瑪麗·薩普

在過去的一百多年里，人類已經(jīng)進行了無數(shù)次深海探險，并從海底采集到了許許多多的樣本，但人類對海洋最深處的了解仍然非常少。盡管如此，了解海底對我們來說卻意義非凡。

比如說，能造成重大危害的災(zāi)難海嘯，就大多起始于海底或海底附近的地震。從生態(tài)的角度看，海底是魚類、珊瑚和眾多復(fù)雜微生物群落、甲殼動物等許多生物的棲息地。而從全球的氣候方面來看，海底的地形也控制著傳播熱量的洋流，調(diào)節(jié)著地球的氣候。

今天我們故事的主角，是一位誕生于100年前的地質(zhì)學(xué)家和海洋學(xué)家——瑪麗·薩普（Marie Tharp）。

地質(zhì)學(xué)家、海洋學(xué)家、地圖繪制者瑪麗·薩普（1920.07.30-2006.08.23）| 圖片來源：exploration.marinersmuseum.org

作為一名科學(xué)家，薩普或許并不廣為人知，但她卻為人類理解地球做出了巨大的貢獻。她所繪制的地圖，改變了人類對三分之二的地球的認知。自1957年開始，薩普和她的科研搭檔布魯斯·希曾（Bruce Heezen）便開始出版最早一批能顯示海底主要特征（山脈、山谷和海溝）的地圖。

穿越大西洋

上世紀50年代，科學(xué)家對于海床的認識仍停留在認為它并沒有什么特殊特征的階段。那時薩普就指出，海床也有著崎嶇的地形，而且大部分地形的布局是有其系統(tǒng)的。

她所繪制的圖像對一個顛覆了人類認知的理論的發(fā)展至關(guān)重要，這個理論就是板塊構(gòu)造說。這一理論認為，地殼的一些大的板塊之間會相互作用，造成了地球上的地震和火山等活動。它起源于以阿爾弗雷德·魏格納（Alfred Wegener）為主的一些早期研究人員的一種大膽猜測。他們注意到，非洲和南美洲的海岸線似乎非常吻合，因而提出這些大陸或許一度是連接在一起的；而薩普則確認了位于大西洋中心的山脈和裂谷，指明這或許就是兩塊大陸被撕裂的地方。

薩普繪制的北大西洋的東西向剖面圖。| 圖片來源：《海底》

多虧了薩普對海底的手繪，我們終于有可能想象出，穿越大西洋海底，從美國紐約前往葡萄牙里斯本路途中，會看到怎樣的海底世界：在這趟旅行中，你會沿著大陸架，然后向下邁向索姆深海平原；接著，你需要繞著一些海底山脈前行，然后開始緩慢地攀爬上沉于水下的南北走向的大西洋中脊。當高度升高到海平面以下2500米時，你抵達了山脊的頂峰，這時，你開始繼續(xù)向下行，穿過山脊的中央裂谷，繼續(xù)上升到山脊的東部邊緣。然后再回到海底，直到開始攀爬歐洲大陸的斜坡，抵達里斯本。整個行程約為6000公里。

繪制海底的不可見

薩普出生在密歇根州的伊普西蘭蒂，她在大學(xué)時期學(xué)習(xí)英語和音樂。但在1943年，她被錄取進入了密歇根大學(xué)的一個碩士學(xué)位課程，這個課程旨在為二戰(zhàn)將女性培養(yǎng)成石油地質(zhì)學(xué)家。據(jù)薩普回憶說，當時之所以有這樣的課程設(shè)立，是因為男性都參軍打仗了，因此需要女性來填補空缺的職位。

后來，薩普先是在俄克拉何馬州的一家石油公司工作，到了1948年，她在哥倫比亞大學(xué)找到了一份地質(zhì)學(xué)方面的工作。然而，那時女性并不能登船參與研究工作，但由于薩普會制圖，她被雇傭來協(xié)助男性研究生。

薩普和研究生希曾一起工作，希曾讓她繪制海底剖面圖。這些長長的紙卷顯示了一條船只在沿著線性路徑前進時，用聲吶測量到的海底深度。

薩普繪制剖面圖的過程：a)顯示了在水面移動的兩條船運行的軌跡的位置。b)將深度測量繪制成剖面圖，其高度比例有所夸大化，以使其特征更加突出。c)在繪圖中勾畫出地形特征。| 圖片來源：《海底》

薩普從一張大白紙開始，先標出經(jīng)緯線，然后再仔細標出船只航行經(jīng)過的地方。接下來，她從聲吶分析圖上讀取出每個位置的深度，把它標記在船的航行軌跡上，創(chuàng)建出顯示了海底深度與船所走過的距離的濃縮版海底剖面圖。

