（文/Katia Moskvitch）在博斯普魯斯海峽的下方，流淌著(zhù)一條神秘河。它有河岸，有急流，有的地方有1千米寬。如果它在陸地上蜿蜒流動(dòng)，那么以每秒奔流的水量之多，它將僅次于亞馬孫河、剛果河、長(cháng)江和奧里諾科河，成為世界上的第六大河?？墒?，當一條條大船穿過(guò)海峽在馬爾馬拉海和黑海之間往來(lái)行駛的時(shí)候，船上的水手根本不知道下方還有一條河流存在。這條暗河在他們腳下70米的地方靜靜地流淌，一直流到大陸架的邊緣，然后消失在大洋的深淵之中。
這條暗河沒(méi)有名字，但這并不說(shuō)說(shuō)明它獨一無(wú)二。地球上還有大量水下河在洋底縱橫流淌，其中一些長(cháng)數千千米、寬數十千米、深度也達到數百米。它們是這顆行星的動(dòng)脈，就是它們將沉積物運到大海深處，并攜帶著(zhù)氧氣和營(yíng)養滋潤深海的生靈。此外，它們還從岸上帶來(lái)有機物質(zhì)并埋入海底，這好像也對地球的碳循環(huán)起到了關(guān)鍵作用。
這些水下河的運動(dòng)方式一直是一個(gè)謎，因為衛星偵察不到這么深的水下，水面的聲納和雷達也幫不了多少忙。不過(guò)現在，潛水艇的觀(guān)測和實(shí)驗室的研究終于在這些水下的神秘河上打開(kāi)了一扇窗戶(hù)。研究的結果將惠及大眾，無(wú)論是氣候學(xué)家、通信公司還是石油公司，都能從中得到好處。
如果將地球上的海洋抽干，你就會(huì )發(fā)現，這些水下河已經(jīng)在海底切割出了迷宮般的溝渠，它們叫做“深海水道”（abyssal channels）。乍一看，在這些水道中奔騰的河流也許和地上的沒(méi)有兩樣，但實(shí)際上，它們更加接近雪崩、沙塵暴，或者火山碎屑流。它們的毀滅性力量對于通信纜線(xiàn)是一大威脅；正是那些蜿蜒海底的電纜將我們的聲音、數據和網(wǎng)絡(luò )流量傳送到了大洋彼端。美國新罕布什爾大學(xué)海岸和大洋繪圖中心的詹姆斯·加德納（James Gardner）指出：“如果將一根纜線(xiàn)懸掛到一條深幾百米、寬幾千米的水道上，那么一旦有水下河流過(guò)，電纜就會(huì )斷裂?！?/p>
今天，通信公司在鋪設纜線(xiàn)之前都要勘察洋底，希望避開(kāi)深海水道。斯圖亞特·威爾遜（Stuart Wilson）在英國的全球海洋系統公司（Global Marine Systems）擔任纜線(xiàn)工程經(jīng)理，照他的說(shuō)法，如果一條水道的河岸十分陡峭，橫跨它的纜線(xiàn)就會(huì )懸在水中，這樣尤其容易被捕魚(yú)設備和船錨在無(wú)意間鉤壞；而如果將纜線(xiàn)鋪設到水下河里，它們又會(huì )為像吉他弦一般劇烈振動(dòng)，并與河岸碰擦磨損。
鋪設纜線(xiàn)的公司并不是向來(lái)就知道水下有河流涌動(dòng)的，對這些河流的破壞作用也一度沒(méi)有知覺(jué)。1858年8月16日，維多利亞女王給美國總統布坎南發(fā)去電報，祝賀第一條橫跨大西洋的電纜鋪設成功。在那時(shí)，地中海和紅海的海底已經(jīng)彎彎曲曲地分布了好幾條電報線(xiàn)。幸運的是，船員在將它們放下海床時(shí)，并不知道水下還有那樣危險的河流。在之后幾十年的時(shí)間里，好運也一直陪伴著(zhù)他們。
