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海沟探秘—地球表面最深处的风景

2017.11.07

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挑战者深渊的发现:


人类对海沟的探测,始于19世纪末20世纪初,随着跨大西洋海底电缆的架设,海底探测慢慢兴起。

环大西洋电报电缆规划图


1886年电缆登陆


1960年1月23日,瑞士探险家雅克·皮卡和美国探险家唐纳德·沃尔什驾驶里雅斯特号(Trieste)深海潜艇首次下潜至挑战者深渊。


探秘马里亚纳海沟的比卡德和沃尔什


后来他们发现到达底部后,又有一条更深的沟底,比卡德估计是一处海渊,进行仪器测量后,确定深度超过一万米。但深潜器玻璃已经出现裂纹,不可久留,探测海渊就没有成功。当他们回来时,将这些数据公布于众,从而成为了英雄。


即将进行深潜任务的Trieste号


存放于美国海军国家博物馆的Trieste号深海潜艇


美国海洋历史学家查林杰对比卡德和沃尔什发现的海渊进行了研究,测得深度为10,916米,认为它是目前世界上的最深处,命名为挑战者深渊(Challenger Deep),这一历史性的科学探险不仅仅第一次探测到地球表面最深的地方,也从此揭开了人类对海沟探测研究的序幕。


马里亚纳海沟以及挑战者深渊


马里亚纳海沟为目前所知最深的海沟。该海沟地处北太平洋西方洋壳,即近关岛的马里亚纳群岛东方。此海沟为两板块辐辏之俯冲带,太平洋板块于此俯冲于菲律宾板块(或细分出的马里亚纳板块)之下。海沟底部于海平面之下的深度,远胜于珠穆朗玛峰海平面上的高度。那么,如此深的海沟,究竟是如何形成的呢?是不是所有的海沟,都像马里亚纳海沟一般,是无尽的深渊呢?


海沟定义及全球分布:海沟指分布于海底的凹陷带,宽度相对较窄,一般为40-120km,而海沟长度则相对较长,可达500km-4500km。板块之间以每年几毫米到十几厘米不等的速度相向移动,在板块汇聚边界形成了海沟这一独特的地质形态。海沟一般是俯冲板块开始向另一个板块之下俯冲的标志。海沟的深度一般可以延伸到周围海洋地面以下3-4km。


俯冲带的结构示意图


地球表面有长达50000km的板块汇聚边界,绝大多数分布在太平洋,在印度洋、大西洋以及地中海也分布有汇聚边界。在世界范围内有多达50余条海沟,面积可达190万平方公里。


太平洋主要海沟与破裂带分布图


沟底可被沉积物填充成不宽的平底。沟底的沉积物不厚,大多不超过1公里,有红粘土和硅质沉积,也有来自相邻大陆或岛弧的浊流沉积和滑塌沉积。单纯从测量学角度来看的话,并不像马里亚纳海沟那么典型,具截然的深度变化。


马里亚纳海沟,直线距离仅100公里,海拔高度由100m变动至 -10000m


直线距离25公里,海拔由10m变化至-6000m


海沟的结构解剖:


海沟的产生被认为是海洋板块和大陆板块相互作用的结果。密度较大的海洋板块以30度上下的角度插到大陆板块的下面,两个板块相互摩擦,形成长长的'V'字型凹陷地带。穿越海沟的横断面,可以解剖出海沟的基本结构,横跨海沟的横断面产生不对称的剖面,具有相对平缓(5°)的外部(向海)斜坡和更陡的(10-16°)内部(陆地)斜坡。内坡与外坡的这种不对称性是由于发生俯冲时,下行板块的顶部限定了外坡的形态变化,外坡完全释放应力。当俯冲板接近海沟时,首先向上弯曲形成外侧海沟隆起,然后下降形成外侧海沟斜坡。海沟外侧斜坡通常被一组次平行的正断层所切断,这些断层将洋壳以楼梯状传送到海沟处。


海沟的结构示意图 


随着科技发展,人类对海洋的探测手段与技术不断更新,越来越多的科学家与探险家深入海底,探索海沟的秘密。著名导演詹姆斯·卡梅隆于2012年3月25日,他独自乘坐“深海挑战者号”潜水艇,花了两小时抵达深度近11公里的西太平洋的马里亚纳海沟,并在海底逗留三个小时,这成为人类历史上第二次抵达最深海底的海底潜水。詹姆斯·卡梅隆也成为首位独自抵达该处的探险家。


深海挑战者号深潜器


而我国独立设计建造的“蛟龙号”深潜器也在不断地刷新着中国人探索海底的深度!在探索海沟与洋底秘密的队伍中,中国人也进入了第一梯队!


展览中的蛟龙号深潜器


我国自主研制的蛟龙号深潜器正在准备深海作业


(部分图片来自Wikipedia )


美术编辑:赵亚楠 

校       对:黄北秀

公众号:中科院地质地球所

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