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沈積物的海底溜滑梯──淺談濁流與海底峽谷

xmallwolf
・2015/01/01 ・2982字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

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文/吳依璇、熊衎昕

引言

海有多深?海底下是什麼樣子?在看不到的海底,會是一片平坦嗎?

十九世紀中葉人們為了瞭解海有多深,拿個綁著石頭的繩子往海裡丟,數著繩結來估算海有多深。約在1930年代,由於聲納系統的發展,除了知道海有多深以外,還可以了解海平面以下的地形變化。現在多虧了google earth,隨時隨地都可以在電腦上看到海床樣貌。

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圖一,挑戰者深淵在太平洋的位置,(圖片來源:google earth)。

但是海底長得如何,和我們的生活有什麼關係呢?

1929年,紐芬蘭大淺灘(Grand Banks)發生規模7.2的大地震,大地震後的十幾個小時內,海底的電纜一根接著一根斷了,斷裂點從地震震央附近一路往深海延伸。人們想著,「難道是地震引出了某頭怪獸,一路衝撞到了深不可測的海底了?」。

1952
圖二,紐芬蘭大淺灘(Grand Banks)發生地震後,海底電纜斷裂的位置。黑線為海底電纜,藍線為受損的電纜,黑點為電纜斷裂處,紅圈為震央。(Heezen and Ewing, 1952)。

海底峽谷的「起源」

你累了嗎?聽個故事好嗎?1863年某一天,Dana沿著哈德遜灣(Hudson bay)掃著海底地形,掃出一條條像是河谷的凹地,大家發現這些特別地形後開始紛紛討論。

「這些凹地是怎麼來的?」

「難道是…以前曾經有過好幾條河流,後來這些河谷沉沒,於是靜靜的躺在海底下直到今天才發現呢?」Dana這樣想著(Dana, 1890)。

「我想應該是地殼變動的關係吧。」Lawson表示著(Lawson, 1893),

「不,你們想太遠了,這些凹地是因為海底的水流不斷反覆沖刷侵蝕造成的!」Smith提出了反駁(Smith, 1902),

「我認為,應該是冰河期地表抬升,地表受到侵蝕,刻出一條條谷地。後來海平面上升,淹沒了谷地,所以我們現在才在海裡看到它們。」Spencer緩緩道來(Spencer, 1903)。

當時陸續有人在歐洲和美國東岸的大陸坡上發現到這些谷地,但是都沒有辦法提出強力的證據證明這些谷地的成因。於是,開始有人認為這些谷地只是一些錯誤資料,認為Dana這些人只是為了拼點數發期刊文章惹人注意而已。漸漸的,這些躺在海底下的谷地又默默的被淡忘了…..

直到1928年,美國海岸及大地測量計劃(U.S. Coast and Geodetic Survey)開始在美國東岸進行一系列的海底測繪,

「什麼!Dana他們當初發現的那些峽谷…..怎麼都還在!」

這件事再度震驚了海洋地質界,沒想到多年前未解決的問題,又再浮現於眼前。

「滾滾長江東逝水,浪花淘盡英雄。冰河時期海平面下降,浪花一朵朵的打上大陸棚,使得大陸棚上的泥巴、石頭的變得鬆軟,這些泥巴石頭混著水就滑下了大陸坡去了,這就是那些峽谷的生成原因唄。」Daly如此說道,「這些谷地真像是大峽谷,又在海底下,就叫它──海底峽谷(submarine canyon)唄。」(Daly, 1936)

此話一出,於是眾多的海洋地質學家們開始討論,揪竟…是什麼樣的沈積物與水的混合體才能在海底刻劃出海底峽谷如此偉大的藝術品呢?