但是，到了1929年11月18日下午5點(diǎn)02分，一切都變了。當時(shí)，加拿大紐芬蘭南部海外250千米處發(fā)生了一場(chǎng)強烈地震，震度為7.2級。地震雖然劇烈，在陸地上造成的損失卻極小——總共只有幾根煙囪倒塌，幾條道路被小型滑坡堵住而已。
然而，海底就是另外一番景象了：發(fā)生在大淺灘的這場(chǎng)地震觸發(fā)了一條地下河。大約200立方千米的沉積物沿著(zhù)一道斜坡滾落，它們沖斷了12條洋底電報線(xiàn)，使得加拿大沿海通信中斷。接著(zhù)又有海嘯沖上岸邊，造成了28人遇難。
起初，人們都把電纜的斷裂歸罪于地震本身。一直要到20年后，研究者才找到真正的元兇。美國哥倫比亞大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家布魯斯·希曾（Bruce Heezen）和莫里斯·尤因（Maurice Ewing）分析了大淺灘的地震數據，并記下了每一條海底電纜斷裂的地點(diǎn)和時(shí)間。他們的結論是，地震使沉積物沿著(zhù)大陸架向下滾動(dòng)，泥土和海水的混合物以極高的速度橫掃海床，將那里的纜線(xiàn)一根根折斷。希曾和尤因的計算顯示，這股“濁流”的速度達到了每小時(shí)100千米。它從震中出發(fā)，沿著(zhù)大陸斜坡狂奔600千米之遠，一路在海床上鑿出河岸。
其實(shí)在希曾和尤因之前，地質(zhì)學(xué)家就已經(jīng)懷疑洋底有縱橫分布的水道了。在上世紀30年代末至40年代，粗略的水下繪圖就已經(jīng)發(fā)現了大陸邊緣由于侵蝕產(chǎn)生的深深裂紋，就仿佛大峽谷在陸地上刻出的裂紋一樣。那時(shí)的地質(zhì)學(xué)家就認為，這些地貌可能是由富含沉積物的濁流在水下侵蝕產(chǎn)生的。但是，要等到希曾和尤因的研究問(wèn)世，他們才得以了解這些濁流本身由何種力量觸發(fā)和塑造。
到了今天，濁流仍然在海底摧折纜線(xiàn)。這些纜線(xiàn)承載著(zhù)全世界95％的電話(huà)、互聯(lián)網(wǎng)和數據信號，一旦斷裂，就會(huì )造成整片地區和外界中斷聯(lián)系。2006年，中國臺灣附近的一場(chǎng)地震就引發(fā)了一股劇烈的濁流，使得全島在短時(shí)間內通信中斷。這場(chǎng)地震中至少有16條電纜斷裂，在整個(gè)東南亞都造成了大亂。
海面之下有這樣的危局，我們對地球上深海水道繪制的地圖，居然比不上火星和金星上的“運河”精確，這一點(diǎn)是頗使人意外的。加德納這樣解釋?zhuān)骸拔覀冃枰獛装倌甑暮叫袝r(shí)間才能把這些水道全部找出來(lái)畫(huà)上地圖。這要等到將來(lái)，等到有了大量互相配合的遙控裝置才能辦到?！钡鋈艘饬系氖?，海底纜線(xiàn)的斷裂，卻往往會(huì )告訴纜線(xiàn)公司一條他們此前沒(méi)有發(fā)現的水道。
將水道畫(huà)上地圖不容易，理解它們就更難了。有一點(diǎn)說(shuō)來(lái)奇怪，那就是這些水下河流居然也會(huì )“干涸”，就像陸地上的河流在遭遇干旱時(shí)的表現一樣。當然了，里面的水還是很多的，只是沒(méi)有泥沙流過(guò)。如果再要重啟濁流，就需要強大的外力推動(dòng)才行。這個(gè)外力可以是一次地震，也可以是在一座峽谷頂端堆積的沉積物、因為承受不起自身的重量而崩塌下來(lái)。
