牛津通识读本：地球 [8]
在我们这个星球上，71%的表面积被水覆盖，其中只有1%是淡水，2%是冰，余下的97%都是海洋中的盐水。水体的平均深度是4000米，最深处可达11000米。水面上露出的只是冰山一角。在深度超过50米，也就是所谓的透光带之下，阳光就很难穿透了。其下方是一个冰冷黑暗的世界，与我们的世界截然不同——至少在大约130年前的确如此。
1872年，英国皇家海军“挑战者”号启航，开始了海洋探索的首次科学远航。这艘船遍访了所有大洋，在四年中航行十万公里，但其航行的深度却只能通过在船侧放下一个砝码进行单点测量。因此，在第二次世界大战期间声呐和沉积物取芯等技术取得发展之前，海洋学进步的步伐还十分缓慢。冷战期间，西方诸国需要优质的海床地图，以便隐蔽自己的潜水艇，还需要先进的声呐和水下测声仪矩阵来侦测苏联的潜水艇。如今，船只安装和拖曳的声呐扫描仪已为大部分海床绘制了相当详细的地图。在很多地区，大洋钻探计划已经获得了其下岩石的样本，深水载人潜艇和潜水机器人也已经造访了很多有趣的处所，但亟待探索的空间仍然很大。
水从哪里来？
地球最初的大气层看来可能被初生太阳的太阳风刮走了大半。我们几乎可以肯定，促成地球最终形成的大爆炸以及产生了月球的大撞击此二者所产生的热量，必定熔融了地表的岩石，蒸发了大半原始水体。那么，如今我们看到的广阔大洋是从哪里来的？40亿年前最古老的岩石里埋藏着线索，它们在形成之时被液态水环绕着，水生细菌出现后不久也提供了有关的证据。印度在距今30亿年前的沉淀物中发现了最古老的雨滴化石印记。某些地表水可能是以火山气体的形式从地球内部逸出的，但大多数或许来自太空。时至今日，每年仍有大约三万吨水从遥远的外太空随着彗星粒子的细雨落向地球。在太阳系初期，水流量一定明显高得多，后来的很多撞击也可能是由整个彗星或其碎片所造成的，其组成被比拟为脏雪球，其中包含着大量的水冰。
咸味的海洋
如今，按重量计算，海水中大约有2.9%是溶解的盐类，其中大部分是食盐，即氯化钠；但也含有镁、钾、钙的硫酸盐、重碳酸盐和氯化物，此外还有些微量元素。海水中的盐度各不相同，取决于蒸发率及淡水的流入。因此，比方说，波罗的海的盐度较低，而被陆地包围的死海，其盐度大约是平均值（即每千克海水含35克固态盐）的6倍。但盐度中每种主要成分的相对比例在全世界范围内是一致的。
海洋并非一直这样咸。大部分盐类据信来自陆地上的岩石。一些盐类只是被雨水和河流溶解，而另一些则是由化学风化作用释放的，在风化过程中，溶解在雨水中的二氧化碳生成了弱性的碳酸。这种物质将岩石里的硅酸盐矿物缓慢地转变成黏土矿物。这些过程往往会保留钾而释放钠，这就是为什么氯化钠成为海盐中的最大组分。近数亿年来，海洋盐度大致稳定，风化作用与蒸发岩矿床和其他沉淀物的沉积作用二者所输入的盐分大致达到了平衡。
鲜活的海洋
