她繪製的地圖，革新了我們對海底的認知

瑪麗·薩普

在過去的一百多年裡，人類已經進行了無數次深海探險，並從海底採集到了許許多多的樣本，但人類對海洋最深處的了解仍然非常少。儘管如此，了解海底對我們來說卻意義非凡。

比如說，能造成重大危害的災難海嘯，就大多起始於海底或海底附近的地震。從生態的角度看，海底是魚類、珊瑚和眾多複雜微生物群落、甲殼動物等許多生物的棲息地。而從全球的氣候方面來看，海底的地形也控制著傳播熱量的洋流，調節著地球的氣候。

今天我們故事的主角，是一位誕生於100年前的地質學家和海洋學家——瑪麗·薩普（Marie Tharp）。

地質學家、海洋學家、地圖繪製者瑪麗·薩普（1920.07.30-2006.08.23）| 圖片來源：exploration.marinersmuseum.org

作為一名科學家，薩普或許並不廣為人知，但她卻為人類理解地球做出了巨大的貢獻。她所繪製的地圖，改變了人類對三分之二的地球的認知。自1957年開始，薩普和她的科研搭檔布魯斯·希曾（Bruce Heezen）便開始出版最早一批能顯示海底主要特徵（山脈、山谷和海溝）的地圖。

穿越大西洋

上世紀50年代，科學家對於海床的認識仍停留在認為它並沒有什麼特殊特徵的階段。那時薩普就指出，海床也有著崎嶇的地形，而且大部分地形的布局是有其系統的。

她所繪製的圖像對一個顛覆了人類認知的理論的發展至關重要，這個理論就是板塊構造說。這一理論認為，地殼的一些大的板塊之間會相互作用，造成了地球上的地震和火山等活動。它起源於以阿爾弗雷德·魏格納（Alfred Wegener）為主的一些早期研究人員的一種大膽猜測。他們注意到，非洲和南美洲的海岸線似乎非常吻合，因而提出這些大陸或許一度是連接在一起的；而薩普則確認了位於大西洋中心的山脈和裂谷，指明這或許就是兩塊大陸被撕裂的地方。

薩普繪製的北大西洋的東西向剖面圖。| 圖片來源：《海底》

多虧了薩普對海底的手繪，我們終於有可能想像出，穿越大西洋海底，從美國紐約前往葡萄牙裡斯本路途中，會看到怎樣的海底世界：在這趟旅行中，你會沿著大陸架，然後向下邁向索姆深海平原；接著，你需要繞著一些海底山脈前行，然後開始緩慢地攀爬上沉於水下的南北走向的大西洋中脊。

當高度升高到海平面以下2500米時，你抵達了山脊的頂峰，這時，你開始繼續向下行，穿過山脊的中央裂谷，繼續上升到山脊的東部邊緣。然後再回到海底，直到開始攀爬歐洲大陸的斜坡，抵達裡斯本。整個行程約為6000公裡。

繪製海底的不可見

薩普出生在密西根州的伊普西蘭蒂，她在大學時期學習英語和音樂。但在1943年，她被錄取進入了密西根大學的一個碩士學位課程，這個課程旨在為二戰將女性培養成石油地質學家。據薩普回憶說，當時之所以有這樣的課程設立，是因為男性都參軍打仗了，因此需要女性來填補空缺的職位。

後來，薩普先是在俄克拉何馬州的一家石油公司工作，到了1948年，她在哥倫比亞大學找到了一份地質學方面的工作。然而，那時女性並不能登船參與研究工作，但由於薩普會製圖，她被僱傭來協助男性研究生。

薩普和研究生希曾一起工作，希曾讓她繪製海底剖面圖。這些長長的紙卷顯示了一條船隻在沿著線性路徑前進時，用聲吶測量到的海底深度。

薩普繪製剖面圖的過程：a)顯示了在水面移動的兩條船運行的軌跡的位置。b)將深度測量繪製成剖面圖，其高度比例有所誇大化，以使其特徵更加突出。c)在繪圖中勾畫出地形特徵。| 圖片來源：《海底》

薩普從一張大白紙開始，先標出經緯線，然後再仔細標出船隻航行經過的地方。接下來，她從聲吶分析圖上讀取出每個位置的深度，把它標記在船的航行軌跡上，創建出顯示了海底深度與船所走過的距離的濃縮版海底剖面圖。

