出品|网易科学人栏目组
译者|小小
河水从陡峭的峡谷上飞流而下，甚至冲击得周围的岩石分崩离析，随后蜿蜒穿过广袤的平原。这种奔流的力量甚至堪比塑造了没过大峡谷的强大科罗拉多河相媲美。然而，这种引人注目的自然奇观从未出现在任何旅游照片中，也没有出现在任何地图上，原因是它位于太平洋表面以下3200多米的海底。蒙特雷海底峡谷（Monterey Canyon）距离美国加州海岸不愿，是经过“海底河流”数百万年的冲击形成的。在峡谷口之外，水流在海底劈出延伸出300多公里的巨大峡谷，然后流入深海平原。
在世界各地的海底，都可以找到类似的巨大海底河道，比如格陵兰岛、亚马逊、刚果以及孟加拉国沿海附近。最大的海底河道宽达数千米，在海洋深处横跨数千公里，为在那里生活的生物提供了至关重要的营养成分。但这些海底河流也是地球上最不为人所知的现象之一。
图2：计算机模拟的蒙特雷海底峡谷
从许多方面来看，海底河流与我们在陆地上看到的河流非常相似。它们两边都有堤岸，较小的河流被称为“支流”，会逐渐汇入较大的河流中。这些河流在海底冲击出巨大的峡谷。它们沿着曲折的路径流动，甚至可以改变方向，废弃的部分与地表上的牛轭湖十分相似。最终，它们会注入到深海平原中，那里与地面上的河口形状非常像。
曾前往世界各地研究海底河流的英国赫尔大学沉积学家丹·帕森斯（Dan Parsons）说：“如果你排干所有海底河流中的水流，它看起来就像陆地上蜿蜒曲折的河流系统，除了两岸没有树木。”在20世纪80年代之前，这些海底河道几乎完全不为人所知，直到海底声纳绘图技术出现，它们才开始展露真容。许多海底河流从主要河流的出海口延伸到海里，像亚马逊河和刚果河等，它们蜿蜒曲折地穿过海底厚厚的沉淀物。当时，科学家们将它们与陆地上成熟的河流系统进行了比较，如密西西比河下游。
水下峡谷会切割大陆架，而大陆架往往可被比作海底河流的源头。从那里开始，河流会涌入大型河道中，顺着大陆架的斜坡奔涌而下。这些河道往往被巨大的堤坝所包围，而这些堤坝是随着时间推移而不断堆积起来的。其中有些堤坝甚至会高出海底数百米。帕森斯说：“有些海底河道系统是太阳系中最大的。”然而，直到20世纪90年代末，人们才弄清楚这些河道是如何产生的。
科学家们钻入河道的沉积物中，沉积物的岩芯表明，它们是沉积物反复沉积形成的，而这些沉积物似乎会向下溢出河道。与陆地河流相似的是，这些海底河流的河水依然是淡水，里面还混有海床上携裹的淤泥和沙子，沿着海床的河道逐级流下。水中的每个微粒都会加大水流的密度。
始于大陆架上的新海底河流就像山上发生了雪崩那样，在下流过程中速度不断加快，威势也越来越强，直到它像液体那样流动。一旦开始，海底河流就可以连续流动数周甚至数月，将相当于陆地上所有河流1年运输量的泥沙冲走。帕森斯说：“奔涌而下的水流更像是雪崩或火山碎屑流。”然而，在深海中研究这些过程已经被证明是非常困难的。帕森斯说：“当你将它们与我们陆地上熟悉的河流进行比较时，我们实际上无法测量这些海底河流的流量。”
图3：尽管水流冰冷，水压也相当大，但海底河流附近却显得生机勃勃
造成这种情况的部分原因是，在这种环境中研究本就相当困难。许多被发现的海底河道长度超过2000米，流经深度达到4000多米。为了到达这些漆黑的海洋深处，需要使用专门的遥控深海潜艇。更糟糕的是，海底河流只会在某段时间流过。在河流流过时，河渠可能在数周、数月甚至数年间保持静止状态。通过远程操作车辆（ROV）探索深海进行研究，每天的成本可能达到2.5万英镑。所以，只有很少科学家对这些海底河流进行研究就不足为奇了。
英国利兹大学的沉积学家杰夫·佩考尔（Jeff Peakall）表示：“人们以前只是没有前往海底观察研究的能力。事实上，与海底相比，我们观察月球的分辨率更高，我们对这些海底河流知之甚少。”相反，多年来，研究人员不得不依靠实验室模拟，将海水与建筑物的灰泥或泥浆混合在一起，从而产生浊流。这些实验表明，海底河流的移动方式与雪崩或火山喷发碎屑流相似，沉积物会翻卷起波浪，沿着池底涌动。