直到了1952年,Heezen和Ewing想起當初1929年紐芬蘭大淺灘的地震,「也許當初引出的不是一頭兇猛的怪獸,而是沈積物與水的混合體以驚人速率(約100 km/h)前進,它們沿著海底峽谷一路衝撞,撞斷了許多海底電纜後,消失於深海中。我們需要個名字來稱呼這頭猛獸,它們叫做──濁流(turbidity current)。」(Heezen and Ewing, 1952)。

這頭濁流猛獸不只是1929年闖了禍,1887年到1937年間,還造成鋪設在剛果海底峽谷(Congo Canyon)頭部的海底電纜一斷再斷,總共斷了30次。這下有趣了,哪裡來的地震可以引出濁流,還沖斷了好幾次電纜?這時,Heezen他們才發現,不只是地震會引發濁流,原來剛果海底峽谷接在剛果河的河口上,剛果河帶來的沈積物與水混合後,形成了濁流,就這樣順勢進入了剛果海底峽谷。

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圖三,剛果海底峽谷,剛果海底峽谷頭部與剛果河相接。(圖片來源:wiki)

雖然1863年來科學家對於海底峽谷生成的原因仍不斷筆戰中,但是,這時期出現了一位熱愛海底峽谷近乎如痴如狂的海洋地質學家──Francis P. Shepard。他不像其它海洋地質學家們猛在期刊文章上打嘴砲瞎猜峽谷生成的原因,反而多次潛入海底峽谷頭部拍照打卡(Shepard and Emery, 1946),量測峽谷底部的水流(Shepard et al., 1939),精確的測量峽谷頭部的變化(Shepard, 1937)。在多年的研究以後,Shepard有感而發,「唉呀,這些峽谷們真是複雜啊,我覺得它們是冰河期遺留的河谷挺合理的,它們是濁流切割大陸斜坡出來的谷地也挺合理的,有些峽谷看起來挺像是沿著斷層發育的。海底峽谷切得這麼深,它們的谷壁偶爾也會有土石流崩落,這些崩落也是會造成濁流啊。不然這樣好了,摻在一起做成撒尿牛丸啊!」。於是,1981年,Shepard提出海底峽谷形成是受到多種原因控制,並且峽谷的發育可能持續很長一段時間的想法(Shepard, 1981),暫時停止了科學家們間的戰火。

海底峽谷在哪裡?就在你身邊!

全世界的大陸棚坡區都存在著一些海底峽谷,目前已知的峽谷約5849條(Harris and Whiteway, 2011)。

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圖四,海底峽谷分布圖,紅線為頭部與陸上河流相接的峽谷,黃線為頭部嵌入陸棚的峽谷,藍線為頭部限制在陸坡的峽谷(Harris and Whiteway, 2011)。

臺灣周圍的大陸棚坡地區也有發育峽谷,臺灣西南海域就有三條大型峽谷和許多小型峽谷,來自臺灣和中國陸上的沈積物藉由這些「沈積物的海底溜滑梯」,衝往深海海溝裡堆積。誇張的講,當我們在高屏溪河口扔下的垃圾,會順著高屏海底峽谷一路往下,接到澎湖海底峽谷和澎湖深海水道,最後,沒多久就會在馬尼拉海溝裡看到它的蹤跡。(Hsiung and Yu, 2011)

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圖四,臺灣西南海域海底地形圖。

隨著時間匆匆過去,海水潮起潮落,紐芬蘭大淺灘(Grand Banks)的故事又再一次上演,2006年12月26日恆春外海發生了規模7的地震。除了造成輕微的人命傷亡和建築物損毀,令網路鄉民們感到同樣痛心的是,多條海底電纜中斷,導致網際網路…斷!線!了!

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圖五,臺灣西南海域電纜斷裂分布圖,紅點為電纜斷裂地點,黑線為海底電纜,黃線為高屏海底峽谷谷軸。(Hsu et al., 2008)

來看看這次電纜斷裂的地點吧,看來是因為濁流沿著高屏海底峽谷一路衝到深海去,順手牽了幾段電纜。先別怪罪濁流,要避免下次地震後沒辦法發地震文,是否要好好考慮一下海底電纜鋪設的地點呢?

