從“天涯海角”到直布羅陀，早期的海洋觀還有哪些顛覆我們的三觀
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圖1 古人心目里的世界中心。A.古代中國的“中原大地”，周圍是海；B. 古希臘的地中海，出了直布羅陀海峽是大海洋。
撰文 | 汪品先（海洋地質(zhì)學(xué)家、中科院院士）
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海洋究竟多大
所不同的是中心的性質(zhì)：古代中國人以為是中原大地，古希臘人卻以為是地中海（圖1），正是這點海陸的區(qū)別，埋下了東西方文化差異的種子。
在這中心之外的海洋就是神怪世界，《山海經(jīng)》里長翅膀、甚至沒有頭的人，就生活在這海外世界里。自古以來，大海也就是世界的盡頭。11世紀(jì)時，62歲的蘇東坡貶謫海南，面對著大海嗟嘆“天涯海角”。在歐洲，地中海聯(lián)通大西洋的直布羅陀海峽便被以為是世界的盡頭，海峽入口的巖崖上刻有拉丁文古訓(xùn)“Nec Plus Ultra”（不得再前），警告航行者到此止步。
要等到16世紀(jì)“地理大發(fā)現(xiàn)”發(fā)端，才由西班牙國王、神圣羅馬帝國的皇帝查理五世（Charles Ⅴ），改為“Plus Ultra”（繼續(xù)向前），鼓勵航海家沖出地中海去探索大洋。正是這位查理五世皇帝，出手資助麥哲倫（Ferdinand Magellan），實現(xiàn)了首次環(huán)球航行。
世界海洋有多大現(xiàn)在很清楚：3.6億平方千米！但是古人不相信海洋有那么大，“上帝造這么多海洋做什么！”至少花了一千幾百年人類方才明白，地球表面71%是海洋。
最早的世界地圖出在公元2世紀(jì)的羅馬帝國時期，埃及亞歷山大城的希臘學(xué)者托勒玫（Claudius Ptolemy）編制了第一張有經(jīng)緯度的世界地圖，世稱“托勒玫地圖”（圖2）。今天看來，此圖最大的缺點是海洋太小，缺少了太平洋，以及美洲和澳洲。
圖2 托勒玫地圖。原載于《地理學(xué)》巨著中，已散失，此圖系1482年恢復(fù)。
然而正是托勒玫地圖的這種缺陷，成就了哥倫布（Christopher Columbus）的發(fā)現(xiàn)。
15世紀(jì)中期東羅馬帝國滅亡，土耳其人和阿拉伯人控制了通往東方的商路，切斷了歐洲人香料和絲綢的來源。有位意大利航海家哥倫布，奉了西班牙國王之命去開拓新航路，目的地是印度和中國，并且訂有合同：新發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)土歸國王和王后，所得金銀財寶的10%歸哥倫布并一律免稅。哥倫布的勇氣來自地圖：他相信地球是圓的。
好在當(dāng)時用的地圖也是錯的：歐洲的對面就是亞洲，從西班牙往西走就可以到達(dá)印度和中國，根本想不到中間還有一個太平洋和美洲。不難想象，假如哥倫布當(dāng)年知道了地理真相，大概是不敢去冒這個險的。
1492年10月12日凌晨，哥倫布帶領(lǐng)三艘西班牙帆船，經(jīng)過70晝夜的艱苦航行，終于跨越大洋，登上了中美洲巴哈馬群島的陸地?？墒?，他卻以為到的是印度的島嶼，把當(dāng)?shù)氐脑∶癞?dāng)作印度人。所以，直到今天美洲原住民還被稱作“印第安人”，這一帶的島嶼也都被叫作了“西印度群島”。
這怪不得哥倫布，因為15世紀(jì)沒有人料到海洋有那么大，沒有人知道還有個太平洋。真正發(fā)現(xiàn)和穿越太平洋，要等到16世紀(jì)的葡萄牙航海家麥哲倫。麥哲倫也是奉了西班牙國王之命，1519年率領(lǐng)探險隊橫渡大西洋，沿著巴西東海岸南下，繞過今天的麥哲倫海峽進入太平洋，1521年3月到達(dá)菲律賓群島，成功地穿越了太平洋，最后于1522年回到西班牙，完成了人類歷史上第一次環(huán)球航行。
