深海之深，以何测之

　　深海之深，以何测之

　　生于陆地、长于陆地的人类，在早期文明中，只能靠双脚或简易交通工具来丈量自己所居住的这个星球，虽然当时的他们并没有地球这个概念。活动范围的局限性，让人类认为自己所处之域，即是世界中央。西周时期，周王成为天下共主，自称“天之子”，其所居之地称为“中国”，意为“天下中央”，文献精确记载的区域大致在黄河流域。古希腊人则认为，他们的主神宙斯的居住地才是世界中心，文献中明确记载的地理范围不超过地中海周边地区。

　　头顶是万千星辰，脚下是坚实大地，大地之外则是浩瀚无比的海洋。无论是东方还是西方，皆是如此。因此，对于在中心之外的广袤海洋，人们产生了各种各样奇异的遐想。于是，便有了《山海经》中长着人面，有手足，却是鱼身的陵鱼；有了庄子“天下之水，莫大于海。万川归之，不知何时止而不盈；尾闾泄之，不知何时已而不虚”的感叹；有了联通地中海和大西洋的直布罗陀海峡入口岩崖上“NecPlusUltra”（不得再前）的古训。

　　“登高临巨壑，不知千万里。”长久以来，人们一直认为，自己所眺望的这片海域就是世界的尽头。直到16世纪的“地理大发现”，人们才逐渐在全球航海探索中完整对这个世界的认知。他们发现，海洋的另一边是一片相似却又不同的崭新陆地，孕育着同样鲜活而生动的生命：人类与海洋共存了数千年之久，终于在勇敢驶向大洋的实践中，得出地球表面71%是海洋的结论，而对于海洋有多深这个问题的答案，我们则走了更远的路。

　　在近代以前，“鱼盐之利，舟楫之便”是海洋之于大部分人的意义。至于海有多深，并不是多数人所关心的问题。不过，即便可能并不“实用”，但与生俱来的好奇心依旧驱使着人们不断去探索神秘的海底世界。公元前1450年的埃及古墓中，便绘有人们用很长的细杆来测量海洋深度的壁画。8世纪，维京人在绳索上挂金属块以测量水深。1637年宋应星所著的《天工开物》中，甚至记载着当时潜水技术的要领。

　　地理大发现时期充满探索欲的航海家们又怎么会错过对深海的追寻呢？l6世纪20年代，麦哲伦环球航行到太平洋时，把一根731米长的绳子系上炮弹壳，丢到海里去测量深度，结果发现根本够不到底。于是，他便声明深海是没有底的。事实上，深海并非无底，只是他的绳子不够长，但这种测量海洋深度的吊锤测量法却沿用了很长一段时间。

　　吊锤测量就是将绳索的一端系上重物往海里抛，当重物触及海底的一刹那，记下绳索的长度，即为海深。之后，人们又在下垂的重物和绳索方面做了很多改进，比如在中空的重物中填上油脂以沾取底质样品，或者用钢琴丝代替绳索。当年的英国“挑战者”号正是利用配重麻绳测深的方法在为期3年5个月的环球考察任务中测深492次。

　　1858年，美国实业家塞勒斯·韦斯特·菲尔德在欧洲与北美之间成功铺设了一条长达3200公里的跨大西洋海底电缆。遗憾的是，电缆的运行情况越来越糟糕，干辛万苦铺设的海底电缆在仅维持了三周后就无法工作了，但这次勇敢的尝试成为了全球通信革命的发端，还在无意间让人们发现了海面下的新奇世界。1866年，在总结失败经验并不断改进技术后，新的电缆铺设成功且性能更佳．几乎提供了跨越大西洋的即时通讯。

　　人与人之间的距离飞速缩短，世界正在“缩小”，英国为了保持在海洋科学研究中的领先地位，于l872年派遣皇家海军的一艘军舰“挑战者”号进行环球海洋考察。其中，利用配重麻绳测深是科考队的一项重要工作。1875年，“挑战者”号在太平洋马里亚纳群岛进行例行的测深工作，却惊讶地发现，即使他们将所有测量用的麻绳都抛下也仍然没有触碰到海底。科学家们在力所能及的条件下不断尝试，最终测得深度为8184米，成为有史以来人类发现的海底最深处。在根据这次科考成果绘制的《大洋深度图》中，这里被命名为ChallengerDeep，即“挑战者深渊”。