她的一項重要創新是繪製出了海底的草圖，這些圖使得對海底地形的可視化，以及創建出一幅地文景觀圖形變得更加容易。

薩普仔細地繪製了橫跨北大西洋的六幅東西橫貫的剖面圖，揭示了此前從未有人描述過的東西：在海洋的中心，有一道寬數英裡、深幾百英尺的裂縫。薩普認為這是一個裂谷——一種在當時就已經知道存在於陸地上的長槽。

當她把這一發現與希曾分享時，希曾稱這想法是「女孩子話」，並讓薩普重新進行計算和繪圖。她照做了，但發現這道裂谷仍然存在。

有趣的是，另一名研究助手的工作是在相同大小和比例的地圖上繪製震中的位置。通過比對這兩張地圖，希曾和薩普發現，地震的震中都位於裂谷的內部。這一發現對板塊構造說的發展有著至關重要的意義：它表明，運動就發生在裂谷，大陸或許真的正在漂移。

這一見解是革命性的。1957年的希曾還只是一名萌新的博士生，他在普林斯頓的演講中，展示了裂谷和震中的比對圖，這一舉措讓時任的地質系主任哈雷·赫斯（Harry Hess）評論說：「你動搖了地質學的基礎。」

構造說的阻礙

1959年，美國地質學會發表了《海底：I.北大西洋》，作者是希曾、薩普，以及與他們一同工作的拉蒙特觀測站主任尤因博士，這部著作中包含了薩普的海洋剖面圖、她的一些想法，以及她的地文景觀圖。

在當時，有一部分科學家認為，這是極為傑出的工作；但更多的人選擇不相信。法國海底探險家雅克·庫斯託（Jacques Cousteau）決心要證明薩普是錯的。於是他駕駛著自己的研究船隻Calypso，特意穿越大西洋中山脊，並放置了一個水下攝像機。令庫斯託吃驚的是，他拍攝到的畫面顯示——真的有一個這樣的裂谷存在。

在薩普1999年的一篇回憶文章中，她說：「眼見為實，一張圖片勝過千言萬語。」

那麼是什麼造就了這條裂谷？在赫斯1962年的一篇論文中，他提出了一些觀點：他假設熾熱的巖漿從地球內部的裂谷處升起，在冷卻的途中膨脹，將相鄰的兩個板塊推得更遠。這一想法是板塊構造說的一個關鍵點，但赫斯沒有在論文中引用《海底》中提出的關鍵性工作，而《海底》是少數幾篇寫有薩普作為合著者的論文之一。

持續的調查

薩普繼續和希曾一起為海底世界注入「生命」。他們合作的作品包括1967年由《國家地理》出版的一幅印度洋地圖，以及1977年的《海底世界地圖》，現在這張地圖已經保存在美國國會圖書館。

由希曾和薩普手繪的1977年版海底世界地圖。| 圖片來源：美國國會圖書館

1977年，希曾去世。薩普一直在繼續她的工作，直到2006年去世。1978年10月，薩普和已過世的希曾還被授予了國家地理學會的最高榮譽哈德伯獎章。

如今，船舶使用的是一種被稱為條帶測繪的方法，這種方法會沿著一條帶狀路徑測量海底深度，而不再是只沿著一條直線。這些條帶可以被「縫合」在一起，從而繪製出精確的海底地圖。

薩普繪製的北大西洋的地文景觀圖中的加納利群島。右：用條帶測繪法描繪的同片海域。| 圖片來源：Vicki Ferrini / Lamont-Doherty Earth Observatory.

但由於船隻移動緩慢，一艘船要花200年左右的時間才可能完全繪製出海底地圖。因此，現在一項國際合作的使用多艘船隻的繪製任務正在進行，目標是在2030年前繪製出完整的詳細的海底地圖。

這些信息對於了解附近的海底世界究竟是什麼樣子的至關重要的。可以說，瑪麗·薩普是第一個向我們展示豐富的海底地形及其不同區域的科學家。

原文標題為「Marie Tharp pioneered mapping the bottom of the ocean 6 decades ago – scientists are still learning about Earth’s last frontier」，於2020年7月28日首發於The Conversation，原文連結：

https://theconversation.com/marie-tharp-pioneered-mapping-the-bottom-of-the-ocean-6-decades-ago-scientists-are-still-learning-about-earths-last-frontier-142451，中文內容略有編輯，僅供參考，一切內容以原文為準。

本文來自微信公眾號：原理，作者：Suzanne OConnell（衛斯理大學地球科學教授）