°之间,人们曾多次探测到一支与克伦威尔海流平行的潜流,并且它也是逆海面洋流而动的。这个神秘洋流的起源因素到现在仍然是个谜团,至于它与赤道潜流之间又有什么联系之类的问题,以现在的科学能力还无法给出答案。科学是永无止境的,人类探索的脚步也永远不应该停止。
10.海底扩张说——地球的“新诗篇”
前面我们已经对板块漂移学说进行了详细介绍。在地球内部的某种力的影响下,原本连在一起的各大洲板块四散漂移。此后又经过千百年的侵蚀和推移,终于形成了现在的海陆格局。下面我们要介绍的海底扩张说就是板块漂移学说的一个重要理论支撑。
20世纪60年代,海底扩张说逐渐进入了人们的视野。作为一种解释洋盆演化的新兴学说,它渐渐为人们所接受,并成为了板块构造说的基本思想之一。海底扩张说认为,大洋中脊顶部是地幔物质上涌进而形成新的大洋岩石圈的地方。最先形成的大洋岩石圈会在中间不断产生的新岩石的挤压下沿着远离脊顶方向,向两侧扩张推移。就这样,大洋底部不断运动和更新着,随之产生的就是板块的漂移现象。这一理论的产生还与一个有趣的故事密切相连。
第二次世界大战期间,哈利·赫斯指挥着美国军舰“开普·约翰逊”号在东太平洋地区巡航。东太平洋上战事稀少,他便在百无聊赖之下命令声纳兵运用声呐测深技术对大洋洋底进行探测。
哈利·赫斯舰长毕业于美国著名的耶鲁大学。在战争爆发以前,他是一位航海家,并且在普林斯顿大学任教。战争爆发后,为了保卫祖国,他应征加入海军,并凭借优秀的航海知识成为了“开普·约翰逊”号的舰长。虽然赫斯已经放下了教鞭,成为了一名军人,但他对海洋科学的热爱却没有丝毫变化。于是在不耽误巡航的前提下,他抓住一切机会展开了科学探测活动。
依靠自己对海洋的热爱,赫斯舰长执著地横越太平洋,得到了大量翔实的数据。在分析整理这些数据时,他发现并对一种奇特的海底构造提起了注意。原来在大洋底部,他发现了一种像火山锥一样的从海底拔起的山体。与一般山体不同的是,这种奇怪的山体没有山尖,而是像被一把快刀削过似的非常平坦。在多次测量到这种无尖头山后,赫斯开始感到不寻常起来。
二战结束后,赫斯从海军退伍,又回到他原先执教的大学工作。这时候他终于有时间研究这种无头海山了,他将之命名为“盖约特”,以纪念他的师长瑞士地质学家A.盖约特。后来人们也把这种山形象地称为“海底平顶山”。
通过研究,赫斯得到了关于海底平顶山的更多的资料。与以往发现的海底山峰不同,海底平顶山的形状非常特殊。这种山的山顶部直径一般为5~9千米,如果把山脚计算在内,那么它完全可以看做是一个巨大的高台;海底平顶山山腰最陡的地方倾斜达32°,不过总体而言是一个向下的缓坡,呈阶梯状。此外,海底平顶山的山顶从没有露出海面的,它们至少也会在海面下183米的深处,更有甚者会在海面下2500米处。不过这些都是相对极端的例子,一般情况下其山顶距海面多在1000~2000米之间。
海底平顶山在世界大洋中广泛分布。据后来海洋学家在全球范围研究发现,海底平顶山曾是古代火山岛,因此与大洋火山有着相同的形态、构造和物质成分。如此一来,新的疑问产生了:既然是海底火山,又怎么会是平顶呢?
最后,还是最先发现海底平顶山的赫斯给出了解释。他认为,新的火山岛在最初露出海面时,往往要承受风浪巨大冲击力的侵蚀。如果这座火山变成了死火山,不再给火山岛提供物质补充,那么原本尖顶的火山岛很可能会在风浪的侵蚀下惨遭“砍头”之祸。慢慢的,它们就会变成略低于海面且具有平坦顶面的平顶山了。
除了对海底平顶山的成因提出假设以外,赫斯还对这些奇怪的山峰进行了深入的研究。他发现,海底平顶山的年龄在大洋底部有着规律性的分布——离大洋中脊越近,平顶山越年轻,其山顶离海面较近;反之离大洋中脊越远,其年龄越老,山顶离海面也就越远。根据这一现象,赫斯在1960年大胆提出了海底运动假说。
在这个假说里,赫斯提出,大洋底部的运动过程,就像是一块正在缓慢卷动的大地毯:地毯上卷的地方是位于大洋中间部位的大裂谷,而大洋两边的深海沟则是地毯下落到地球内部的地方。这样一来,“地毯”会用1.2亿~1.8亿年的时间从一条大裂谷卷到一条深海沟。换句话说,大洋底部就像是一条在地幔中不断循环卷动的传送带。之所以会有这种运动产生,是因为在地球的地幔中存在着广泛而大规模的对流运动。其中上升流涌向地表,这就是大洋中脊;下降流则在大洋的边缘地区形成巨大的海沟。大洋底部在大洋中脊处生成,又在经过漫长的移动后在海沟处消亡。与之相比,陆地就成为了一个永远都被“海底传送带”托着的上层部分。由于其密度相对较小,所以不会潜入地幔,而永远停留在地球表面。
1962年,赫斯发表了著名论文《大洋盆地的历史》。在其中,他详细地阐述了“海底扩张学说”的内容。毫无疑问,这是一个崭新的“地球的诗篇”。
R·S·迪茨与海底扩张说
海底扩张说并非由赫斯一人独立完成,事实上另一位海洋学家R.S.迪茨也为海底扩张说的最终形成做出了突出贡献。1961年,R.S.迪茨用海底扩张作用推理讨论了大陆和洋盆的演化。这一推理是海底扩张说的重要内容之一!因此,许多人认为海底扩张说实际上是由两位科学家共同完成的——赫斯和R.S.迪茨。