现在，许多无畏的研究人员开始探索这些深海河道，并更多地了解它们的工作原理以及它们周围的生物。帕森斯说：“我们现在正处于这样的时代，技术可以支持我们全面衡量真实世界中海底河流的流量，这在以前是绝不可能的。在蒙特雷海底峡谷，我们不断地绘制峡谷图，看看它是如何随着时间推移而变化的。”他的团队正在使用自动水下航行器来显示水流在海底的改变方式。
帕森斯也在不列颠哥伦比亚海岸附近进行类似的研究。在那里，山上的冰川和积雪融化的水流携裹着泥砂，到达位于比特湾（Bute Inlet）的三角峡湾顶部，然后奔流直下，形成强大的浊流涌入海底河道中。在2010年出版的研究中，佩考尔与帕森斯派出机器人潜艇进入深海底河道，这些河道穿过黑海海底。在这里，他们发现了另一种塑造海底河道的方式，这次是源自黑海的咸水，它们通过狭窄的博斯普鲁斯海峡流入黑海，然后进入海底河道。
图4：海底事件探测器被放置在海底，以便测量它们周围的活动
由于地中海海水的盐度比黑海海水更高，为此密度更大，它们仍然可保持独立水流，流动的速度接近时速6.4公里。这意味着，每秒钟大约有22000立方米的水通过河道。帕森斯说：“我们试图绘制出从博斯普鲁斯海峡涌出的水流图，以便了解水流如何在海底河流中移动。然而，这只是在海底河道中观察由泥浆和沙子驱动的河流系统小小的赛前热身。”
在过去几年里，研究人员才目睹了现实世界中的海底泥河。2013年，蒙特利湾水族研究所的查理·保罗（Charlie Paull）和他的同事们使用ROV探索相对较小的水下峡谷，那里距离加州海岸只有数千米远。ROV被拴在水面船艇上，那里的水深超过400米。没有任何警告，浊流咆哮着穿过峡谷，ROV也被卷入其中。ROV操作员将此次经历描述为“就像在旋风中操控ROV飞行”。五吨重的ROV被托离海底，最终被推向旁边。
幸运的是，ROV传回了一段视频，显示了浑浊的海水在峡谷中翻滚不休的场景。可以看到从海底向上延伸的海带群被奔涌而过的水流撕碎。但在他们想要了解更多信息前，研究团队不得不把ROV提出水流，因为它的固定绳索可能会被冲断。
2014年，南安普敦大学的以斯贴·萨姆纳（Esther Sumner）分析发现，沉积物流从上到下的厚度超过90米，沿着峡谷以时速6.1公里的速度移动。然而，这依然是相对较小的流动。蒙特利湾水族研究所的海洋学家正在研发新技术，以便研究更大的海底河流。他们开发出声学“高速摄影机”，它可以测量流经蒙特雷海底峡谷和流入山谷以外的水流速度。
他们还开发出“智能巨石”，即沙滩球大小的仪器阵列，也称为海底事件探测器。它们可以被部署在海底河道中。当海底泥沙河奔流涌过时，它们就会被卷入并带走。它们能发回有关它们如何被卷入河流，如何在海底滚动、滑行以及升降的信息。
图5：海洋深度和频发的暴力事件使得人类无法观察到第一手资料
然而，这些沉积物流的巨大威力使得研究它们成为巨大的挑战。2016年1月，当强大的海底水流以时速19.3公里的速度冲下蒙特雷海底峡谷时，保罗和他的团队失去了一个固定监测装置，还有重达1吨的固定三脚架。最终，他们通过浮标在5公里外的地方找到了这个监测器，它几乎完全被埋在泥里。当他们设法把它拔出来的时候，他们发现其钢板框架已经被弯曲变形，边缘被磨得非常锋利。用碳纤维和钛制成的三角架上的浮标也受到严重破坏。10个月后，他们在类似情况下失去了第二个三脚架，这次它被拖离了7千多米。
保罗表示：“我清醒地知道，这样的事件正发生在海底。当我透过窗子望向大海时，表面没有任何迹象表明这些狂暴的事件正在发生。但是在海底，它们的力量足以把整个巨石拖走。面对这种破坏力，很难想象有多少生命能在这些海底河道中幸存下来。然而，有些物种似乎非常适应这样的环境。