所以說“哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸”這句話常常有人質(zhì)疑，因為從“殷人東渡”起，歷史上有各種各樣亞洲人、歐洲人到達(dá)美洲的傳說。將近20年前，有一位英國退休船長孟席斯（Gavin Menzies）還著書立說，論證美洲是鄭和發(fā)現(xiàn)的，此話雖然不見得靠譜，卻從側(cè)面反映了中國古代的航海水平。
歷史上真的“發(fā)現(xiàn)”美洲的是哥倫布的同胞，另一位意大利航海家亞美利哥·韋斯普奇（Amerigo Vespucci）。他在1502年提出，這里并不是亞洲，而是一片原來不知道的新大陸，后來這片新大陸也就用他的名字命名為“美洲”（America）。假如當(dāng)年哥倫布沒有搞錯，那么美洲就應(yīng)該叫成“哥洲”，今天的美國也就成了“哥國”。
太平洋的發(fā)現(xiàn)非同小可，因為太平洋和大西洋不屬同一個等級。太平洋面積近1.7億平方千米，幾乎占世界大洋面積的一半，大西洋面積0.85億平方千米，只相當(dāng)于太平洋的一半，但是更重要的是性質(zhì)不同。
地球上的大陸時分時合，現(xiàn)在五大洲是“分”的時候，兩億年前世界大陸合成一個“聯(lián)合大陸”或者叫“超級大陸”，相應(yīng)的也就是一個“超級大洋”，太平洋就是當(dāng)年的超級大洋，而大西洋是超級大陸分裂的產(chǎn)物，所以兩者不是一個世代的產(chǎn)物。不僅資歷有別，大洋的邊界也完全不同。大洋分成兩類：外大洋和內(nèi)大洋（圖3）。
圖3 現(xiàn)代地球上兩大類型五大洋。
太平洋是唯一的外大洋，也就是原來的超級大洋；大西洋屬于內(nèi)大洋，是超級大陸內(nèi)部分裂產(chǎn)生的大洋。太平洋周圍都是板塊的俯沖帶，有強烈的火山地震活動，周圍發(fā)育沉積盆地屬于“活動大陸邊緣”（圖1.3的橙色）；大西洋周圍是沉積盆地，屬于“被動大陸邊緣”（圖1.3的青色）。這些都是板塊運動的表現(xiàn)，到后面還有機會進一步討論。
看圖3就知道，現(xiàn)代地球上的五大洋，只有太平洋屬于外大洋，其余的大西洋、印度洋、南大洋和北冰洋都屬于內(nèi)大洋，都是當(dāng)初超級大陸崩解的產(chǎn)物。其中印度洋面積0.7億平方千米，占世界大洋面積的1/5，平均水深3700m，略小于太平洋的3970m，但超過大西洋的3650m，這三者加起來占全大洋海水總量的93%，也即通常所說的世界“三大洋”。
相比之下，北冰洋面積不到0.16億平方千米，平均水深1200m，只有全大洋1.4%的水量。至于南大洋，介于南極洲和南極圈（60°S）之間，其實是太平洋、大西洋、印度洋的南端，面積不過0.2億平方千米，是國際水文組織2000年春天做出決定，特意分出來的，理由是南大洋在全大洋環(huán)流中起著特殊的作用。
由此可見，從前說的三大洋變成了五大洋。原來以為天經(jīng)地義的一些習(xí)慣數(shù)字，其實都在發(fā)生變化。太陽系有幾顆行星，數(shù)目在變；地球上有幾個大陸，數(shù)目也在變。從前的五大洲三大洋，現(xiàn)在成了七大洲五大洋，這種數(shù)字的增長，主要反映的還是概念使用的隨意性。大陸的定義和大洋一樣寬松：為什么緊連著的歐洲和亞洲，要說成是兩大洲？為什么澳大利亞是個洲，格陵蘭就是個島？人們使用的科學(xué)概念往往并沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)，無非取決于傳統(tǒng)習(xí)慣或者使用的方便。
