地球的最後邊界:一場繪製海底地圖的全球競賽

一項 2030 年截止、野心勃勃的海圖測繪計畫,旨在幫助各國應對海嘯、保護海洋棲地,和監測深海採礦。然而,這也是一場前所未有的挑戰

GEBCO 於 2019 年發布的全球海洋地圖。(GEBCO)

維琪‧芙瑞琳(Vicki Ferrini)辦公桌對面的牆上掛著一幅涵蓋大西洋與印度洋的巨大地圖,尺寸達 180×240 公分,是她擔任研究員的拉蒙特-杜赫第地球觀測站(Lamont Doherty Earth Observatory)中,所能輸出的最大尺寸。「當然,我還想印得更大一些,」她説。

 地理資訊科學研究員維琪‧芙瑞琳博士,於拉蒙特-杜赫第地球觀測站。(Photograph provided by LDEO)

這幅地圖比一般的世界地圖更繁複。並非只呈現出毫無特徵且扁平的藍色汪洋,而是畫滿了海底的山丘、峽谷、海峽、平原等,與陸地紋理相似的各種細節。芙瑞琳鼓勵員工印出他們正在調查的海床的圖片,並將那些照片貼在地圖上。其中一張取自阿根廷海岸,顯示出這裡的海底波痕高達 100 公尺。這地圖顯然散發著一種「福爾摩斯即將偵破一個大案件」之感。「我正試著搞清楚海洋的規模,」芙瑞琳解釋。「以大局觀之——但也不放過細節。」

地圖繪製需要一種見樹也見林的能力——在這個情況下,或許該稱作見珊瑚也見海洋的能力。而在海洋裡,這尤其是場挑戰,因為絕大多數地方不僅是沒有被勘測成圖,甚至是全然未知的領域。芙瑞琳的這張地圖,是人類至今最浩大的一次嘗試了:一份至關重要的記錄,而這項任務更進一步演變成一場競賽,預計要在接下來的十年內繪製出完整的海底地形。

海洋底下隱藏著各式各樣的景觀,有平原、山谷、山脈和峽谷,且大小十分驚人:有綿延數里的海底山脈、深得組以吞沒地球最高峰的海溝、一望無際的平原,還有數千座火山,比陸地上的火山數量更多。(Getty Images)

比賽開始

2017 年紐約的聯合國海洋會議上,這場競賽正式鳴槍開跑。當時,大約只有 6% 的海洋有被以精確細節繪製成地圖。2020 年 6 月 21 日,非營利組織「日本財團」(Nippon Foundation)的「通用海洋水深圖-海床 2030 計畫」(GEBCO Seabed 2030 Project )發表了其最新版本:他們已經繪製出全球五分之一的海床。

這賭注非常大。一系列報吿不斷警示,海洋即將失靈。2015 年,聯合國環境署發布了首份《世界海洋評估報告》,指出海洋的運作能力處於危殆狀態。翌年,經濟合作暨發展組織(OECD)的一份報告則估算出,海洋經濟中有 3,100 萬名全職工作者,每年創造 1.5 兆美元的收入。從海平面上升、海洋酸化到生物多樣性,在每一個關鍵海洋問題上,地圖的有無都至關重要。

在 20 世紀,人們對繪製海圖曾有過短暫的狂熱,包括尋找下落不明的愛蜜莉亞‧艾爾哈特(Amelia Earhart,美國飛行員)和她的飛機,以及鐵達尼號的殘骸。 2014 年,馬來西亞航空 MH370 號班機的失蹤似乎令我們感到困惑:在我們如今所有的現代科技下,像一整架飛機這樣的龐然大物,怎麼可能就這樣憑空消失?

常言道,人類對月球表面所知的,比起海底要多得多了。遙遠星球比我們自己的地球還要更容易到達,這件事看似十分令人震驚。然而,我們總傾向略過海圖繪製之所以艱難的原因:我們與海底之間,有一道巨大的障礙,謂作海洋。光在太空中傳得又遠又快,但我們常用來繪量天體的雷射測高計,在水裡卻起不了作用,因為海洋會吸收掉雷射光線。

另一方面,聲音在水中比在空氣中更能有效傳播。如今,海床測繪的黃金標配就是一台多音束回聲測深儀(Multi-beam echosounder),能直接外接在船身上。這台儀器會向下發射大角度扇形聲波(註),並將(回聲的)聲波以電腦解碼,轉換成一張顯示海床地形與構造的 3D 圖像。而水溫和鹽度等資訊,也會在過程中用其他技術一併蒐集。

海底波痕。海床表面的沙會受到上方水波影響,而出現波浪狀,小則稱波痕,大可稱沙丘。(Getty Images)

這是一項漫長的工程。芙瑞琳最近也交出了另一版本的海圖,在此版本中,至今仍未測繪過的海洋都被塗黑了。反之,各個海岸線則被資料照亮,熙攘的海運航線同樣如此。其餘地方,都籠罩在黑暗中,僅有少數幾點亮光。

沒幾個國家會比日本更需要精確海圖了。作為一個島國,日本的未來與海洋特別密不可分,而該國的非營利組織日本財團以競艇博弈為收入,每年為其「海床 2030 計畫」提供 200 萬美元的資金。過去,日本財團致力於解決各種棘手的全球任務,例如消除痲瘋病或對抗食安問題,而一份完整的海底地圖既是該組織的職責所在,亦符合日本的國家利益。海床 2030 計畫將改善日本的漁業管理、應對海嘯與颱風的能力,並闡明其對南海主權歸屬的主張。

