位于厄瓜多爾沿海的 Paramount 海山是某些海洋觀測衛(wèi)星（如 SWOT）能夠探測到的海底地形之一，這些衛(wèi)星通過測量這些地形對海洋表面的重力影響來進(jìn)行探測。
圖片來源：NOAA Okeanos 探險(xiǎn)者計(jì)劃

基于 SWOT 任務(wù)數(shù)據(jù)制作的更精確的海底地圖可以改善水下導(dǎo)航，并提升我們對全球海洋中熱量和生命運(yùn)動方式的認(rèn)知。

相比地球海洋底部，人類對月球表面的了解反而更加詳盡。幾十年來，研究人員一直在努力改變這一現(xiàn)狀。作為這一持續(xù)努力的一部分，由 NASA 資助的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近利用 SWOT（表層水和海洋地形）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，發(fā)布了迄今最詳細(xì)的海底地圖之一。SWOT 任務(wù)是 NASA 與法國國家空間研究中心（CNES）合作的成果。

為何海底地圖至關(guān)重要？

更精確的海底地圖對于航海活動至關(guān)重要，包括導(dǎo)航和鋪設(shè)水下通信電纜。NASA 總部物理海洋學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Nadya Vinogradova Shiffer 表示：“海底測繪在已成熟和新興的經(jīng)濟(jì)機(jī)遇中都起著關(guān)鍵作用，例如稀有礦產(chǎn)的深海開采、優(yōu)化航運(yùn)路線、災(zāi)害探測以及海底作戰(zhàn)行動。”

該動畫展示了基于SWOT數(shù)據(jù)繪制的海底地形特征，涵蓋墨西哥、南美洲和南極半島附近區(qū)域。紫色表示較低區(qū)域，相對于海山等較高區(qū)域（以綠色表示）。E?tv?s 是用于創(chuàng)建這些地圖的重力數(shù)據(jù)測量單位。

海底地形對全球生態(tài)和地質(zhì)活動的影響

準(zhǔn)確的海底地圖還能幫助我們更好地理解深海洋流和潮汐，這些因素影響著深海生命，同時(shí)也與板塊構(gòu)造等地質(zhì)過程相關(guān)。像海山這樣的水下山脈，以及深海丘等較小的海底地形，都會影響深海中的熱量和養(yǎng)分流動，進(jìn)而吸引海洋生物。這些物理地形的影響甚至可以波及海面，影響人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)。

盡管海底測繪并非 SWOT 任務(wù)的主要目標(biāo)，但這顆于2022年12月發(fā)射的衛(wèi)星可測量地球表面幾乎所有水體的高度，包括海洋、湖泊、水庫和河流。研究人員可以利用這些高度差異繪制淡水和海水表面的地形圖，并應(yīng)用于海冰變化監(jiān)測、洪水演進(jìn)追蹤等任務(wù)。

海底測繪的技術(shù)突破

“SWOT 衛(wèi)星在海底測繪能力方面實(shí)現(xiàn)了巨大飛躍，”加州拉霍亞斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）的地球物理學(xué)家 David Sandwell 說道。他自 1990 年代以來便利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制海底地圖，并參與了基于 SWOT 數(shù)據(jù)的海底測繪研究，該研究成果已于 2024 年 12 月發(fā)表于《科學(xué)》期刊。

研究人員利用了一個(gè)關(guān)鍵原理：由于海山和深海丘等地質(zhì)特征的質(zhì)量大于周圍環(huán)境，它們會產(chǎn)生略強(qiáng)的引力，從而在其上方的海面形成微小的凸起。這些細(xì)微的重力信號幫助科學(xué)家推測海底的地形特征。

通過重復(fù)觀測（SWOT 每 21 天覆蓋全球約 90% 的區(qū)域），衛(wèi)星能夠以厘米級精度檢測由海底特征引起的海面高度微小變化。Sandwell 和同事們利用一年的 SWOT 數(shù)據(jù)，重點(diǎn)研究了海山、深海丘和大陸邊緣地形（即大陸地殼與海洋地殼的交界地帶）。

以往的海洋觀測衛(wèi)星只能探測 1 公里以上的海底地形，而 SWOT 可以探測到高度不到 500 米的海山，這使得全球已知海山的數(shù)量有望從 44,000 座增加至 100,000 座。這些水下山脈會影響深海洋流，沿山坡富集營養(yǎng)物質(zhì)，形成生命的“綠洲”，使原本荒蕪的海底煥發(fā)生機(jī)。

探索深海奧秘

SWOT 還讓研究人員對地球的地質(zhì)歷史有了更深入的了解。

“深海丘是地球上最廣泛分布的地貌，占據(jù)了約 70% 的海底面積，”論文第一作者、斯克里普斯海洋研究所的海洋學(xué)家 Yao Yu 說道。“這些丘狀地形僅寬幾公里，因此在過去的衛(wèi)星數(shù)據(jù)中很難被觀測到。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，SWOT 能夠如此清晰地呈現(xiàn)它們。”

深海丘呈平行帶狀分布，類似洗衣板上的褶皺，是由于構(gòu)造板塊的擴(kuò)張而形成的。這些帶狀結(jié)構(gòu)的方向和范圍可以揭示地球板塊在歷史上的運(yùn)動軌跡。此外，深海丘還會與潮汐和深海洋流相互作用，這些機(jī)制目前仍未被完全理解。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)從 SWOT 數(shù)據(jù)中提取出了他們預(yù)期的大部分海底信息。接下來，他們將專注于計(jì)算這些海底地形的具體深度。該研究與國際科學(xué)界的目標(biāo)相輔相成，即在 2030 年前利用船載聲吶完成全球海底測繪。“我們可能無法在 2030 年前完成全部船載測繪，”Sandwell 說，“但 SWOT 將幫助我們彌補(bǔ)空白，使我們更接近這一目標(biāo)。”

參考https://www.jpl.nasa.gov/news/next-generation-water-satellite-maps-seafloor-from-space/