海洋中还有很多微量化学物质，其中很多是对生命非常重要的养分，因而对于海洋生产力也至关重要。因此，它们往往在地表水体中便消耗了。将航行在太空中的彩色图像扫描器调试成对浮游植物的叶绿素等色素的特征波长敏感，即可绘制出海洋中季节性繁殖带的地图。最高的生产力往往发生在中高纬度地区的春季，在那里，温水与营养丰富的冷水相遇。1980年代，加州莫斯兰丁海洋实验室的约翰·马丁注意到，浮游生物的大量繁殖可能会在火山型洋岛周围造成下降流。他认为，铁或许是限制海洋生产力的一种养分，而火山岩会提供微量的溶解铁。从那以后，科学家们把小块的铁盐放置在南太平洋中，又观测了冰川期开始时海洋生产力最高地区的沉积岩芯，当时风吹来的尘埃为海洋提供了铁元素：这类实验和观测结果均证实了约翰·马丁的看法。但用铁来改善海洋生产力未必是应对日益严重的温室效应的良方，因为随着浮游生物的死亡或被食用，大多数被吸收的二氧化碳似乎又循环回到了溶液之中。
海洋的边缘
大陆的边缘往往会有一条窄窄的大陆架，深度只有200米。从地质角度来看，这事实上是大陆而非海洋的一部分，此外，在海平面低得多的时期，部分大陆架一定曾经是干燥的陆地。大陆架的生产力往往很高，渔业发达，至少在过度捕捞开始减少渔获之前如此。有机生产力与河流或风从附近大陆冲刷下来的大量粉砂、淤泥和沙子一起，积累了厚厚的沉淀物。在河流提供这些沉淀的地方，负载着沉淀物的浓稠水体有时会（几乎跟河流一样）继续流经峡谷和大陆架的边缘，有时则会继续流向大海达数千公里，直到最终散开，形成三角洲那样的地形——亚马孙河的情况就是如此。在一些地方，大陆架的边缘会有悬崖和峡谷等壮丽水下景观，虽然只有通过声呐才能看得到，但它们与陆地上的景观相比毫不逊色。
洋底
深邃广袤的洋底相对平整，平淡无奇，数英里范围内也不过偶然出现一些海参（它实际上是一种棘皮动物，是海星的亲戚），但那里也有山脉和峡谷。我们后面会提到洋中脊和海沟，但那里还有很多从洋底升起的孤立的海山脉，有时称其为平顶海山。这些平顶海山完全像是水下的山脉，往往是一些孤立的火山。它们是在过去由地幔柱生成的，不过并非位于构造板块的边缘。其中很多位于水下1000多米深处以下，但有证据表明它们曾经是升出海面的火山岛，被海浪侵蚀变平，又整个或部分地沉入深处。有时，下沉的速度慢得足以使珊瑚礁在岛周累积下来，在火山陆地消失之后，留下一个圈形的环礁。有时在洋底横越地幔柱时，会生成一串岛屿链。最著名的岛屿链组成了夏威夷群岛以及夏威夷西北部的天皇海山。
滑坡和海啸
大陆架和海山脉的陡峭边缘意味着那里的斜坡很容易变得不稳定。海床和大面积海底滑坡的周边海岸有证据表明，发生海底滑坡时，边坡坍塌使得数十立方公里的沉淀物像瀑布下落一般沉入深海平原。马德拉群岛和加那利群岛西面的大西洋、非洲西北部的外海，以及挪威北部的外海领域都存在着经过仔细研究的样本。有时，滑坡是由地震引起的，在其他情况下则只是沉积物堆积得太陡而导致斜面坍塌。无论是何种原因，水下的滑坡均可产生名为海啸的灾难性巨浪。有证据表明，过去3万年，挪威西北方向的挪威海曾经发生过3次特大的水下滑坡。其中的一次发生在大约7000年前，1700立方公里的碎石滑下大陆坡，冲向冰岛东面的深海平原。滑坡引发的海啸淹没了挪威部分陆地和苏格兰的部分海岸线，巨浪高达当时海平面以上10米。约10.5万年前，夏威夷的拉那伊岛南部曾发生过一次破坏性更大的滑坡。拉那伊岛经历了超过当时海平面360米的洪水，横越太平洋的海啸在澳大利亚东部堆积起的碎石高度达到海平面以上20米。