除了海底電纜的鋪設以外,和海底峽谷有關的議題也相當多,像是研究海底峽谷內海流的變化,以及水流受到峽谷地形的影響,將表層營養鹽帶入峽谷內,蓬勃了峽谷內的生態等。我們居住在四面環海的臺灣島(或離島)上,也許可以花多一點點的心思來觀察海底世界。

參考文獻:

  • Heezen, B. C., and Ewing, Maurice. (1952). Turbidity currents and submarine slumps, and the 1929 Grand Banks earthquake. American Journal of Science, 250(12), 849-873.
  • Lawson, Andrew. (1893). The Geology of Carmelo Bay. Univ. Calif., Dept. Geol., Bull. 1, 1-59.
  • Smith, W. S. R. (1902). The submarine valleys of the California coast. Science, XV(382), 670-672.
  • Spencer, J. W. (1903). Submarine valleys off the American coast and in the North Atlantic. Bull. Geol. Soc. Amer., 14, 207-226.
  • Daly, R. A. (1936). Origin of submarine canyons. American Journal of Science, 31(186), 401-420.
  • Shepard, F. P., Emery, K. O., (1946). Submarine photography off the Californa Coast. Jour. Geol., 44(5), 306-321.
  • Shepard, F. P., Revelle, R. R., Dietz, R.S., (1939). Ocean-bottom currents off the California Coast. Science. 89(2317), 488-489.
  • Shepard, F. P., (1937). Inverstigation of submarine topography during the past year. Trans. Amer. Geophys. Union. 226-228.
  • Shepard, F. P., (1981). Submarine canyons; multiple causes and long-time persistence. AAPG Bulletin, v. 65, 10621077.
  • Harris, P. T., and Whiteway, T. (2011). Global distribution of large submarine canyons: Geomorphic differences between active and passive continental margins. Marine Geology, 285(1-4), 69-86.
  • Hsiung, K.H., and Yu, H.S. (2011). Morpho-sedimentary evidence for a canyon–channel–trench interconnection along the Taiwan–Luzon plate margin, South China Sea. Geo-Marine Letters, 31(4), 215-226.
  • Hsu, S.K., Kuo, J., Lo, C. L., Tsai, C. H., Doo, W. B., Ku, C. Y., Sibuet, J. C. (2008) Turbidity Currents, Submarine Landslides and the 2006 Pingtung Earthquake off SW Taiwan.  TAO. 19(6).
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滔滔OceanSays編輯,也是PanSci特約作者,曾在茫茫的物理之海中載浮載沉,後來隨著洋流漂到遠洋慢慢沈積下來。

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不只能「透視海底」還可判釋水稻田!淺談福衛五號的影像多元應用
科技大觀園_96
・2021/08/23 ・2533字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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福衛五號幫助研究人員算出海底地形、找出稻田分布。圖/fatcat11 繪

「透視」海底,用福五影像逆推東沙環礁水底地形

中央大學太空及遙測中心的副教授黃智遠、副教授任玄及副教授曾國欣選定東沙環礁,測試福衛五號影像反演水底地形的能力。成果顯示,在訓練資料品質佳的情況下,以福五影像建置水底地形的精度與超高解析度衛星影像的成果相當,可協助內政部產製電子航行圖、環境監測、生物棲地研究等。 

傳統常以船隻搭載聲納,或飛機搭載光達的方式量測水深,這兩種方式皆須現地量測,精度高,但成本也高,且淺海與爭議水區的量測會受限。多光譜光學衛星影像能穿透約 20 公尺深的潔淨水體,成為廣泛調查淺水域的潛力方式。

要以衛星光譜影像反演水深,仍需收集訓練資料(例如地形的現地量測資訊)當作「教材」,讓電腦建立正確的模式參數。「沒有太多人為擾動影響、卻又要有高品質的訓練資料 ,同時符合這兩個條件的就選東沙環礁了!」東沙環礁有精密的光達測深資料,還有海水潔淨、淺水域面積廣大等優點。