但是,這次的海圖繪製賽是一場真正的全球合作,免費開放公共使用,並分配給四個區域機構執行。德國的阿爾弗雷德韋格納研究所(Alfred Wegener Institute)負責南冰洋;瑞典斯德哥爾摩大學和美國新罕布夏大學承攬北太平洋與北極;紐西蘭的國立水文與氣象研究所(National Institute of Water and Atmospheric Research)則擔負太平洋南部和西部海域。其餘都交由美國哥倫比亞大學拉蒙特-杜赫第地球觀測站包攬,也是最大的一塊區域:整個大西洋和印度洋海域。

地圖成品本身,則交給第五個機構:英國的不列顛海洋資料中心(British Oceanographic Data Centre)負責處理,他們蒐集上述四個機構提供的資料加以分析,並將之編入通用海洋水深圖(以下簡稱 GEBCO)中。這些資料屬於公眾領域,可免費使用、修改,亦可作商業用途使用。

「凡是在作這類(海洋)研究的人,應該都在使用、或曾使用過 GEBCO 的資料,」新罕布夏大學的計畫總監羅謝爾‧威格利(Rochelle Wigley)表示。「很多光纖纜線公司都有用,對海嘯和暴風雨的遽增有興趣的人、想捕捉下自然棲地特徵或模擬出洋流的人也是。」

雙面刃

隨著計畫進行,每時每刻都有令人驚嘆的新發現。在美國佛羅里達州外海,海中央出現了一塊珊瑚礁;在墨西哥灣發現了一艘船骸。一項籌備中關於冰蓋的研究,將會使用 GEBCO 來揭露海洋如何影響融冰和海平面上升。

長眠於北大西洋海底,約位於海面下 4,000 公尺深的鐵達尼號船頭。(Getty Images)

深海採礦乃是一項具爭議的計畫,旨在挖掘龐大面積的水下資源,將有可能是地球上有史以來最大的採礦作業。而深海採礦,也同樣需要海圖。聯合國國際海底管理局(ISA)已批准少數國營和私人企業在深海進行探勘;最快在今年或也會批准開採。然而,在許多案例中,深海採礦業者遙遙領先 GEBCO 製圖師們。國際自然保護聯盟(IUCN)2018 年發布的深海採礦報告第一作者盧‧卡佛士(Luc Cuyvers)説,礦業公司正在尋找某樣特定的東西——礦物質存在的確鑿證據,無論是照片或實際樣本,「從產業面來看,他們需要比 GEBCO 更先進的資料。在許多例子中,他們也已經蒐集到了那些資料。」

然而,卡佛士説,GEBCO 既可用於深海採礦,也可以幫助國際海底管理局更有效地監管業者,如同一把雙面刃,端看你站在什麼立場。

另一個潛在的爭議,是繪製地圖是否會為本就吵雜的海洋帶來更多噪音。氣槍、海軍聲納和船舶交通正日漸驅逐倚靠聲音獵捕、導航和交流的海洋哺乳類動物。新罕布夏大學研究生希拉蕊‧凱茲‧瓦吉斯(Hilary Kates Varghese)最新研究揭露,海床 2030 計畫中使用到的多音束回聲測深儀並不會干擾柯氏喙鯨的哺育行為,而柯氏喙鯨是對聲納較為敏感的海洋哺乳類之一。

不過,美國國家海洋暨大氣總署的研究生物學家安娜瑪麗亞‧迪安吉里斯(Annamaria DeAngelis)指出,由於海床 2030 計畫意在測繪整片海洋,「會需要做更多研究,以近一步確知他們使用的特定測深儀,會如何影響各種棲地中的海洋哺乳類。」

減少噪音的一種方法是借助眾人之力,利用那些已在海上進行量測的船隻。當億萬富翁維克多‧韋斯柯沃(Victor Vescovo)執行他那潛入五大洋最深處的任務時,海床 2030 計畫的製圖師也隨著那趟旅程進行水深測量。其他產業合作夥伴也捐出任何他們所能提供的資料。

從郵輪、各國海道測量局,甚至是趁週末去搭遊艇的船客,只要載上一台像樣的測深儀,都能幫上忙。借助眾人之力至關重要,否則單憑一船之力,得花 200 年才能補齊目前剩下未測繪過的海域。

然而,「資料共享是個小禁忌,」蒂娜‧沃罕安吉‧馬丁(Tinah Voahangy Martin)說道,她是芙瑞琳團隊中的一員,經常接觸位在印度洋的各個機構,詢問海底資訊。這些資料通常被視為私有、機密的,或單純因為價值連城而不能拱手送人。

「你不會希望自己是那種走進去說『嗨,我們想要你做的這個』的人。要把他們當夥伴,這才是讓他們參與的最佳方式,」馬丁說道。

芙瑞琳補充,由於美國的科學研究通常是納稅人贊助的,導致他們會預設資料可以免費獲取。「我們必須提醒自己,並非整個世界都是這樣運轉的,而我們要想出辦法讓雙方互惠互利。」

無論如何,就他們的進展速度看來,似乎有望在 2030 年完賽。但是,完成芙瑞琳牆上那張圖只是個起點。「除了海底地貌之外,我們還有好多事要做、要探知,」她説道。「這只是鴻圖中的一部分而已。」

註:測量水深的聲納儀器,略分為單音束回聲、多音束回聲兩種。顧名思義,前者每次僅可向海床發射出一個錐形聲波,獲取一筆水深資料。這樣效率太低,無法滿足大範圍水深測量的需求。相較下,後者每一次可朝海床觸發一大角度之扇形聲波,沿著測量船隻航行方向連續觸發音鼓,即可獲得測量船所行經航線之帶狀水下地形資料。不僅增加資料取樣密度,還改善單音束聲納無法展示出航線與航線之間地形起伏的缺點。(參考資料:《科學月刊》第 547 期)

Previous ArticleNext Article