南海诸岛从何而来?

2020-06-06 18:25 来源:澎湃新闻·澎湃号·湃客

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原创 星球科学评论 星球科学评论 来自专辑华夏大地
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自古以来,中国南方沿海的人们就开始认识并开发南海。在被今人统称为“更路簿”的若干明代航海志里,先民们率先给那些遥远的岛礁命名,为南海诸岛打上了来自古老中国的烙印[1-2]。
更路簿 | 更路簿是对明代若干本南海航海路线志的统称。图源@VCG
这是距离我们十分遥远的一片国土,一共由280多个岛屿、沙洲、暗沙和暗礁构成,散布在200万平方千米的海域里,岛屿面积13平方千米。它的中央是水深超过4000米的深海,是为南海海盆。这盆水的周围分布着东沙、西沙、南沙三大群岛,拱卫着南海的三个方向,在靠近中间的地方,则分布着中沙群岛。
南海诸岛分布图 | 习惯上,“南海诸岛”将未露出海面的暗礁、暗沙也算在其中。制图@巩向杰/星球科学评论
这里风景优美,但环境恶劣,十分缺乏淡水和土壤,还有高盐碱、高温、高湿等不利因素,难以通过传统方式大规模种植庄稼,因此历来人烟稀少。2018年,三沙市户籍人口为630人,其中常住人口只有约500余人(不含守岛部队)[3]。
西沙宣德环礁赵述岛上的渔村 | 赵述岛坐落在一个大礁盘里,周围的浅海还分布许多暗礁和小沙洲。图源@VCG
由于自然条件艰苦、地缘局势复杂和军事驻防的需要,南海诸岛礁的旅游开发程度也非常低,只有极少的国人亲自踏访过这片蓝色国土,人们对于南海的了解几乎仅限于“自古以来”和“鬼斧神工”。
西沙宣德环礁永兴岛上的小码头 | 永兴岛的这个码头灯塔,已经成为西沙旅游打卡地。图源@VCG
很少有人意识到,在比“自古以来”更久远的时光里,死亡的力量塑造了这片海洋国土。一代代珊瑚在南海向死而生,一座座火山在南海走向消亡,这究竟是一片怎样的蔚蓝?
01
向死而生的珊瑚

珊瑚是南海绝大部分岛屿的建造者,除了西沙群岛的高尖石岛完全由火山岩构成之外,其他的岛、洲、滩、礁都是珊瑚的杰作。
西沙宣德环礁赵述岛近岸的珊瑚 | 这块珊瑚顽强地生活在海浪汹涌的近岸海底,它的周围是海浪把古代珊瑚磨碎形成的珊瑚砂。显然,这块珊瑚未来的命运不会太妙。图源@VCG
这是一种有趣的小动物,每个珊瑚虫个体的尺寸仅有几厘米大,却能够以群体的力量组成体型庞大的珊瑚。它们大多数生活在海水深度不超过50米的热带浅海,只有少数品种生活在深海和温带。
一根珊瑚枝丫上的若干珊瑚虫 | 珊瑚的颜色来自细胞内共生的藻类,藻类光合作用制作养料,这是珊瑚重要的营养来源之一。图源@VCG
每个微小的珊瑚虫个体都会从海水里吸收碳酸钙,用它作为原料制造骨骼。当每个珊瑚虫都在底部制造骨骼时,珊瑚便能向上方或侧面生长。
珊瑚虫结构示意图 | 珊瑚虫之间以肉质的膜相连,这层膜包裹住内部的碳酸钙骨骼。当珊瑚虫生长时,在活体底部生成骨骼,像砌砖一样使珊瑚长大。图源@Emilymeng.com
到了繁殖后代时,它们要么选择偷懒的无性生殖,通过出芽的方式,复制出无数个迷你版自己,繁殖出庞大的枝丫或褶皱。
正在出芽的幼体珊瑚虫| 珊瑚虫在其生命的任何时间都可以进行出芽生殖,即使是这么小的珊瑚虫,也开始复制自己。图源@Secore.org
要么选择正经的有性生殖,制造一大批生殖细胞,然后选一个良辰吉日,集体将精子和卵子排进海洋。这些生殖细胞将在一片混沌里形成受精卵,随波逐流。只有这样,没有腿的珊瑚才能在海洋里到处迁移,在新的地方开始新生命。
珊瑚集体释放生殖细胞 | 珊瑚释放生殖细胞遵循一定的周期,通常出现集体生殖的行为,甚为壮观。图源@VCG
珊瑚的死亡却是一个比较模糊的话题。
