我們對月球的測繪比對我們自己海底的測繪更為詳盡，但美國宇航局的 SWOT 衛(wèi)星讓我們向前邁進(jìn)了一步。利用海平面高度的微小變化來揭示水下特征，研究人員繪制出了廣闊的、此前從未被發(fā)現(xiàn)的海底區(qū)域，其細(xì)節(jié)之豐富前所未有。
這張全球海底特征地圖基于 SWOT 衛(wèi)星的海平面數(shù)據(jù)繪制。紫色區(qū)域表示與綠色區(qū)域相比地勢較高的區(qū)域（例如海山和深海丘陵）地勢較低的區(qū)域。厄特沃什（E?tv?s）是用于繪制這些地圖的重力數(shù)據(jù)的計(jì)量單位。圖片來源：NASA 地球觀測站
這些新地圖揭示了成千上萬座未知的水下山脈和丘陵，它們塑造了深海生態(tài)系統(tǒng)，并為地球的地質(zhì)歷史提供了線索。憑借這一突破，科學(xué)家們正在迅速繪制出完整的海底地圖，這比僅靠聲納測繪所能達(dá)到的目標(biāo)提前了幾十年。
我們擁有的月球表面地圖比地球海底地圖更詳細(xì)。幾十年來，科學(xué)家們一直致力于改變這種現(xiàn)狀。如今，由美國國家航空航天局（NASA）支持的研究團(tuán)隊(duì)取得了重大進(jìn)展，利用SWOT（地表水和海洋地形）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，繪制了迄今為止最詳細(xì)的海底地圖之一。
準(zhǔn)確繪制海底地圖至關(guān)重要，原因有很多：從安全航行和鋪設(shè)水下通信電纜，到了解深海洋流、潮汐以及板塊構(gòu)造等地質(zhì)活動。海底特征，例如水下山脈（海山）和被稱為深海丘陵的較小構(gòu)造，有助于控制熱量和營養(yǎng)物質(zhì)在深海中的流動，從而為海洋生物的生存創(chuàng)造條件。
這張海底特征地圖，例如墨西哥阿卡普爾科西南部的海山，基于 SWOT 的海面高度數(shù)據(jù)繪制而成。紫色表示相對于海山等較高區(qū)域（綠色表示）而言較低的區(qū)域。
盡管配備聲納的船只可以捕捉到非常詳細(xì)的海底圖像，但目前只有約25%的海洋被以這種方式繪制過。為了構(gòu)建更完整的海洋圖景，研究人員越來越多地轉(zhuǎn)向使用衛(wèi)星。
由于海山和深海丘陵等地質(zhì)特征的質(zhì)量比周圍環(huán)境更大，它們會施加略強(qiáng)的引力，從而在其上方的海面上形成微小且可測量的凸起。這些細(xì)微的重力特征有助于研究人員預(yù)測形成這些凸起的海底特征類型。
SWOT 是由美國國家航空航天局 (NASA) 和法國國家空間研究中心 (CNES) 合作開展的一項(xiàng)研究，每 21 天覆蓋全球約 90% 的地區(qū)。通過反復(fù)觀測，該衛(wèi)星靈敏度足以捕捉到這些由地貌特征引起的海面高度的細(xì)微差異，精度可達(dá)厘米級。斯克里普斯海洋研究所的地球物理學(xué)家戴維·桑德韋爾 (David Sandwell) 和他的同事利用一年的 SWOT 數(shù)據(jù)，重點(diǎn)研究了海山、深海丘陵以及大陸地殼與海洋地殼交匯處的水下大陸邊緣。
他們的測繪成果在全球地圖以及上下詳細(xì)視圖中清晰可見。重力降低的區(qū)域（紫色）與海底洼地相關(guān)，而重力增加的區(qū)域（綠色）則表示更大、更高地貌的位置。
這張印度洋海底特征（例如深海丘陵）的地圖基于 SWOT 衛(wèi)星的海面高度數(shù)據(jù)繪制。紫色表示相對于深海丘陵等較高區(qū)域（綠色）而言較低的區(qū)域。
此前的海洋觀測衛(wèi)星已經(jīng)探測到類似海底特征的巨大版本，例如高度超過約1公里（3300英尺）的海山。SWOT衛(wèi)星可以探測到不到該高度一半的海山，這有可能使已知海山的數(shù)量從4.4萬座增加到10萬座。這些水下山脈伸入水中，影響著深海洋流。這會使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)沿著它們的斜坡聚集，吸引生物，并在原本貧瘠的海底形成綠洲。
“SWOT衛(wèi)星極大地提升了我們繪制海底地圖的能力，”桑德韋爾說。自20世紀(jì)90年代以來，桑德韋爾一直利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制海底地圖，并且是負(fù)責(zé)繪制基于SWOT的海底地圖的研究人員之一，該地圖于2024年12月發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
SWOT 的改進(jìn)視角也讓研究人員對地球的地質(zhì)歷史有了更深入的了解。
“深海丘陵是地球上最豐富的地貌，覆蓋了約70%的海底，”斯克里普斯海洋研究所的海洋學(xué)家、論文第一作者姚宇說道。“這些丘陵只有幾公里寬，很難從太空觀測到。我們很驚訝SWOT能如此清晰地觀測到它們?！?/p>
深海丘陵形成于平行的帶狀結(jié)構(gòu)，如同搓衣板上的脊線，由板塊向外擴(kuò)展。這些帶狀結(jié)構(gòu)的方向和范圍可以揭示板塊隨時間推移的運(yùn)動軌跡。深海丘陵還與潮汐和深海洋流相互作用，但研究人員目前尚不完全清楚。
研究人員幾乎提取了所有他們預(yù)計(jì)在SWOT測量中能找到的海底特征信息。現(xiàn)在，他們正專注于通過計(jì)算觀測到的特征深度來完善他們對海底的描繪。這項(xiàng)工作是對國際科學(xué)界在2030年前利用船載聲納繪制整個海底地圖的努力的補(bǔ)充?！暗侥菚r，我們無法完成全部的船載測繪工作，”桑德韋爾說?！暗玈WOT將幫助我們填補(bǔ)這一空白，使我們更接近實(shí)現(xiàn)2030年的目標(biāo)?！?/p>
美國宇航局地球觀測站地圖由 Michala Garrison 繪制，采用 Yu， Y. 等人（2024 年）提供的 SWOT 數(shù)據(jù)。視頻由美國宇航局科學(xué)可視化工作室制作。故事由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的 Jane Lee 撰寫，并根據(jù)地球觀測站進(jìn)行了改編。
編譯自/scitechdaily
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