高中地球科学/海底
海面广阔，其下隐藏着一个完整的世界。海底有时被称为现代的最后疆域。尽管人类航海已有数千年历史，但人们探索的海底区域却微乎其微。我们对广阔的海洋知之甚少。如今的技术使我们能够更多地了解海底，包括其物理特性及其对生物的影响。
- 描述研究海底的障碍和方法。
- 描述海底的特征。
- 列出人们从海底利用的生物和非生物资源。
古代神话传说亚特兰蒂斯是一个强大的海底城市，其战士征服了欧洲的许多地区。关于这个城市是否存在几乎没有证据，但人类对海洋世界的好奇心确实存在了几个世纪。直到科学家们开发了一种模仿蝙蝠和海豚在黑暗中导航的回声定位系统的系统（图14.19），人们才对海洋的无光区有了更多的了解。在第二次世界大战期间，由于需要找到潜艇，科学家们学会了利用声波穿过海洋来探测水下物体。声波像回声一样从海洋中的任何物体上反弹回来。根据声波返回所需的时间，可以计算出物体的距离。最终，科学家们能够绘制海底地图。
阻碍我们研究海洋深处的三个主要障碍是：缺乏光照、非常低的温度和高压。如你所知，光只能穿透海洋表层200米；海洋深度可达11000米。海洋中的大多数地方完全黑暗，这使得人类在没有携带光源的情况下无法探索。其次，海洋非常寒冷；许多地方的温度低于0°C（32°F）。如此寒冷的温度对人类探索海洋构成了巨大的障碍。最后，随着你潜得越深，海洋的压力就会急剧增加。由于压力，潜水员很少能潜到40米以下。潜水员在40米处的压力将为4千克/平方厘米（60磅/平方英寸）。尽管我们没有意识到，但我们大气中的空气是有重量的。它以大约1千克/平方厘米（14.7磅/平方英寸）的力压在我们身上。在海洋中，每增加10米的深度，压力就会增加近1个大气压！想象一下10000米处的压力；那将是1000千克/平方厘米（14700磅/平方英寸）。如今的潜艇通常只潜到大约500米；要潜得更深，它们必须经过专门设计才能承受更大的深度（图14.20）。
在19世纪，探险家们通过在船舷上小心翼翼地放下绳索来测量海洋深度，一次测量一个小点，从而绘制了海底地图。声纳（SONAR），即声波导航与测距，使现代研究人员能够更快、更容易地绘制海底地图。研究人员将声波脉冲发送到海底，并根据声波返回所需的时间计算深度。当然，一些科学研究需要实际前往海底采集样本或直接观察海底，但这成本更高且可能很危险。
在20世纪50年代后期，潜艇“的里雅斯特号”是第一艘载人潜水器冒险进入海洋最深处，即马里亚纳海沟的一个名为挑战者深渊的区域。它被设计成能够承受1.2公吨/平方厘米的压力，并潜入了10900米的深度。尽管机器人潜艇已经返回挑战者深渊采集沉积物样本，但还没有其他载人潜水器再次达到这个深度。“阿尔文号”是美国用于大量研究的潜水器；它可以潜入海洋表面以下4500米（图14.21）。
为了避免海底载人任务的费用、危险和局限性，遥控潜水器或ROV允许科学家通过发送携带摄像机和特殊测量设备的车辆来研究海洋深处。科学家们利用复杂的运行系统对其进行电子控制（图14.22）。
在科学家发明声纳之前，许多人认为海底是一个完全平坦的表面。现在我们知道海底远非平坦。事实上，最高的山脉和最深的峡谷都位于海底；比大陆上发现的任何地貌都要高得多和深得多。与陆地上形成火山和山脉的相同构造力量在海底也形成了类似的地貌。
请看图14.23。如果你沿着左上角的海滩向外延伸海底，海底会沿着大陆架缓缓倾斜。然后，海底沿着大陆坡（大陆的真正边缘）陡峭下降。构成40%海底的平滑、平坦区域是深海平原。贯穿全球所有海洋的是一条连续的山脉，称为大洋中脊（图14.23中的“海底山脊”）。大洋中脊形成于构造板块相互分离的地方，使岩浆能够渗入板块分离的空间。大洋中脊系统总长80000公里，大部分位于水下，除了冰岛等少数几个地方。其他水下山脉包括海底火山（称为海山），它们可能高出海底1000多米。那些到达海面的成为火山岛，例如夏威夷群岛。当一个构造板块俯冲到另一个板块之下时，就会形成深海海沟。
海底提供了重要的生物和非生物资源，必须以可持续的方式进行管理，才能维持这些资源。我们必须以可再生方式利用这些资源，并注意不要污染海洋，因为污染会影响我们所需的资源本身。