此項技術的訓練方式是,輸入衛星影像各波段數值(主要為透水較佳的綠光波段)及其對應的實際水深訓練網路,網路模式訓練完成之後,輸入目標區域的衛星影像數值,就能推算出每個像素對應的水深資訊。

福衛五號衛星於 2018 年 3 月 2 日所攝得東沙環礁影像。圖/國家太空中心提供

為了衡量福五影像的表現,團隊也拿超高解析度商用衛星 WorldView2 的影像反演水深,比較兩者成果。福五反演的水深成果精度達 1.62 公尺,雖略遜於 WorldView2 的 1.26 公尺,但相差不遠。

黃智遠解釋,相較於房屋、橋梁等地物地貌,水下自然地形的局部變化通常較小,所以對於衛星影像空間解析度的要求也較低。在反演水深的應用上,使用福五或超高解析度衛星的差異不大,福五反演僅局部區域比實際地形略深。

光譜反演的挑戰在於訓練資料蒐集困難,不過,透過衛星影像產製水深還有另一種稱為「立體對測量」的方法。福衛五號可以對地「立體取像」——人的視覺因左右眼視角差異而能感知立體,資料也能整合不同角度的衛星影像產生視差,萃取出目標物的數值地形模型,再以此當作訓練資料,進行模式訓練、反演水底地形。

過去團隊與內政部合作,在東海南海的許多島礁進行水深反演,已累積起一套決策樹,考量目標區域具備的資料庫、資料品質、成本等,可為不同地區挑選、整合不同的水深產製方式。

東沙環礁水底地形。圖/研究團隊提供

雙衛星搭檔,提高水稻田判釋精度!

水稻田分佈判釋是行政院農委會農糧署年度重要工作項目,農糧署與臺灣大學理學院空間資訊研究中心教授朱子豪、遙測及資料加值組組長張家豪合作,以福衛五號影像結合合成孔徑雷達衛星影像判釋水稻田,正確性達 92%,大幅提高偵測精度。 

由於雲林有充足的基礎資料可供驗證與訓練模型,研究團隊選定雲林做為研究區域,試驗福五的影像用在水稻田判釋可達多少能力。 

團隊使用福衛五號影像,搭配 22 組歐洲太空總署合成孔徑雷達衛星「Sentinel-1」的開放資料,並試驗了三種方法:僅使用福五(光學)影像、僅用雷達影像、兩者相互搭配。結果顯示,整合兩者的效果最好,判釋正確性最高可達到 92%,高於單用光學或雷達影像的 90%、80%。

「光學衛星最大的限制就是雲!」雲會遮擋目標、影響判釋,而農作物判釋的取像時機又相當關鍵,取像時有雲就沒輒了;合成孔徑雷達衛星會主動發射微波到地面再接收反射波,可穿透雲層,不受雲覆與日照影響,可補強不同時期影像,取得水稻田從插秧、成長、結穗的時序變化資訊。

本研究的突破在於,只用了單一分類器全自動判別的條件下,偵測精度大幅提升,更是首度只用一個時間點、單張光學影像就達到了。團隊對此也相當興奮,「可能因為福五當時在 11 月取像,剛好是水稻結穗時,影像特徵與其他作物差異較大。」張家豪解釋。 

推測了面積,可以進一步推估產量嗎?「一公頃稻作能收成 1,000 公斤或 4,000 公斤,有太多因素影響了。」朱子豪說。溫度、溼度、施肥、天災、病蟲害等都會影響收成,此類研究在平遂的情況下可大致估產,尚難達成精確估產。

福衛五號的自然彩色影像,綠色標記為水稻;黃色標記為非水稻。圖/研究團隊提供

掌握物候特徵是判釋關鍵

未來若要擴大範圍,判釋全國水稻田面積,由於各地農民栽種時序、田間管理多變,如何選擇適合的取像時間會是一大挑戰;若要擴展到判釋其他作物,則得視其生長特徵進行更多的分析比對。