讓我們再回到大洋上來。16世紀(jì)的“地理大發(fā)現(xiàn)”也稱“大航海時代”，通過全球規(guī)模的航行探險，解決了“海洋有多大”的問題。至于要回答“海洋有多深”，那就不是航海能解決的問題了。歷來航海怕淺不怕深，海上行舟怕的是海水太淺，擔(dān)心撞上暗礁淺灘，海底有多深都并不在意。再說，古時候海洋開發(fā)不外乎“漁鹽之利，舟楫之便”，沒有人關(guān)心深水海底。即便文人詩興所至，吟唱“相思似海深”之類的詩詞，也并不含有定量的意思。
圖4 16 世紀(jì)的海圖“Carta Marina”
其實古希臘人相信深海是沒有底的，英文里深淵叫abyss，詞源就是希臘文的“無底”，因此“大海多深”就成了個偽命題。1521年麥哲倫環(huán)球航行時，曾經(jīng)在太平洋中部把一根731m長的繩子系上炮彈殼，丟到海里根本夠不著底，于是他聲明深海真的是沒有底的。沒有底的深海只能是個神怪世界，當(dāng)時一幅最為精細(xì)的海圖是北歐的“Carta Marina”（圖4），出自瑞典教士芒努斯（Olaus Magnus）之手，上面就繪有不少出自水族的海怪，反映了當(dāng)時人們對海洋的普遍認(rèn)識。
真正的深海測量，要等到19世紀(jì)。起先還是用麻繩系上重物往海里拋，觸碰海底后收回來，量到的長度就是水深。最為有名的是英國“挑戰(zhàn)者號”（HMS Challenger）的環(huán)球航行，那時的深海考察船都是軍艦，破紀(jì)錄的深度是1875年在太平洋的馬里亞納海溝測到的8230m。
圖5
丟繩子測深固然可以確定深海有底，但是論精度卻很成問題。海水在流、船身在動，幾千米的海水里繩子絕不可能垂直，重物觸底的時間也并不精確。幾乎與此同時，美國軍艦為了探索跨太平洋通信電纜的鋪設(shè)，在本州以東的日本海溝里測到更大的深度8513m，被認(rèn)為是世界最大的海深，而測量使用的不是麻繩而是鋼琴絲。鋼琴絲比繩子細(xì)得多，投放下沉也快得多，從而將測量的效率和精度提高了一個量級。
幾千米長的鋼琴絲測深要用個機器，1870年代發(fā)明這臺機器的人讀者不會陌生：他就是大名鼎鼎的英國物理學(xué)家、皇家學(xué)會會長開爾文勛爵（Lord Kelvin），我們使用的絕對溫度單位“K”就是紀(jì)念他的。不過他當(dāng)時還不叫開爾文，叫威廉·湯姆孫（William Thomson），1866年因為裝設(shè)第一條大西洋海底電纜有功被封為爵士，到1892年才晉升為開爾文勛爵。盡管19世紀(jì)大洋測深的精度不高，但是第一次看到了海底地貌，比如發(fā)現(xiàn)了大西洋中脊，成為1912年魏格納（Alfred Wegener）提出大陸漂移說的依據(jù)之一。
不過現(xiàn)在所說大洋海溝上萬米的真實深度，都是后來用回聲測深的聲學(xué)方法測出的。縱觀一部科技史，改良固然有用，但是真的發(fā)展得靠源頭創(chuàng)新，改換思路。深海測量真正的突破，就在于20世紀(jì)初利用聲波測深的新思路。從船上向下方發(fā)射聲波，聲波到達(dá)海底反射回來，再由測深儀接收，根據(jù)傳播時間計算出海底深度。海水中的聲速約為1500m/s，實測一萬米的水深也只要十幾秒鐘，因此聲波測深從根本上改進了測量的時間和精度。
1912年“泰坦尼克號”郵輪撞上冰山沉沒，加速了聲波測深的技術(shù)發(fā)展。1950年代起，單波束測深已經(jīng)在海輪上廣泛使用；到1980年代，開始用多波束條帶測繪（multibeam swath mapping），大幅度提高了海底測深和制圖的技術(shù)。
如果你對汪品先院士的淺說深海還意猶未盡，請關(guān)注他的社交平臺，以及由上?？萍冀逃霭嫔?/span>2020年出版的《深海淺說》一書。
制版編輯 | Morgan