尽管大多数鱼类是在海洋开阔水域中捕获的，但底拖网捕鱼是一种捕鱼方法，它涉及到将一个带配重的渔网拖过海底，以从海底收获鱼类。在许多使用底拖网捕鱼的区域，人们使用的渔网和其他捕鱼工具严重扰乱了生态系统。许多鱼类的捕捞过度，这意味着它们的繁殖速度赶不上人们消费的速度。出于这个原因，世界上的一些地区制定了法律，限制底拖网捕鱼的深度不超过1000米，或远离受保护和敏感区域的水域。尽管如此，最近关于渔业资源的报告告诉我们，需要采取紧急行动来恢复过度捕捞的鱼类物种。
海床是许多海洋生物的家园，例如蛤蜊、鲍鱼、海螺和蛞蝓。其中一些动物被人们用作食物。就像雨林中丰富的生命一样，海洋中的珊瑚礁也是生物多样性丰富的场所（图 14.24）。一些海洋生物为我们提供了药物。海床还间接地支撑着海洋中的大多数生命，因为上升流将重要的营养物质从海床带到浮游生物。而这些浮游生物反过来又为海洋食物网中的大多数其他生物提供食物。
海洋中最有价值的非生物资源是石油和天然气。当然，这些资源位于海床之下，需要钻探才能获取。石油平台可以容纳数十口油井，这些油井钻探在海洋深度有时达到 2000 米的地方（图 14.25）。在石油平台上工作对工人来说很危险，因为他们会暴露在恶劣的海洋条件和气体爆炸中。由于漏油和破坏自然环境，石油钻井平台也对海洋生态系统构成威胁。
许多矿物存在于海底。它们可以形成称为结核的结晶球体，这些结核有一天可能会从海底收集或开采（图 14.26）。结核的大小可以像豌豆一样小，也可以像篮球一样大。这些结核中常见的矿物资源包括锰、铁、铜、镍、磷酸盐和钴。这些矿物在工业界有许多用途。据估计，海床上可能有高达 5000 亿吨的结核。目前，海底还没有进行大量的矿物开采，部分原因是成本高昂，以及对这种开采如何扰乱海底的担忧。
- 在声纳技术发展之前，我们对海底知之甚少。
- 深海一片黑暗，非常寒冷，并且由于上覆水体的压力巨大。
- 潜水员只能探索大约 40 米的深度，而大多数潜艇只能潜到大约 500 米的深度。科学研究潜水器已经探索了海洋最深的沟壑，但大多数潜水器只被设计成到达海底。
- 如今，我们对海洋的大部分探索都是利用声纳和遥控车辆进行的。
- 海洋的特征包括大陆架、大陆坡和大陆隆。海底被称为深海平原。在海底之下，有一些较小的更深区域称为海沟。从海底升起的特征包括海山、火山岛以及洋中脊和海隆。
- 海洋为我们提供了生物和非生物资源。
- 海洋生物资源包括用于食物的鱼类，以及在海洋表层水域开始食物链的光合藻类。
- 非生物资源包括我们大陆架上的石油和天然气，以及深海海底的锰结核等矿物资源。
- 研究海底的三个障碍是什么？
- 海平面上的大气压约为每平方厘米 1 千克（每平方英寸 14.7 磅或 1 个大气压）。如果你在海洋中 100 米深处，压力大约是多少？
- 什么发明使人们能够绘制海底地图？
- 您预计海底哪些部分会有最多的生物？
- Trieste 潜艇比Alvin 潜艇深多少？
- 比较和对比大陆架和深海平原。
- 为什么您认为绘制海底地图对海军很重要？解释一下。
- 如果洋中脊是在构造板块分离的地方形成的，为什么那里会形成山脉？
- 为什么底拖网对海底有破坏作用？
- 许多人依靠海洋生活，因为它为他们提供食物或工作。随着世界人口的增长，海洋资源的使用越来越多。我们能做些什么来确保人们以可以补充的速度使用海洋资源？
- 什么是矿物结核？
- 深海平原
- 海底平坦的部分；深海海底。
- 底拖网
- 用拖网沿着海底拖曳，以便收集海底的生物。
- 大陆架
- 大陆边缘周围的浅而逐渐倾斜的海床。深度通常小于 200 米。大陆架可以被认为是大洲的淹没边缘。
- 大陆坡
- 从大陆架延伸到深海底部倾斜的海底。
- 洋中脊
- 海底的山脉，岩浆在此涌出并形成新的海底。
- 海山
- 从海底升起但未达到水面以上的一座山。通常由火山形成。
- 海沟
- 海洋最深的部分；发生俯冲的地方。
- 海洋中发现了哪些类型的生物？
- 海洋生物在海洋的不同区域有何不同？
- 海洋生物如何相互作用？