張家豪舉例,判別柑橘類的常年果樹、葉菜類極困難,果樹在光學影像上看起永遠是綠色一片,也無足夠的栽種方式差異、生長週期特徵和其他特性可區辨;檳榔、椰子、香蕉從空中看都是放射狀葉片,雖可參考栽種密度與高度,但影像的空間解析度也得提高至 60 公分才能精確判別;蔥、蒜皆屬旱作,需要空間解析度優於 60 公分的影像,搭配如地區性栽種時序、田埂排列鮮明的地表特徵,有機會判釋成功,「但要是田裡混作個青江菜,就分不出來了。」

梅樹是另個成功案例,它在 12 月下旬會落葉,隔年 2 月開花長葉結果。團隊曾執行判釋南投水里梅樹的研究,標定幾個時間取像,「若有某個區域在十月是綠葉、入冬出現裸露地特徵、然後變得白白的(開花)、四月又出現綠葉,那就很可能是梅樹!」但李子與梅樹的影像呈現類似,生長期也相近,要是沒在生長期重疊前順利取像,就會混淆兩者。

以衛星影像判釋作物不光是直白的「看照片」或分析光譜,掌握作物的「物候特徵」才是關鍵。

科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1104 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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從大數據中看出端倪,瑪莉發現中洋裂谷──《聽見海底的形狀》
貓頭鷹出版社_96
・2018/12/22 ・5046字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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編按:本文選自《聽見海底的形狀》第十章,講述地質學家瑪莉‧薩普與研究夥伴布魯斯繪製海底地形圖,進而發現中洋裂谷的故事。

研究船來來回回,先拼湊完整大西洋航線

一九五二年九月,瑪莉的辦公室有一落紙箱,紙箱裡是一卷又一卷由博士和他的學生利用亞特蘭提斯號研究船,從一九四七年夏天蒐集至一九五二年九月的聲納紀錄。她另外還有一份記載研究船航線的詳細資料。這五年間,亞特蘭提斯號多次往返美國東岸與歐非兩洲西岸,航線有長有短。每一次的航程路徑──也就是航道(好比動物留下的獸徑足跡)──皆清楚標示在航海圖上。該紀錄亦定期標示經緯度,好讓測得的深度可與測定位置互相吻合。

由於研究船鮮少一出海即一口氣橫越大西洋,因此大部分的航線都經過縝密的編纂規畫。舉例來說,研究船可能從瑪莎葡萄園(麻州島嶼名)沿岸出發,橫越大西洋四分之一的幅度(期間每隔一段距離便使用各種工具進行各式實驗,包括採岩芯、撈取沉積物樣本、測量水溫與鹽度,也許再追加上折射震測),然後返回美國;而另一段航程可能只蒐集「四分之一幅度至大西洋中線」這一段的紀錄。搞不好還有誰搶在所有人之前,一路直奔直布羅陀並蒐集聲納紀錄。因此,瑪莉若想取得從瑪莎葡萄園直達直布羅陀的航道圖,她得像剪輯三十五釐米底片一樣,利用前述三份資料設法拼湊出來。剪接中的航道區段猶如一張張電影分鏡。

她得像剪輯三十五釐米底片一樣,利用前述三份資料設法拼湊出來。剪接中的航道區段猶如一張張電影分鏡。圖/pixabay

著手剪接時,瑪莉眼前總共有六份航道圖:最北的一條始於瑪莎葡萄園,終於直布羅陀;最南的一段介於巴西勒西非(Recife)與獅子山共和國自由城(Sierra Leone, Freetown)之間。這些畫在紙上的航道圖如一條條曬衣繩,恣意隨興地垂掛大西洋兩岸;沒有一條完全水平,大多朝海洋中線下垂。把這六條航線加總統計,可見亞特蘭提斯號已航行超過十萬哩,總共產出三千呎長的聲納紀錄紙,也就是堆在瑪莉辦公室角落那疊紙箱裡的紙卷大軍。