作为个体的珊瑚虫寿命短暂,通常只能生存数年。但作为群体的珊瑚却有更加漫长的生命,持续的出芽繁殖能够不断产生新个体,使珊瑚持续生存下去,寿命可达到数百年或者更久[4]。
一个幼体珊瑚虫在老的珊瑚上开始生长 | 一个幼年珊瑚落在一块已经死亡的珊瑚碎块上,通过出芽生殖的方式复制自己,在周围形成3个更小的珊瑚虫,有两个甚至尚未成型。图源@Coralsoftheworld.org[5]
活着的珊瑚和死了的珊瑚彼此交织,彼此重叠,共同粘合成规模巨大的珊瑚礁,成为海底岩石的一部分。它们有着极为漫长的“寿命”,因为总是会有年轻的珊瑚不断长成。只有外部环境的剧烈变化才会使珊瑚礁大面积死亡,例如海平面剧烈升降、海水温度激烈动荡等,这些事件发生的节律决定了一大片珊瑚礁的生命。
近年来,全球变暖造成海水异常升温,已经在世界多个地方造成大范围的珊瑚白化。白化的珊瑚失去了共生藻类,缺少了重要的营养来源,很快便会因营养不良而死。
澳大利亚大堡礁出现的大片白化珊瑚 | 近几年,由于海水异常升温,澳大利亚大堡礁的许多珊瑚排出体内共生的虫黄藻,发生大面积的白化。失去了虫黄藻提供的养分,白化珊瑚很快就会死亡。图源@VCG
当环境重新变得适宜时,又会有受精卵漂落到死亡珊瑚的骨骼上,再度繁衍出一片珊瑚礁。
海底的“热带雨林” | 珊瑚礁是一个庞大的生态系统,以珊瑚为基石,孕育了多种海洋生物。图中红色的活珊瑚生长在一些已经死亡的珊瑚骨骼上,生死重叠。图源@VCG
总之,生与死的界限,在珊瑚的世界里往往十分模糊。
珊瑚礁既是它们生前的家园,也是死后的坟墓。活珊瑚和死珊瑚彼此嵌套,维系着一整个珊瑚礁的生生不息。它们依托着海岸、海底、海山顶部或已有礁体不断生长、死亡、堆积,使珊瑚礁始终向着海面生长。
珊瑚礁的各种类型 | 向上生长是珊瑚礁的基本特征。图源@文献[6]
但过于靠近海面却会给整个珊瑚礁带来灭顶之灾。
海啸、台风、天文大潮都会带来强大的海浪,把身姿过于招展的珊瑚打碎,冲刷成碎块(砾)和细小颗粒(砂),堆积在珊瑚礁上。
浪涌过处,珊瑚饱受摧残 | 太过招展的品种在波浪强烈的浅海难以生存,这里的海底也常有很多碎珊瑚。图源@VCG
当礁盘足够大时,海浪的能量很快就被损耗,珊瑚砂砾最终会堆积在礁盘的某处,在水下时是为暗沙或滩,露出水面时则成为沙洲或岛屿。这样形成的岛也叫作灰砂岛,“灰”取自“石灰”,用来表示这些砂砾的碳酸钙质地。
西沙群岛中建岛 | 中建岛具有一个独立的礁盘,在礁盘中间,海浪堆积出一个灰砂岛。图源@VCG
这些岛屿和沙洲上布满珊瑚的骨骼碎块,就像珊瑚的乱葬岗子,散落在南海波涛之间。
海浪将碎珊瑚堆积起来 | 在灰砂岛的海岸上,碎珊瑚十分常见。图源@VCG
在南海,这样的灰砂岛(包括沙洲)至少有49个,其中东沙群岛仅有1个,南沙群岛有17个,剩下的31个全都分布在西沙群岛[7],中沙群岛则没有常年露出海面的灰砂岛。
它们大小不一,长度从数十米到数千米不等。小的灰砂岛仅仅是高出海平面一点的沙洲,经常被大浪改变形状。稍微大一些的岛上,渔民们可能会修建房屋和港湾,作为打鱼途中歇脚和生活的场所。
西沙永乐环礁银屿岛| 人们在左边稍大的灰砂岛上盖起房屋,而右边的沙洲太小且形状频繁变化,没法住人。更多的珊瑚砂在礁盘上堆积、粘合,暗色的零散珊瑚点缀其间。图源@VCG
露出海面的灰砂岛能够承接降水,如果面积足够大,就能将可观的淡水储存在地下的珊瑚砂砾中,与周围海水达成某种动态平衡,形成岛屿地下的淡水透镜体[7-9]。
珊瑚礁灰砂岛淡水透镜体示意图 | 灰砂岛的淡水不是“自古以来”,而是先有灰砂岛才有淡水透镜体。换言之,近几年的南海人工填岛工程也顺便造出了几处地下淡水资源。该图依据马绍尔群岛Roi-Namur岛的实际情况绘制。图源@文献[9]
有了淡水,植物自然会占据岛屿,进一步吸引昆虫、鸟类繁衍生息。而动物粪便和动植物遗骸腐烂产生的有机质,又会加速灰砂向土壤转变,促使更高级的植物落地生根。
原本荒芜的珊瑚乱葬岗,也便重新富于生机。
