以下文章经许可转载自 “对话”,这是一个涵盖最新研究的在线出版物。
本周,随着船只在印度洋深处恢复搜索失踪的马来西亚航空公司 MH370 航班,我们经常听到海洋“95% 未被探索”,并且我们对月球或火星表面的了解比对海底的了解更多。但这是否属实?“探索”的真正含义是什么?
整个海底现在已经被绘制到了大约 5 公里的最大分辨率,这意味着我们可以在这些地图中看到大部分大于 5 公里的地貌。这就是圣地亚哥斯克里普斯海洋研究所的戴维·桑德维尔及其同事最近发布的一张新的海底全球地图的分辨率,他们使用了一些巧妙的卫星技术来估算海底的地形,甚至揭示了海底沉积物下潜伏的地球地壳的一些特征。
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与绘制陆地地图不同,我们不能使用雷达直接从卫星测量海底地形,因为海水会阻挡这些无线电波。但是卫星可以使用雷达非常精确地测量海面的高度。如果有足够的测量值来减去波浪和潮汐的影响,卫星实际上可以测量由于海底地形而导致的海面凸起和凹陷。
例如,如果有大型水下山脉或山脊,其质量产生的微小局部重力增加会将海水拉入其上方的一个轻微凸起。相反,如果存在海沟,则较弱的局部重力会在海面产生相对的凹陷。
读取海面的那些凸起和凹陷是一项惊人的精密测量壮举,涉及使用激光跟踪测量卫星的轨迹,并且不可避免地需要大量的数学运算来处理数据。新地图使用来自 Cryosat-2 和 Jason-1 卫星的数据,并显示了使用旧卫星数据的早期地图中未见的地貌。使用相同技术创建并于 1997 年发布的之前的海底全球地图的分辨率约为 20 公里。
因此,我们确实拥有 100% 海底的地图,分辨率约为 5 公里。由此,我们可以看到其隐藏地貌的主要特征,例如洋中脊和海沟——从这个意义上说,海底当然不是“95% 未被探索”。但由于我们星球的水域遮蔽,海底的全球地图确实不如火星、月球或金星的地图详细。
美国宇航局的 麦哲伦号飞船绘制了金星 98% 的表面,分辨率约为 100 米。 整个火星表面也以该分辨率绘制,并且超过 60% 的红色星球现在以约 20 米的分辨率绘制。与此同时,月球学家已经以约 100 米的分辨率绘制了整个月球表面,现在甚至以7 米的分辨率绘制。
为了更详细地绘制我们家乡的海底地图,我们必须使用声纳而不是卫星。船上的现代声纳系统可以绘制船下狭窄区域的海底地图,分辨率约为 100 米。那些更详细的地图现在覆盖了大约 10%-15% 的海洋,面积大约相当于非洲。
从船上以船舶声纳系统可达到的细节水平进行测绘,仍然会揭示出许多惊喜。在印度洋搜索马来西亚航空公司 MH370 航班的第一阶段,涉及从船只进行测绘以规划水下航行器的未来调查,发现了水下山脉和该区域卫星衍生地图上未显示的其他特征。
但是,如果我们想在海底探测到几米大小的物体,例如失踪飞机的残骸或我的团队正在调查的海底火山喷口的矿物尖塔,我们需要使用水下航行器或拖曳仪器将我们的声纳系统移动得更靠近海底。到目前为止,只有不到 0.05% 的海底被声纳绘制到了最高详细程度,面积大约相当于塔斯马尼亚岛。
当然,实际上要使用摄像机或我们自己的眼睛看到海底,意味着要使用遥控航行器或载人潜水器走得更近。
因此,“95% 未被探索”的说法并没有真正讲述我们海洋探索的完整故事。当谈到拥有大型地图时,海底可能并不像我们想象的那样未被探索,100% 的覆盖率达到 5 公里的分辨率,而 10%-15% 的覆盖率达到约 100 米的分辨率。10%-15% 的分辨率与当前火星和金星的全球地图相似。
但是我们对海洋的探索取决于我们想了解关于它们的什么。如果我们的问题是:“那里看起来是什么样子?”或:“那里正在发生什么?”,那么已被“探索”的区域甚至可能小于迄今为止以声纳以最高分辨率绘制的 0.05%。
从哲学上讲,当谈到探索我们动态世界上的任何地方时,我们如何以及何时决定某个地方是否“被探索过”?当我们第一次看到某个地点时,我们是否宣布“任务完成”?我遛狗的当地树林在冬季与夏季相比看起来截然不同,不同的物种在不同的时间蓬勃发展。在我第一次只在一个季节访问后,我是否应该认为它们被“探索过”了?探索我们的世界从测绘开始,但也许并没有真正的结束。
乔恩·科普利接受自然环境研究委员会的资助。