點點相連視覺化,繪製海底地形剖面圖

瑪莉後來回憶,她和布魯斯的期望是呈現北大西洋的「完整模樣」,因此他們的下一步是將那三千呎長的聲納紀錄轉譯成圖像──這可是驚世創舉。為了執行這項任務,瑪莉將幾張布紋紙黏接成條,再畫上六幅橫圖;頂端是最北的航道圖,尾端是最南的航道圖,其他四條則依序畫在兩者之間。每一幅圖皆以縱軸標示深度(刻度為一千、兩千、三千及四千噚),橫軸則以五百哩為單位,標示距離。每張圖皆像極了樂譜:五條橫線,線與線之間有固定間隔,標示距離的直線則就像是小節線。

每張圖皆像極了樂譜。圖/pxhere

接下來,瑪莉在圖上標出每一座高峰與低谷的深度,以垂直水平比「四十比一」的幅度放大海底地形的垂直比例。縱軸的一吋相當於一海里(一八五二公尺),橫軸一吋代表四十哩(六四三七三公尺)。瑪莉和布魯斯刻意選擇誇大垂直比例,如此才能看見極可能在無意間忽視的海底細微變化:放大比例後,山脊變得更高(像太妃軟糖一樣朝海平面被延展拉高);而山谷則顯示往海底深鑿的凹溝。他倆之所以選擇四十比一的比例,理由是最長那段航道需要八七.五吋(近七.五呎)的橫幅寬度。

「當年,我們在製圖這方面還有點天真。」瑪莉說,「所以我們弄了一幅需要好幾張製圖桌才容得下的超大原稿。」要說天真,是因為他們認真做出一份不符雜誌或報紙規格且難以複製翻印的原圖,但亦不失為聰明之舉:正因為原圖超大,他們才能看出那些在「可印刷的尺寸」(瑪莉稱為「正常、可對折的圖紙」)之下,極可能消失不見的細微變化。

海底地形剖面。圖/wikimedia

在紙上標出一個個註記深度、宛如五線譜音符的黑點後,她將點與點連接起來──這部分就需要仔細斟酌詮釋方法了。在深度方面,她標記的刻度為每一吋畫一點,但點與點之間呢?如此豈不像少了好些音符的樂譜?音樂家可運用在和絃行進、和聲或旋律方面的知識,於視譜過程中創出新曲,順利完成演奏;瑪莉的做法也差不多,只不過她並非即興創作,而是在尚無數據之處插入假設數值,再與已知深度的各標定點相連。這可不是隨意亂連,而是基於地質學家的紮實訓練,步步為營。然而,不是每個人都能像瑪莉一樣,嫻熟演繹不同深度間的連結;就像在鋼琴前坐下來嘗試即興演奏的大有人在,但多數送出的僅是噪音,而非音樂。

瑪莉在高高低低的鋸齒線下方點上墨點,成果顯示這六份航道圖呈現的海底剖面實在複雜。六幅海底地形剪影,以墨點標註在看似樂譜的圖表上:大陸棚陡降進入大陸坡,大陸隆堆再緩降進入布魯斯尋尋覓覓的深海平原。百慕達群島浮出海平面。十九世紀晚近,眾海洋學家推敲臆測的寬闊中洋脊也出現了。此外,非深海平原之處亦布滿許多細小如石筍的山脈地貌。這是一項了不起的成就:瑪莉的作品是有史以來最精密詳細的海底地形剖面圖。但她並不滿意,她認為她完全沒發現任何新玩意兒。

大西洋中央橫亙了一長條中洋脊。圖/wikipedia

慧眼看出 V 型槽口,難道大陸漂移是真的?

