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2020-09-14 20:00
她绘制的地图,革新了我们对海底的认知

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Suzanne OConnell(卫斯理大学地球科学教授),题图来自:视觉中国


玛丽·萨普 


在过去的一百多年里,人类已经进行了无数次深海探险,并从海底采集到了许许多多的样本,但人类对海洋最深处的了解仍然非常少。尽管如此,了解海底对我们来说却意义非凡。


比如说,能造成重大危害的灾难海啸,就大多起始于海底或海底附近的地震。从生态的角度看,海底是鱼类、珊瑚和众多复杂微生物群落、甲壳动物等许多生物的栖息地。而从全球的气候方面来看,海底的地形也控制着传播热量的洋流,调节着地球的气候。


今天我们故事的主角,是一位诞生于100年前的地质学家和海洋学家——玛丽·萨普(Marie Tharp)


地质学家、海洋学家、地图绘制者玛丽·萨普(1920.07.30-2006.08.23)| 图片来源:exploration.marinersmuseum.org


作为一名科学家,萨普或许并不广为人知,但她却为人类理解地球做出了巨大的贡献。她所绘制的地图,改变了人类对三分之二的地球的认知。自1957年开始,萨普和她的科研搭档布鲁斯·希曾(Bruce Heezen)便开始出版最早一批能显示海底主要特征(山脉、山谷和海沟)的地图。


穿越大西洋 


上世纪50年代,科学家对于海床的认识仍停留在认为它并没有什么特殊特征的阶段。那时萨普就指出,海床也有着崎岖的地形,而且大部分地形的布局是有其系统的。


她所绘制的图像对一个颠覆了人类认知的理论的发展至关重要,这个理论就是板块构造说。这一理论认为,地壳的一些大的板块之间会相互作用,造成了地球上的地震和火山等活动。它起源于以阿尔弗雷德·魏格纳(Alfred Wegener)为主的一些早期研究人员的一种大胆猜测。他们注意到,非洲和南美洲的海岸线似乎非常吻合,因而提出这些大陆或许一度是连接在一起的;而萨普则确认了位于大西洋中心的山脉和裂谷,指明这或许就是两块大陆被撕裂的地方。


萨普绘制的北大西洋的东西向剖面图。| 图片来源:《海底》


多亏了萨普对海底的手绘,我们终于有可能想象出,穿越大西洋海底,从美国纽约前往葡萄牙里斯本路途中,会看到怎样的海底世界:在这趟旅行中,你会沿着大陆架,然后向下迈向索姆深海平原;接着,你需要绕着一些海底山脉前行,然后开始缓慢地攀爬上沉于水下的南北走向的大西洋中脊。


当高度升高到海平面以下2500米时,你抵达了山脊的顶峰,这时,你开始继续向下行,穿过山脊的中央裂谷,继续上升到山脊的东部边缘。然后再回到海底,直到开始攀爬欧洲大陆的斜坡,抵达里斯本。整个行程约为6000公里。


绘制海底的不可见 


萨普出生在密歇根州的伊普西兰蒂,她在大学时期学习英语和音乐。但在1943年,她被录取进入了密歇根大学的一个硕士学位课程,这个课程旨在为二战将女性培养成石油地质学家。据萨普回忆说,当时之所以有这样的课程设立,是因为男性都参军打仗了,因此需要女性来填补空缺的职位。


后来,萨普先是在俄克拉何马州的一家石油公司工作,到了1948年,她在哥伦比亚大学找到了一份地质学方面的工作。然而,那时女性并不能登船参与研究工作,但由于萨普会制图,她被雇佣来协助男性研究生。


萨普和研究生希曾一起工作,希曾让她绘制海底剖面图。这些长长的纸卷显示了一条船只在沿着线性路径前进时,用声呐测量到的海底深度。


萨普绘制剖面图的过程:a)显示了在水面移动的两条船运行的轨迹的位置。b)将深度测量绘制成剖面图,其高度比例有所夸大化,以使其特征更加突出。c)在绘图中勾画出地形特征。| 图片来源:《海底》


萨普从一张大白纸开始,先标出经纬线,然后再仔细标出船只航行经过的地方。接下来,她从声呐分析图上读取出每个位置的深度,把它标记在船的航行轨迹上,创建出显示了海底深度与船所走过的距离的浓缩版海底剖面图。


