海水的来源和古海洋学 [复制链接]

第7版()
专栏：

海水的来源和古海洋学
中国科学院南海海洋研究所　梁元博
我国劳动人民很早以来就利用海水晒盐，养殖海洋生物，近来更大大扩展了开发海水资源的范围。但是，海水里的宝藏还远没有被充分开发。例如海水里蕴藏着的核能，就完全没有被触动。苏联科学家达姆院士曾经指出，海洋，将是人类未来的“汽油库”。一升海水里的重氢在聚变中所放出的能量，将等于燃烧三百五十升汽油。因此，人们拥有地球上四个大洋的海水，就等于有了一千四百个大洋的汽油。这真正是取之不尽用之不竭的能量来源。这样慷慨地供给我们以各种富源的海水，究竟是从哪里来的呢？它的形成过程是怎样的，它的发展规律又是怎样的？它的年龄有多大了？它所含有的物质，又是怎样聚积起来的？许久以来，人们就在考虑着这样一些问题。这些问题不仅具有理论意义，而且对于开发海洋的实践，也是很重要的。研究这些问题的科学，就是“古海洋学”，或称为“历史海洋学”。
海水的来源及其年龄
从前，人们设想在原始时候，地球的大气圈里含有大量过热的水蒸汽，以后这些水蒸汽遇冷凝结，形成长时期的暴雨降落地表，再汇集到低洼的海洋盆地里去。在这长期的暴雨中，水分把陆地上的大量物质冲刷出来，于是形成了海水及其盐分。当然，以后河流还在继续把陆地上的盐类搬运到海里去，但是海水基本的盐分在开始时就已经存在着了。这个海水从“上面”产生的假说，就叫做“残留假说”。
起初看来，这个假说是无可非议的。而且除了在某些细节问题上有人提出不同意见以外，人们确实也找不到更好的解释。
随着科学的发展，海洋学上的许多原理从定性的解释进入定量的计算时，这个设想就碰到了一些不能解决的问题。
首先，问题是出在水圈和大气圈的相对质量上。根据地球化学家蓝伽马和萨哈马的计算，地球上海水的质量比大气圈的质量要大二百三十倍。这就是说原始时候的大气圈包含着比它现有质量大二百多倍的水蒸汽。这样岂不是说当时大气圈几乎全部是由水汽组成的吗？这是不合理的。我们没有任何证据表明一个行星的蒙气可以含有这样大量的水分。
其次是海水的年龄问题，英国科学家卓利在计算现代河流每年把钠离子搬运入海的数量时，发现即使按照现有的速度，由河流造成大洋现存的盐分也只需要八千九百万年。如果考虑到海水的盐分在原始时候已基本形成，以后每年盐分只不过有少量的增加，那末可以推论海水的年龄还要短得多，即不足八千九百万年。这当然是一个谬论。地质学和古生物学的所有结论，都确实证明海水的存在至少有二十亿年。否则无法解释地史学和生物发展的一系列重大问题。
最后，地质学家们在计算地壳的成分时，发现地壳内还有一个更大的“大洋”。当然，在地壳内水分不是以游离的状态存在的。它化合在岩浆和地壳的矿物中，根据计算，水分在上层地壳内的体积达到十五分之一以上。这是一个极大的数目。如果这极其大量的水都是从大气圈——地表跑下去的，那末原始时候大气圈所含的水量，就要大得更不合理。它在渗入地下时留在大洋中的盐类，也要比现有的多得多。可见，海水从“上面”生成的理论在定量计算方面碰上了无法克服的困难。
人们在研究火山和温泉的活动时，发现从地球内部排出的气体和其他物质的化学组成，同海洋中某些物质的组成很相似。例如，从地球深部排出的气体中，水蒸汽占了极大比例。地球化学家们知道，这几种物质在海洋、大气圈和地球表层也正是“富集”得特别多的。于是人们就想到，海水和海水里的某些物质，会不会都是从岩浆里、从地壳深处释放出来的呢？这时地质学家们就加入来计算，结果算出地球上现有的火山每年喷出的水量总共达二分之一到一立方公里左右（荷兰学者奎年算出的数值要少一些）。如果考虑到过去时期地球表面上的地槽活动和火山活动比现在剧烈，那末在过去的时期内，从地球内部排出的水量完全足够生成现在的大洋。除此以外，地球内部还附带排出了海水中现在含有的某些物质。
这就是海水来源问题上的有名的“增生假说”。这个假说同“残留假说”刚好针锋相对。“残留假说”认为地球上的水量将逐渐消耗在矿物的风化和水合作用上，大部分还将渗漏到地壳里去，地球将具有“死寂的、像月球般惨淡的外貌”。可是
“增生假说”却说：不！事情并没有这么坏。恰恰相反，水分和其他物质正是源源不绝地从地球内部释放出来。地壳下层的物质因接受地球放射性元素衰变时放出的热量而增温，结果形成岩浆并把水蒸汽和其他较易挥发的物质放出到地表上来。
古海洋学的任务
“古海洋学”有三个主要的研究方法，这就是研究海洋沉积物的层理、海洋的底质溶液和古海洋微化石的成分。
近十年来，利用放射性元素测定沉积层年龄的工作取得了很大的进展。同时，海洋地质学家也从海底取得了愈来愈长的底质地层柱。如果把这两者结合起来，不难测定底质柱中各层的年龄。理论的研究指出，沉积物的成分是海洋中所发生的各种作用的总的反映。根据沉积物的机械成分，人们可以推知过去时期海域的水动力情况，从而推论出过去时期的海底地形和结构。其次是关于底质溶液的研究，这方面的研究是近年来才开始给予重视的。在国际地球物理年间，苏联《勇士号》考察船对太平洋西北部海底底质溶液的研究已经取得重要的结果，并且开拓了这方面的研究范围。现在我们知道，各个沉积层中所包含着的底质溶液往往有着细微的差别，它大致反映着沉积物淀积时期的海水状况。根据底质溶液的分析，我们有可能获悉海中各区在过去时期内的化学成分，和海水中各种组分的比值等。最后，对沉积层中生物化石的研究分析，将使我们对当时的海洋生命活动获得一个概念。
正如地史学和古地理学的研究大大促进了地质地理科学的发展一样，“古海洋学”的研究也将使我们对现代海洋各方面的现象有更深刻的了解，使我们能够解释现代海洋中某些特殊因素的起源和意义，最后并有助于全面掌握海洋的发展规律并在实际工作中利用这种规律。
例如，某些鱼群的形成就和古海洋情况有极大关系。有些古代沿岸回游的鱼群到现在仍然沿着淹没了的古代海岸线回游，这种情况已不止一次被研究者指出过了。“古海洋学”的研究所提供的这一类规律，就能给我们的渔业生产带来好处。在海洋的其他问题上，情形也是如此。
“古为今用”是我们的方针。古海洋学的研究遵循着这个正确的方向，一定会促使我国的海洋科学更快地向前跃进。