說到底,以前也有人製作過這個區域的部分海底剖面圖,其中絕大多數都是一九二五至二七年之間,由德國研究船「流星號」的幾位海洋學家遠征南大西洋時完成的。這些圖在一九三○年代即已公開發表,而全球科學家也早已見過。事實上,布魯斯之所以在把聲納紀錄交給瑪莉時順帶提起深海平原與大陸隆堆,是因為他已經大致看過這些地貌了。但瑪莉反駁他的缺乏想像力。「我覺得這些地貌原本就相當明顯,哪需要這般胡搞瞎搞?」她寫道,「我想找的是更複雜,或者更細微、不易察覺的差異。」以布魯斯的立場來說,她繼續寫道,他想描繪勾勒的是「不曾出現在任何文獻上、值得明確標示出來」的地理特徵;然而,看在她眼裡,這個想法「絲毫不具智能上的挑戰」。她期望能發現更多東西。

瑪莉日復一日窩在二樓女兒房,持續研究剖面圖。圖/pixabay

這項工作初期就耗去她約莫六周時間。夏去秋來,瑪莉日復一日窩在二樓女兒房,持續研究剖面圖。有時,她和共用辦公室的夥伴會在壁爐生火。她常盯著能眺望哈德遜河景的大窗子,凝視良久。她會花好長一段時間細瞧已確認存在的中洋脊,即海床上抬的寬闊隆起。中洋脊在六幅航道剖面圖上皆清晰可見。也就是說,這道隆起不是單一一座山,而是一條山脈。這時發生了一件事:「當我更仔細研究,試圖解讀與拆解其構造細節時,」她說,「我注意到,在每一幅剖面圖中,中洋脊峰頂附近都有一道頗深的 V 型槽口。」深溝、裂谷。這絕對是新發現。她繼續研究,重複確認聲納紀錄,確定她並未標錯深度。最後她確信她的判斷正確,立刻致電布魯斯。

中洋脊頂峰具有凹陷之 V 型槽口。圖/wikipedia

其結果是兩人首度爆發嚴重爭執。雙手來回比畫,執拗與不願妥協的反覆聲明四射:布魯斯輕蔑大笑,咆哮駁斥瑪莉的女人直覺;瑪莉臉繃得跟拳頭一樣緊。白色布紋紙製成的巨大地圖橫亙在兩人之間,布魯斯用手指猛戳某段裂谷。從這個角度看,崎嶇的海底不也像捕獸夾嗎?瑪莉大罵布魯斯冥頑不靈、食古不化,她說,至少她動腦思考,也想了些東西出來;況且他到底在怕什麼?

她非常清楚他在怕什麼。他們倆都曉得,這道裂谷的存在意味著大陸漂移。魏格納的理論在美國普遍遭到駁斥謾罵,卻也因此廣為人知。比方說,瑪莉就是從密西根教授那兒學到的。許多年後,瑪莉在投稿《自然史》(Nature History)的一篇文章中提到:「假如有一種學說叫大陸漂移,那麼就邏輯而言,極可能涉及『中洋裂谷』這類構造。源自地球深處的新物質自裂谷湧出,將中洋脊一分為二、往兩側推離,也因此推動了不同板塊上的大陸。」她開始描述相關效應,但布魯斯不想聽,也肯定不想看見相關證明。他繞著屋子踱步,手支著腰,指控她做白日夢。瑪莉徹底失去耐性。她得使出最大的氣力阻止自己拿釘書機扔他腦袋。她威脅要再度辭職。同辦公室的其他人早已全員疏散。最後,布魯斯手指著裂谷,飆出這一句──女孩子家瞎扯淡。不可能是那種東西。那看起來太像──

大陸漂移,瑪莉說。

大陸漂移,布魯斯說。

兩人沉默對望。除此之外,你還能怎麼解釋這玩意兒?