外力還可以是一條流進(jìn)大海的陸地河。以剛果河為例，在流入大西洋時(shí)，它的河水中已經(jīng)富含了沉積物。這些沉積物體量之大，完全可以在流經(jīng)的海床上刻出一條深海水道，并由此制造出一條深入大洋的水下河。同樣的原理，中國的黃河在翻滾著(zhù)沖入小浪底水庫時(shí)，也制造出了這樣一條水道：黃河中的沉積物使得河水比水庫里的水更加稠密――如果你坐在水庫中央的一條船上，就能俯瞰黃河之水從身下流過(guò)了。
雖然大多數深海水道似乎都是由陸上的河流形成的，究其源頭也可以追溯到陸上，有一些水道卻是在大洋中心發(fā)現的。加德納長(cháng)期在太平洋上從事測繪，他發(fā)現在遠離陸地的海域也有巨大的水道存在?！耙忉屗鼈?yōu)槭裁丛谀抢锖茈y，”他說(shuō)，“反正它們就是在那里?！?/p>
無(wú)論造訪(fǎng)的是大洋還是湖泊，泥濘迅捷的濁流都是個(gè)狡猾的顧客。美國弗吉尼亞理工大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家布萊恩·羅曼司（Brian Romans）說(shuō)：“研究者曾經(jīng)在濁流中放置儀器，想檢測它們的速度和沉積物的濃度，但濁流一般會(huì )將儀器一股腦摧毀?！?/p>
不過(guò)，有一條水下河的習性比同類(lèi)友善，那就是博斯普魯斯海峽下方的那道巨流。它不像大多數地下河那樣泥濘，其中裹挾的也不是沉積物，而是一股咸水，鹽度比地中海流入馬爾馬拉海的海水要高許多。這使得這道巨流比周?chē)暮诤Ｋ旅?，而較高的密度又使它沉到了海床上。英國利茲大學(xué)的沉積物學(xué)家杰夫·皮卡爾（Jeff Peakall）指出，這條水下河的構成雖然和一般的海底濁流不同，但兩者在動(dòng)力學(xué)上并無(wú)二致。再加上它流經(jīng)的區域海水較淺，研究起來(lái)也就比較方便了。
2010年，皮卡爾帶著(zhù)一條水雷形狀的潛水艇前往博斯普魯斯，2013年7月又去造訪(fǎng)了一次。他的團隊第一次記錄下了一條深海水道中潛流的詳細數據，他們?yōu)樽约旱陌l(fā)現驚訝不已：首先，這條水道如同一條受到驚擾的響尾蛇一般扭曲宛轉。當然了，陸地上的河流也會(huì )根據地貌和地質(zhì)的不同或曲或直，但是水下河這樣表現，意義就非同一般了。皮卡爾已經(jīng)分析了世界各地的深海水道，他的結論是，“凡是扭曲的那些都接近赤道，一旦到了兩極，就都是直的了?！?/p>
這是為什么呢？皮卡爾懷疑幕后操縱的是科里奧利力，物體如果在一個(gè)旋轉的參考系中運動(dòng)，就會(huì )被這種力帶偏?？评飱W利力對地球的大氣和海洋循環(huán)影響巨大，沒(méi)有了它，我們就不會(huì )有颶風(fēng)和灣流了。這種力的作用在高緯度地區最大，往赤道方向則逐漸減小。那么，科里奧利力是否對濁流造成了影響呢？
由于無(wú)法對不同的深海水道做直接考察，皮卡爾轉而在實(shí)驗室里展開(kāi)研究。他的兩位合作者馬修·威爾斯（Matthew Wells）和雷默·科蘇（Remo Cossu）都出身于加拿大的多倫多大學(xué)。3人一起將一只2米長(cháng)的水箱安放在一張旋轉臺上，并在水箱中灌滿(mǎn)了水。在水箱的底部，他們用丙烯酸制作了一條蜿蜒的水道，并在其中注入一股稠密的鹽水，以模仿泥濘的海底濁流。然后，他們以不同的速度旋轉水箱，來(lái)模仿地球在不同緯度的自傳，并觀(guān)測鹽水在水道中的流動(dòng)情況。
他們的發(fā)現顯示，水下河的行為和地上河有著(zhù)截然的分別。無(wú)論在水下還是地上，河水在流過(guò)彎道的時(shí)候都受到一組合力的控制。在地面上主要是離心力和重力：當河水快速流過(guò)彎道，離心力將水流往外推，重力則將水流往下拉。