西沙宣德环礁七连屿的灰砂岛和植被 | 远处两个较小的灰砂岛规模太小,植被不丰,或许是露出海面时间不久,也可能是淡水规模太小。其他较大的岛屿上则郁郁葱葱。图源@VCG
较稳定的大岛往往有着丰富的地下水和茂盛的植被,例如永兴岛。它不仅是南海诸岛里最大的岛屿,也有较丰富的地下淡水资源,养活了种类繁多的的野生动植物[10]。但由于频繁的人类活动和无序利用,地下水资源现已遭到破坏,不再适宜饮用。
西沙宣德环礁永兴岛航拍 | 左上方的小岛名为石岛,现在已因填海与永兴岛连成一体。石岛不是灰砂岛,而是南海地区唯一的石灰岩岛屿,由古代灰砂岛上的砂丘转化为岩石形成。图源@VCG
又如甘泉岛,因地下水甘甜爽口而得名。至少在唐宋时期,先民们就在岛上开凿水井,作为一处取水、居住之所,遗留下大量铁锅、陶器碎片和食物残渣[11],相关遗迹留存至今,是我国最南边的文物重点保护单位。
从海面远眺甘泉岛 | 碧蓝的海水宛若宝石,葱郁的植被充满生机,难以想象古人在这个小岛上曾经过着怎样的生活。图源@VCG
从生到死,珊瑚完成了自己的使命,将身躯转化为南海诸岛。从死到生,裸露的灰砂岛因蓄积地下水,而变得生机盎然。生存与死亡,以这样的方式在南海演绎了数千万年。但这一切还缺少重要的一环:是什么在带着珊瑚和珊瑚礁沉浮于海?
答案隐藏在南海的波涛之下。
02
走向死亡的火山

南海其实可以算做中国火山最多的国土,只是它们都隐藏在海水以下。
遥远的岁月里,大规模的岩浆曾经从南海海底的薄弱处喷出。岩浆活动既帮助南海海盆在大约3400万年前开始扩张变深,也在1600万年前扩张结束后,继续制造数不胜数的大小火山[12-15]。
当代海底火山喷发景象 | 岩浆遇到冰冷的海水,快速转变为细小的碎渣,堆积成水下火山,并可以随波逐流,散布在范围巨大的海底。图源@NOAA/美国国家海洋和大气管理局
如果喷发足够强大和持久,火山便会越堆越高,甚至露出海面形成火山岛。
日本东京都小笠原群岛的Nijima火山岛喷发场景和增长过程 | 这是近年来日本新喷发形成的一个火山岛,从2013年11月持续到2017年,形成一个面积达2.43平方千米的火山岛。2018年1月,日本政府宣布国土面积增长了2.32平方千米,很大程度拜该岛所赐。下图中的“平成25年”是2013年。图源@日本海上警卫厅、日本国土地理院
高尖石岛是整个南海四大群岛中,唯一一个火山岩岛屿,虽然只有五、六米高,但却是南海古代火山活动的一个缩影[16-17]。它曾是海面上的一座小火山,最近一次喷发可能是170万年前。海浪早已将火山的山体冲刷殆尽,仅留下一个小岛,述说过往。
高尖石岛影像 | 作为南海四群岛中唯一的火山岛,它有着与其他岛屿截然不同的深色外观。图源:社交媒体截图。
类似的火山遗骸遍布南海,这些死亡的古老火山给南海带来两种景观,分别是海面之下的海山,和海面附近的环礁。
在水深超过4000米的南海海盆,众多海底火山犹如定海神针拔“地”而起,成为四壁陡峭的海山。仅在海盆中部,高出海底1000米以上的海山有20多座,高于海底400-1000米的海山则有27座[18]。
西沙和南沙海域也有不计其数的低矮海山和海丘,它们中的一部分可能是死去的火山,但也有一部分可能是被淹没的陆地丘陵[19-21]。
南海海底地形立体模型 | 图中海底最深、相对平坦的范围是南海海盆,那些从海底升起的细柱即为海山,尤其以南海海盆中部的海山最为明显,属于中沙群岛的范畴。在南沙和西沙海域,也可见一些略小的海山。海底火山是海山的主要成因,特别是在远离大陆架的深海。在大陆架和陆坡附近,海山也可能由陆上丘陵转化而来。图源@文献[22]
环礁则是更为人们熟悉的景观,它的形成常常与海底火山有着密切的联系。
当一座新生的火山从海底诞生,它会首先堆成一座海山。海山越长越高,冲破海面后便转变为火山岛。如果这个火山岛恰好出现在热带海域,珊瑚很快就会在它的四周生长,形成裙礁。