这些大滑坡，以及发生在大陆边缘的一些较为温和的小型滑坡所释放的沉淀物，被水体湍流抬升起来，可以散布到相当远的距离。滑坡产生了名为浊积岩的典型沉积物，其内的颗粒大小在不同湍流内逐级变化。初始的滑坡可能含有各种粒径的颗粒，但随着湍流成扇形展开，粗砂比细粉砂和淤泥流出得更快，因而各个流带会在其内对这些颗粒进行从粗到细的分级。如今，深水沉积岩层序中经常会发现这样的浊积岩。
海平面
我们的星球表面最明显的特质之一，就是陆地和海洋的分界线：海岸线。这是地球上变化最剧烈的环境之一，地貌呈现多样性，从高耸多岩的悬崖到低洼的沙丘和泥滩。另外不知为何，大量人群似乎特别喜欢在气候炎热的季节拥向此地。但海岸线并非一成不变。某些地段因为海水冲刷走数百万吨物质而遭到侵蚀。在其他一些地方，随着海水抬高沙洲或河流的泥泞三角洲扩大，陆地的面积不断增大。在地质时间尺度上，这些变化一度十分壮观。在某些事件中，所谓的“海侵”作用淹没了大块的大陆。而在其他时期海水撤退，这种现象被称为“海退”。海平面的这些明显变化可能是很多原因导致的。当前对于全球气候变暖的担忧之一，就是它可能会导致海平面上升。这可以简单地归因于海洋变暖导致水体稍微扩张，单单这一点，就可能在下个世纪将海平面抬升大约半米。如果南极冰盖发生明显的融化，海平面可能会升得更高。（北极冰和南极海冰的融化对海平面可能没有整体的影响，因为冰已经在漂浮，因而已经替代了其自身在水中的重量。）
但比起海平面在过去发生的变化，所有这些都不值一提。从上一次冰川期的高峰以来，海平面看来已经上升了160米之多。在过去300万年里，海平面在冰川期随着气候变化而剧烈变动。再回溯得更久远一些，在9500万到6700万年前之间的晚白垩世，海平面曾达到其最高位，那时的浅海覆盖了大陆的大片区域，产生了厚厚的白垩沉积，以及如今生产石油的许多沉积覆层。海平面如此异常升高，解释该现象的一个理论是，随着大西洋开始开放，洋底的大片区域也被地幔中升起的热物质抬升起来。海平面地质记录的特征就是在海洋的稳定上升期之后，海平面会出现明显的急剧下落。有时，海平面明显下落可以归因于大陆的构造隆起。在某些例子中，这种情况看来会发生在全球各地，且不一定发生在冰川期开始之时。有时，这或许是因为洋底突然大规模开裂，真正把洋底从海洋之下拉拽了出来。
海洋钻探
从1968年开始，美国领导的深海钻探计划使用一艘名为“格罗玛·挑战者”号的钻探船，以科学方法从洋底直接取样。该计划在1985年被国际性的“大洋钻探计划”所取代，后者使用的是改进的“联合果敢”号。项目进行了大约200个单独的航程或航段，每个历时两个月左右，在每一个区间分别钻探取得了岩芯样本。最深的钻孔超过两公里，总共采得数千公里长的岩芯样本。其中很多都包含不同深度的沉积物，最深可达火山玄武岩。它们都记录了自身的起源以及气候和海洋的变迁。沉积的速率非常缓慢，远远比不上侵蚀陆地与河流三角洲的速率。在高纬度地区，沉积物中还含有乘着冰山漂流的黏土和岩石碎片，冰山融化后，它们就被遗留在那些地方。在别处，乘风而来的沙漠尘埃和火山灰在深水沉积物中占据了更大的比例，有时还会伴随着微小陨石的尘埃、鲨鱼的牙齿，甚至还有鲸鱼的听小骨。
图8 海洋钻探船“联合果敢”号。塔架在水线上方60米处
表层水体的海洋生