她的一項重要創(chuàng)新是繪制出了海底的草圖，這些圖使得對海底地形的可視化，以及創(chuàng)建出一幅地文景觀圖形變得更加容易。

薩普仔細地繪制了橫跨北大西洋的六幅東西橫貫的剖面圖，揭示了此前從未有人描述過的東西：在海洋的中心，有一道寬數(shù)英里、深幾百英尺的裂縫。薩普認為這是一個裂谷——一種在當時就已經(jīng)知道存在于陸地上的長槽。

當她把這一發(fā)現(xiàn)與希曾分享時，希曾稱這想法是“女孩子話”，并讓薩普重新進行計算和繪圖。她照做了，但發(fā)現(xiàn)這道裂谷仍然存在。

有趣的是，另一名研究助手的工作是在相同大小和比例的地圖上繪制震中的位置。通過比對這兩張地圖，希曾和薩普發(fā)現(xiàn)，地震的震中都位于裂谷的內(nèi)部。這一發(fā)現(xiàn)對板塊構(gòu)造說的發(fā)展有著至關(guān)重要的意義：它表明，運動就發(fā)生在裂谷，大陸或許真的正在漂移。

這一見解是革命性的。1957年的希曾還只是一名萌新的博士生，他在普林斯頓的演講中，展示了裂谷和震中的比對圖，這一舉措讓時任的地質(zhì)系主任哈雷·赫斯（Harry Hess）評論說：“你動搖了地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)。”

構(gòu)造說的阻礙

1959年，美國地質(zhì)學(xué)會發(fā)表了《海底：I.北大西洋》，作者是希曾、薩普，以及與他們一同工作的拉蒙特觀測站主任尤因博士，這部著作中包含了薩普的海洋剖面圖、她的一些想法，以及她的地文景觀圖。

在當時，有一部分科學(xué)家認為，這是極為杰出的工作；但更多的人選擇不相信。法國海底探險家雅克·庫斯托（Jacques Cousteau）決心要證明薩普是錯的。于是他駕駛著自己的研究船只Calypso，特意穿越大西洋中山脊，并放置了一個水下攝像機。令庫斯托吃驚的是，他拍攝到的畫面顯示——真的有一個這樣的裂谷存在。

在薩普1999年的一篇回憶文章中，她說：“眼見為實，一張圖片勝過千言萬語?！?/p>

那么是什么造就了這條裂谷？在赫斯1962年的一篇論文中，他提出了一些觀點：他假設(shè)熾熱的巖漿從地球內(nèi)部的裂谷處升起，在冷卻的途中膨脹，將相鄰的兩個板塊推得更遠。這一想法是板塊構(gòu)造說的一個關(guān)鍵點，但赫斯沒有在論文中引用《海底》中提出的關(guān)鍵性工作，而《海底》是少數(shù)幾篇寫有薩普作為合著者的論文之一。

持續(xù)的調(diào)查

薩普繼續(xù)和希曾一起為海底世界注入“生命”。他們合作的作品包括1967年由《國家地理》出版的一幅印度洋地圖，以及1977年的《海底世界地圖》，現(xiàn)在這張地圖已經(jīng)保存在美國國會圖書館。

由希曾和薩普手繪的1977年版海底世界地圖。| 圖片來源：美國國會圖書館

1977年，希曾去世。薩普一直在繼續(xù)她的工作，直到2006年去世。1978年10月，薩普和已過世的希曾還被授予了國家地理學(xué)會的最高榮譽哈德伯獎?wù)隆?/p>

如今，船舶使用的是一種被稱為條帶測繪的方法，這種方法會沿著一條帶狀路徑測量海底深度，而不再是只沿著一條直線。這些條帶可以被“縫合”在一起，從而繪制出精確的海底地圖。

薩普繪制的北大西洋的地文景觀圖中的加納利群島。右：用條帶測繪法描繪的同片海域。| 圖片來源：Vicki Ferrini / Lamont-Doherty Earth Observatory.

但由于船只移動緩慢，一艘船要花200年左右的時間才可能完全繪制出海底地圖。因此，現(xiàn)在一項國際合作的使用多艘船只的繪制任務(wù)正在進行，目標是在2030年前繪制出完整的詳細的海底地圖。

這些信息對于了解附近的海底世界究竟是什么樣子的至關(guān)重要的?？梢哉f，瑪麗·薩普是第一個向我們展示豐富的海底地形及其不同區(qū)域的科學(xué)家。

撰文：Suzanne OConnell（衛(wèi)斯理大學(xué)地球科學(xué)教授）

原文標題為“Marie Tharp pioneered mapping the bottom of the ocean 6 decades ago – scientists are still learning about Earth’s last frontier”，于2020年7月28日首發(fā)于The Conversation，原文鏈接：https://theconversation.com/marie-tharp-pioneered-mapping-the-bottom-of-the-ocean-6-decades-ago-scientists-are-still-learning-about-earths-last-frontier-142451，中文內(nèi)容略有編輯，僅供參考，一切內(nèi)容以原文為準。

封面圖來源：Lamont-Doherty Earth Observatory/Columbia University