位于南太平洋的4776米高的“泡泡海山”（右）已通過聲納繪制了地圖。圖片來源：美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局海洋勘探與研究辦公室

近日，新海山目錄在《地球與空間科學(xué)》發(fā)表，在新罕布什爾大學(xué)海岸與海洋測(cè)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(duì)航行構(gòu)成威脅外，還蘊(yùn)藏著稀土礦物，使其成為深海采礦者的商業(yè)目標(biāo)。它們是海洋生物的重要綠洲，其大小和分布也為板塊構(gòu)造和巖漿活動(dòng)提供了線索。

“我們對(duì)海底的形狀了解得越好，就越能為氣候變化做好準(zhǔn)備。”美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）首席水文測(cè)量師John Lowell說，海山是幫助控制大規(guī)模海洋流動(dòng)的“攪拌器”，這些海洋流動(dòng)封存了大量熱量和二氧化碳。NGA負(fù)責(zé)美國(guó)軍方衛(wèi)星測(cè)繪工作。

2005年，美國(guó)舊金山號(hào)核潛艇以超高時(shí)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(fā)生，美國(guó)康涅狄格號(hào)核潛艇又撞上了中國(guó)南海的一座海山，造成其聲納陣列損壞。

由于聲納只測(cè)繪了1/4的海底，因此還有多少海山存在仍未可知。但測(cè)量海洋高度的雷達(dá)衛(wèi)星可以找到它們。現(xiàn)在，高分辨率雷達(dá)數(shù)據(jù)新增加了19000多座海山，但絕大多數(shù)海域仍未被聲納探測(cè)到。“這簡(jiǎn)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(xué)家David Sandwell說。

舊金山號(hào)事故發(fā)生后，Sandwell和同事從海軍和NGA那里獲得了資金，用于通過衛(wèi)星尋找海山。他們已發(fā)現(xiàn)了數(shù)千個(gè)，其中700個(gè)會(huì)對(duì)潛艇構(gòu)成威脅。但研究小組知道，他們的第一個(gè)海山目錄還不夠完整。Sandwell說，現(xiàn)在，有了來自高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，包括歐洲航天局的CryoSat-2和印度和法國(guó)航天局的SARAL，研究小組可以探測(cè)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(xiàn)。昆士蘭科技大學(xué)的地球物理學(xué)家Carmen Gaina說，海山目錄將為地球內(nèi)部的研究帶來直接的好處。在大西洋東北部發(fā)現(xiàn)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(diào)查還在印度洋的一個(gè)山脊附近發(fā)現(xiàn)了海山，在那里，隨著構(gòu)造板塊的分離，新的地殼形成了。Gaina說，這表明，在一個(gè)曾經(jīng)被認(rèn)為巖漿匱乏的地區(qū)，存在著數(shù)量驚人的火山活動(dòng)。

對(duì)生物學(xué)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(dá)州立大學(xué)深海生物學(xué)家Amy Baco-Taylor說。但生物學(xué)家對(duì)海山在海洋生物多樣性中所扮演的角色仍存在爭(zhēng)議。

“如果我們不知道它們?cè)谀睦铮覀兙蜔o法保護(hù)它們。”倫敦動(dòng)物研究所動(dòng)物學(xué)會(huì)的海洋生物學(xué)家Chris Yesson說。海山地圖將讓他們不會(huì)浪費(fèi)太多時(shí)間。此前，Yesson和同事曾經(jīng)到印度洋去研究一座海山，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它是由聲納深度記錄中的錯(cuò)誤造成的幻影。

在理解海洋環(huán)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(tái)永動(dòng)機(jī)的另一面——深海海水對(duì)抗重力并向上上升，長(zhǎng)期以來一直是個(gè)謎。

“上升流”曾被認(rèn)為是在不同密度的深海層之間的邊界處由湍流驅(qū)動(dòng)，均勻地發(fā)生在整個(gè)海洋中。現(xiàn)在，研究人員認(rèn)為它集中在海山和海脊。密歇根大學(xué)安娜堡分校的物理海洋學(xué)家Brian Arbic說：“有了地形，就會(huì)發(fā)生很多有趣的事。”

西布列塔尼大學(xué)的物理海洋學(xué)家Jonathan Gula說，當(dāng)洋流在海山周圍盤旋時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生湍流的“尾流漩渦”，可以提供能量將冷水向上推。在一項(xiàng)未發(fā)表的研究中，Gula和合著者發(fā)現(xiàn)，這些尾流漩渦使海山成為海洋向上混合的主要貢獻(xiàn)者，也是氣候的核心角色。Gula補(bǔ)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(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，這是一個(gè)由Mayer幫助領(lǐng)導(dǎo)的加速高分辨率聲納測(cè)繪的國(guó)際項(xiàng)目。美國(guó)宇航局的地表水和海洋地形衛(wèi)星于2022年12月發(fā)射，可以測(cè)量幾厘米以內(nèi)的水面高度。Mayer說，考慮到聲納測(cè)繪航行的成本，更好的遙感技術(shù)將受到歡迎。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2022EA002331