但是，對于水下的濁流，3位研究者卻發(fā)現，科里奧利力也起到了作用。要理解這一點(diǎn)，不妨想想一塊水下的磚頭要比在陸地上時(shí)輕了多少。那是因為水中向上的浮力部分抵消了磚頭上向下的重力。
同樣的道理，濁流受到的重力也會(huì )被周?chē)Ｋ母×λ鶞p弱。當水的重量不再是濁流的主要受力，科里奧利力就會(huì )發(fā)揮比陸地上大得多的作用。它會(huì )將濁流推向一邊，并造成左右兩邊的巨大高度差。
流向的變化導致水下河的形態(tài)跟著(zhù)發(fā)生了變化，對泥沙的沉積也變得不同。由于科里奧利力在兩極處較大，所以在合力的作用之下，那里的水下河也比在赤道附近流得更直。
皮卡爾還指出，海底的那些之字形水道也和陸地上的那些有很大不同。在陸地上，當河水經(jīng)過(guò)彎道流向下游，合力會(huì )使接近河床的河水由彎道的外側向內側流動(dòng)，而接近水面的河水則會(huì )由內側向外側流動(dòng)。但是在水下河，各種力的平衡就有所不同了。皮卡爾說(shuō)：“水下河的行為和地面正好相反，這一點(diǎn)相當的奇妙?！?/p>
水下河還有其他特性：地面河流不會(huì )一直待在同一個(gè)地方，它們不斷侵蝕河岸，河道始終在泛濫平原上緩緩左右移動(dòng)。水下的河道卻不會(huì )這樣，它們一旦“曲折”到了一定的程度，就會(huì )在同樣的位置上不斷下切幾百米。
尋找和研究深海水道并不全是為了科學(xué)，它背后還有強大的經(jīng)濟動(dòng)力。石油公司在海上尋找挖掘點(diǎn)的時(shí)候，他們的目標都是海床以下2到4千米的古代水道。當年這些水道活躍的時(shí)候，濁流帶來(lái)了泥沙。而現在，這些沙粒都成了容器，它們的細孔中固定著(zhù)石油和天然氣。這些石油和天然氣都是從更深的泥層中升上來(lái)的，它們都是由幾千年前的古代動(dòng)植物腐爛之后所產(chǎn)生。
BP石油公司的沉積物學(xué)家麥克·梅耶爾（Mike Mayall）介紹說(shuō)，在找到一條水道之后，“我們對其中填充的沉積物的知識就變得十分重要了”。地震數據的積累能夠幫助我們掌握沉積物的性質(zhì)。有了現代技術(shù)，石油公司就能看清泥沙的分布，有些地方的分辨率可以達到十米以下。
還有就是全球碳循環(huán)的問(wèn)題。從陸地源源不絕流向深海的有機物質(zhì)，可能在碳循環(huán)中扮演著(zhù)重要角色。盡管海床上的生物會(huì )吃掉這些有機物質(zhì)的一部分，其他部分卻會(huì )在海底沉積層中掩埋，永遠不會(huì )再進(jìn)入大氣。羅曼司表示：“這是眼下的一個(gè)研究熱點(diǎn)。大家都想算出有多少碳是運到海里掩埋了、掩埋的速度是多少、這對全球碳循環(huán)又有什么影響?！备玫亓私馍詈Ｋ?，有助于更加精確地模擬氣候。
每次有潛水艇潛入水下河流，我們的知識就會(huì )增加幾分。每次有一條河流在實(shí)驗室中得到模擬，我們的了解就會(huì )深入幾分。水下河流正在揭開(kāi)自己的秘密，速度緩慢，但是實(shí)實(shí)在在。
編譯自：《新科學(xué)家》，Cryptic river: The torrents that flow on the seabed
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