連續分布於不同大陸的化石,為大陸飄移的證據。圖/wikipedia

顛覆認知的革命性發現

一九五二年,「大陸漂移」是頗具爭議的字眼。「在當時,」瑪莉在《自然史》文中寫道,布魯斯和「拉蒙居以及全美科學家,幾乎都認為大陸漂移根本不可能發生。」提到「大陸漂移」多半會引起從輕微焦慮至洩氣恐懼等不同反應,這點依個人對自我腦力的信心而定。美國學者不僅認為陸塊不可能漂移,甚至覺得「這幾乎是某種形式的科學異端邪說。」瑪莉寫道,「如果暗示某人相信大陸漂移說,幾乎等同於暗批此人腦袋肯定有問題。」布魯斯對這項假設的反應近乎恐懼,但瑪莉不然;若要說瑪莉曾感到不安的話,唯一的證據不過就是她在告訴布魯斯之前,曾經一而再、再而三不斷檢查而已。

為了解瑪莉何以敢斷定海底有裂谷──正如大陸漂移說所暗示──必須先迅速回顧一下她曾受過的訓練。在地質學家養成過程中,瑪莉學會如何一葉知秋,透過觀察一塊岩石或一片特殊地域,利用其結構、組成與位置等細節,推演其歷史來由,此即岩石的地形學背景資料,解釋岩石何以與如何形成。據瑪莉表示,在校期間的她「沉迷」、「嗜讀」地形學教科書;不論是學校指定教科書,或是她自己找到的那一本,她皆貪婪飢渴地從第一頁讀至最後一頁。

在校期間的她「沉迷」、「嗜讀」地形學教科書;不論是學校指定教科書,或是她自己找到的那一本,她皆貪婪飢渴地從第一頁讀至最後一頁。圖/pxhere

她也提到一項地質系學生很難躲掉的習作:「通常,你會拿到一張可能來自世界任一地點的方塊地形圖,然後,你必須根據地形地貌,推測這塊土地的地質史。」這套方法是她從陸地上學來的,現在她將同一套程序應用於海底研究:當她看見海床出現一道裂谷,她自問,這道裂谷為何出現在這裡、為何呈現如此模樣。裂谷即裂縫,而這道裂縫龐大且連續,還跟地震活動扯上關係,於是,她能想到最簡單的答案即是大陸漂移。

東非大裂谷則是陸地上的裂谷。圖/wikipedia

簡單,卻具革命性:在瑪莉做出重大發現之前,流星號的聲納紀錄已流傳近二十載,卻沒有一個人注意到這道裂谷。除了瑪莉與布魯斯,無人見過大圖版的大西洋中洋脊系統,無人調整比例、壓縮雜訊、凸顯原本不起眼的裂谷,也沒有人將這些黑點和同區域的地震活動連結起來,大膽使用「裂谷」一詞描述其發現。

一九三八年,一位名叫均特.迪里屈(Günter Dietrich)的男子曾於《國際水文評論》(International Hydrographic Review)發表過一篇文章,算是截至當時為止最接近瑪莉與布魯斯的成就。雖然他在一些小海域發現相似的地形模式,迪里屈寫道,不過一旦擴大觀測範圍,「彼此之間是否絕對相關就很難說了。」大西洋中洋脊充滿「一團混亂糾結的峰頂和山谷」。他只看見混亂,瑪莉卻找出模式。誠如布魯斯某次談到的:有人問他,流星號發表那些紀錄時,何以未在科學社群留下深刻印象?布魯斯的答覆是:「沒有人找對方向。直到瑪莉出手才正中紅心。」

當然,布魯斯是後來回顧時才這麼說的。早在一九五二年,他更擔心這道裂谷對於他未來人生的影響;當時他腦中想的是「異端邪說」,而非革命創見。瑪莉將那道裂谷呈現在他眼前,他叫她全部重做一遍。她照辦了。

 

 

本文摘自《聽見海底的形狀:奠定大陸漂移說的女科學家》,2017 年 11 月,貓頭鷹出版社出版。

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