她的一项重要创新是绘制出了海底的草图,这些图使得对海底地形的可视化,以及创建出一幅地文景观图形变得更加容易。


萨普仔细地绘制了横跨北大西洋的六幅东西横贯的剖面图,揭示了此前从未有人描述过的东西:在海洋的中心,有一道宽数英里、深几百英尺的裂缝。萨普认为这是一个裂谷——一种在当时就已经知道存在于陆地上的长槽。


当她把这一发现与希曾分享时,希曾称这想法是“女孩子话”,并让萨普重新进行计算和绘图。她照做了,但发现这道裂谷仍然存在。


有趣的是,另一名研究助手的工作是在相同大小和比例的地图上绘制震中的位置。通过比对这两张地图,希曾和萨普发现,地震的震中都位于裂谷的内部。这一发现对板块构造说的发展有着至关重要的意义:它表明,运动就发生在裂谷,大陆或许真的正在漂移。


这一见解是革命性的。1957年的希曾还只是一名萌新的博士生,他在普林斯顿的演讲中,展示了裂谷和震中的比对图,这一举措让时任的地质系主任哈雷·赫斯(Harry Hess)评论说:“你动摇了地质学的基础。”


构造说的阻碍 


1959年,美国地质学会发表了《海底:I.北大西洋》,作者是希曾、萨普,以及与他们一同工作的拉蒙特观测站主任尤因博士,这部著作中包含了萨普的海洋剖面图、她的一些想法,以及她的地文景观图。


在当时,有一部分科学家认为,这是极为杰出的工作;但更多的人选择不相信。法国海底探险家雅克·库斯托(Jacques Cousteau)决心要证明萨普是错的。于是他驾驶着自己的研究船只Calypso,特意穿越大西洋中山脊,并放置了一个水下摄像机。令库斯托吃惊的是,他拍摄到的画面显示——真的有一个这样的裂谷存在。


在萨普1999年的一篇回忆文章中,她说:“眼见为实,一张图片胜过千言万语。”


那么是什么造就了这条裂谷?在赫斯1962年的一篇论文中,他提出了一些观点:他假设炽热的岩浆从地球内部的裂谷处升起,在冷却的途中膨胀,将相邻的两个板块推得更远。这一想法是板块构造说的一个关键点,但赫斯没有在论文中引用《海底》中提出的关键性工作,而《海底》是少数几篇写有萨普作为合著者的论文之一。


持续的调查 


萨普继续和希曾一起为海底世界注入“生命”。他们合作的作品包括1967年由《国家地理》出版的一幅印度洋地图,以及1977年的《海底世界地图》,现在这张地图已经保存在美国国会图书馆。


由希曾和萨普手绘的1977年版海底世界地图。| 图片来源:美国国会图书馆


1977年,希曾去世。萨普一直在继续她的工作,直到2006年去世。1978年10月,萨普和已过世的希曾还被授予了国家地理学会的最高荣誉哈德伯奖章。


如今,船舶使用的是一种被称为条带测绘的方法,这种方法会沿着一条带状路径测量海底深度,而不再是只沿着一条直线。这些条带可以被“缝合”在一起,从而绘制出精确的海底地图。


萨普绘制的北大西洋的地文景观图中的加纳利群岛。右:用条带测绘法描绘的同片海域。| 图片来源:Vicki Ferrini / Lamont-Doherty Earth Observatory.


但由于船只移动缓慢,一艘船要花200年左右的时间才可能完全绘制出海底地图。因此,现在一项国际合作的使用多艘船只的绘制任务正在进行,目标是在2030年前绘制出完整的详细的海底地图。


这些信息对于了解附近的海底世界究竟是什么样子的至关重要的。可以说,玛丽·萨普是第一个向我们展示丰富的海底地形及其不同区域的科学家。


原文标题为“Marie Tharp pioneered mapping the bottom of the ocean 6 decades ago – scientists are still learning about Earth’s last frontier”,于2020年7月28日首发于The Conversation,原文链接:

https://theconversation.com/marie-tharp-pioneered-mapping-the-bottom-of-the-ocean-6-decades-ago-scientists-are-still-learning-about-earths-last-frontier-142451,中文内容略有编辑,仅供参考,一切内容以原文为准。


本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:Suzanne OConnell(卫斯理大学地球科学教授)                

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