路易斯安那大学海洋协会的克雷格·麦克莱恩（Craig McClain）始终参与蒙特雷海底峡谷的工作，他说：“这些沉积物流对峡谷中生物的多样性产生重大影响。对于某些物种来说，这种干扰会促使它们更容易茁壮成长，使它们的数量迅速增加。而对其他物种来说，它们的数量会急剧下降。这取决于某个物种是否属于生长快、繁殖快的物种。”
与蒙特利湾水族研究所的吉姆·巴里（Jim Barry）一起，麦克莱恩已经证明，河床中盛产蜗牛、蛤、甲壳类动物、海胆、海参以及蠕虫等。更重要的是，除了峡谷的安全因素之外，水流携带的营养物质和氧气似乎也有助于生命在海洋中深渊平原的贫瘠环境中生存。为了了解到底发生了什么，科学家们研究了史前海洋中沉积物形成的砂岩。岩孔表明，曾有蠕虫钻入泥沙。
图6：由于水流的巨大力量，记录仪器需要足够结实
佩考尔认为：“水流似乎不仅将氧气和营养物质到深海，它们也将生命带到那里。这些蠕虫被从浅海处携裹而来，最后选择生活在深海沉积物中，直到它们的氧气耗尽为止。”纳姆纳2016年进行的实验表明，多毛类蠕虫（色彩斑斓的海洋生物，体表覆盖着细毛，就像管道清洁器）就可以在这样的旅程完整存活下来。
生活在沉积物中的生物也可能对这些海底河流的流动起到至关重要的作用。英国邦戈大学的雅科·巴斯（Jaco Baas）及其同事2015年研究发现，生活在泥中的微生物有助于泥沙稳定堆积，直到迎来灾难性的失败。这有助于解释为什么海底河流只会周期性地流动。
英国杜汉姆大学的地质学家彼得·塔林（Peter Talling）说：“最大的流动可能是由大陆架上的沉积物崩塌引起的。暴风雨期间引发的洪水或波浪会引起水下雪崩，满是泥沙淡水密度也可能比海水更高，因此会沉入海洋底部。”现在看来，在流向下游的过程中发生了一些奇怪的事情。对刚果海岸附近海底河流的研究表明，它们沿着下游延伸。这意味着，在上游持续一小时的事件可以在河道底部持续几天或几周。
最活跃的海底沉积物流可能是葡萄牙海岸附近纳扎尔峡谷发现的。这条河流沿着只有8公里宽的狭窄海底河道移动，然后在海面4000米下的深海平原上流过，两边被巨大堤坝包围。这里每年大约发生4次小规模海底河流冲击纳扎尔峡谷事件，每次会延伸数千米，最终难以为继消失。但是这个峡谷有时会受到更猛烈的冲击。
始终在研究纳扎尔峡谷的英国南安普顿大学学者乔什·艾琳（Josh Allin）称：“在极端的尽头，就是我们所谓的峡谷冲刷浊流。这些事件更为猛烈，能够侵蚀峡谷中数量庞大的沉积物，然后将它们送入深海海底。它们似乎每隔数百年或上千年才会发生一次，现在还从未被直接观测过，我们对它们的特性也知之甚少。”
图7：沉积物中携带的生物体可能帮助附近其他动物繁荣起来
虽然峡谷冲刷浊流十分罕见，但要了解它们也十分重要。首先，它们有助于锁定海洋底部沉积物中大量的碳，可减缓引起气候变化的温室气体的上升速度。但它们也会对我们的生活产生更直接的影响。1929年，接近纽芬兰岛的23条水下电报电缆被切断。随后发现，近海地震袭击了附近的Grand Banks，毁掉了大量沉积物，这些沉积物随后沿着大陆架上的河道呼啸而过，涌入深海平原。
今天，世界上几乎所有的互联网和银行交易都是通过海底电缆进行的，所以如果大量的电缆被切断，就会引发重大问题。许多连接美国和欧洲的电缆都需要穿过海底河道，海底河流通过它们从纽芬兰岛向南移动。科学家们估计，1929年海底河流的时速可达93公里，携带碎片在海底移动了1100多公里。
塔林表示：“如果我们现在看到这样的事件重演，那可能造成灾难性的影响。”他的研究获得国际有线电视保护委员会的部分资助，该组织致力于保护海底基础设施。帕森斯也称：“这些海底河流拥有令人难以置信的强大破坏性，为此了解它们的运行机制非常重要。”
本文来源：网易科学人
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