　　1951年，英国“挑战者2号”出发进行一项为期三年的环球航行项目，其目的之一便是调查清楚“挑战者”号报告中的地球最深处。重新调查这一地区的“挑战者2号”经过多次测量，最终探测出深度为10863米。不同的是，这一次考察船主要使用的是回波定位的方式。借助声波来探测海底是人类在测深技术上的突破性进步。毕竟，利用绳索测深的方式既费力又在效率和精度上并不可靠。而声波测深技术的发展与一场震惊全球的灾难性事件密切相关。

　　1912年4月，当时世界上最大、最豪华的客轮之一“泰坦尼克”号在首次航行中与冰山相撞，沉入大西洋海底。为了避免类似海难事故的发生，英国科学家LewisRichardson先后申请了两项专利，利用声波在水中和空气中探测障碍物（如冰山）。1914年，美国科学家费森登制造了第一台测量水下目标的回声探测仪，利用声音在物体上的回声时间差来确定距离。

　　同年，第一次世界大战爆发，英法等国为了利用声波探测德国潜艇，法国物理学家郎之万和俄国工程师希洛夫斯基用石英成功研制了一种发射器和接收器。该发射器和接收器可以释放超声波，并接收反射回来的超声波，进而精确计算被侦测物体的位置、体积等信息。可以说，在第一次和第二次世界大战期间，海洋声学有了显著的发展，回声测深技术发展迅速。

　　最开始，人们使用的是单波束测深仪。也就是向海底发射一束声波信号，通过声波到达海底反射回来的时间及声波在水中的传播速度，计算出海洋深度。虽然在测量时间和精度有了根本性的突破，但对于广阔的海洋而言，单波束每次只能测量一个位置的水深数据，效率较低，扫描范围也比较小，无法满足人们探索深海的需求。

　　20世纪60年代，生物学家诺里斯发现，用橡皮吸盘遮住海豚的双眼并不会影响它的活动，可如果蒙住它的前额，海豚就会迷失方向，到处乱撞。经过进一步研究，科学家发现，海豚的前额里面藏着一个特别的器官一一额隆，海豚就是靠这个器官来发射声波。而且，海豚可以用两种频率发声，一种是人耳听不到的超声波，用于感知水中的食物或障碍物的存在；另一种是人们在水中可听见的低频声，用于与同类进行交流。

　　在海豚发声原理的启发下，20世纪60年代美国海军的军事科研项目开展了对多波束测深技术的研究。随后，科学家发明出多波束测深系统。相比于单波束测深仪，多波束测深系统具有测量范围大、测量速度快、精度和效率高的优点，可以在一束声波内获得成百上千个测深点。再将得到的信息处理后得到的图形与扫描到的地形叠加，就可以绘制出一个三维的海底地图。

　　无可比拟的优点让全海深多波束测深系统如今成为各国最常用的水深测量设备。2012年7月15日，中国远洋科考船“海洋六号”，在执行中国载人潜水器“蛟龙”号7000米级海试期间，首次对“挑战者深渊”进行了高精度多波束测量，测得最深点为10923米，填补了中国在这一领域的科研空白。2018年，以中科院声学所为核心的科研团队，历时10年成功研制出我国首套具有自主知识产权的全海深多波束测深系统，并安装于科考船上开展测线应用示范，使我国成为继挪威、德国和丹麦之后第四个研制出现代全海深多波束测深系统的国家。

　　不过，利用船载测深系统为海底制图，虽然精确度高，但效率低。据估计，完成船测大洋海底水深和地形需要200年。正所谓，站得高，看得远，随着卫星技术的改进，人们发现，利用卫星测深度的方法，可以极大地拓展覆盖面。卫星利用电磁波，通过高度雷达测得海面的高度然后再计算水深。雷达嘉度计并不能“看到”海底，而是通过重力异常得出水深，因此水平分辨率比船载测深低得多，但可以大大地提高效率。

　　在各种设备和技术的加持下，我们终于可以回答海洋有多深这个问题了。20世纪初，根据绳测数据得出世界大洋的平均深度在3800米上下。但人类在发展进程中，逐渐意识到，深海水底的地形并非是一成不变的，还分布着许多的海山与深海丘陵，全球海底高度超过1000米的海山就有3万多座。因此，根据现在的统计，世界海洋平均水深是3682米，笼统讲可以说是3700米。

　　“大海越是布满暗礁，越是以险恶出名，我越觉得通过重重危险去寻求不朽是一件赏心乐事。”人类向来不缺乏探索世界的勇气和智慧，从古至今，始终有人以高度的事业心和锲而不舍的精神去求索神秘的海洋。认识自然，是一条永远也走不完的路。

　　摘自《海洋世界》2023年第7期