印度尼西亚班达群岛的裙礁景观 | 班达群岛是一系列依然年轻的火山岛,它们的周围生长了珊瑚礁,像短裙一样“遮盖”着火山岛的沿岸,被称作裙礁。图源@VCG
时过境迁,当火山完全停止喷发后,火山岛也就不再长高扩大。它会在海浪冲刷和海底沉降的双重作用下,渐渐下沉,启动死亡的进程。
如果火山岛沉降得较慢,裙礁会继续向上生长,最终把火山岛包围起来,形成堡礁和潟湖。
法属波利尼西亚的波拉波拉火山岛及其周围的堡礁 | 堡礁阻挡了来自外海的海浪,白色的浪花围绕堡礁破碎。这里水流强劲,氧气充沛,常有上升流带来营养物质,所以是珊瑚生长的理想场所。在堡礁内,是水体较安静的浅水潟湖。图源@VCG
火山岛如果继续缓慢沉降,最终消失于波涛中以后,围绕它的堡礁便有了新的名字,环礁。在环礁内部,昔日曾经是岛屿的位置,如今却变成了巨大的礁盘或者潟湖。
这一演化规律最早由达尔文提出,现已成为解释环礁形成的经典理论,被人们广泛接受。而它实际上就是一座火山岛从生到死的一种常见方式。
火山岛和珊瑚礁的不同演化阶段可以对应不同的岛屿 | 海底地壳并不是铁板一块,同样存在地壳运动,带着火山一起沉降或抬升。图源@IPCC AR5 报告
黄岩岛就位于一个巨大的环礁上,礁盘最大直径约23千米,中心潟湖最大直径约17千米,最深处20米,最高的礁盘距离海面也有半米以上的距离[23],只有在低潮时才会有几块小礁石露出海面,看起来其貌不扬。
黄岩岛卫星影像 | 2004年拍摄的黄岩岛卫星影像。图源@Wikimedia
但在海平面以下,它却是一座巨大的海山,底部直径最宽处超过50千米,顶底垂直落差超过4200米。这是一座从海底崛起的大型火山,无论是底部宽度还是顶底落差,都要远大于中国陆上最大火山,长白山。它的最近一次喷发大约发生在700万年前[21, 24],随后便再无喷发,渐渐沉到水下,变成环礁,走向死亡。
黄岩岛海山及其周围区域的海底地形立体图和海底剖面解释 | 黄岩岛是一个巨大的海底火山,顶底高差达到4000米。在它的底部,探测到了大规模的火山侵入岩体和岩浆上涌通道。珍贝海山的顶面位于水下1480米,涨中海山的顶面位于水下1290米[26]。图源@文献[24]
位于西沙群岛永乐环礁的琛航岛也已被证实存在火山成因。在880米厚的珊瑚礁石灰岩下方,有着1900万年前的火山喷发产物[16, 25],这说明永乐环礁至少曾有过一座古火山,只是如今早已死亡,随海底缓缓沉降,被数百米厚的珊瑚礁石灰岩深深埋藏。
西沙群岛永乐环礁 | 琛航岛位于上图环礁的八点钟方位,而著名的永乐蓝洞则位于四点钟方位。图源@VCG
黄岩岛和琛航岛体现了一种缓慢的火山死亡方式,火山沉降的速度小于等于珊瑚礁向上生长的速率,后者可以一直处于浅海的环境里,保持环礁或礁盘的模样。
若火山突然加速沉降,超过珊瑚礁向上生长的速率,就会让珊瑚礁一起殉葬。在西太平洋,人们叫它平顶海山(guyot),那些原本在海面附近形成的珊瑚礁,现在已经沉入数百甚至数千米深的海底[27-28],在黑暗、高压和低温的海水里逐渐死亡。
平顶海山结构示意图 | 砖块纹表示的是珊瑚礁石灰岩,它们原本在海面附近缓慢生长,后因火山快速沉降而没入深渊,在顶部堆积远洋深海沉积物。图源@文献[28]
人们在南海发现了许多平顶海山[19],甚至连顶部不那么平整的玳瑁海山,也通过钻井采样证实具有类似的地层结构[26]。它的山顶现在已经位于1978米深的水下,说明南海的火山常常带着自身顶部的环礁一起步入深渊,这是一种激烈的死亡方式。
南海海盆中部主要海山的位置分布图 | 玳瑁海山位于南海海盆北部。图源@文献[30]
缓慢和激烈的火山死亡方式在南海共存,左右着珊瑚的命运,同时造就了南海的海面环礁和深海海山,将南海塑造成今日的模样。
南沙群岛司令环礁航拍 | 有一种观点认为,南沙海域的“岛下必有火山”[29],但目前我国学者并没有本区的钻井资料来证实或者证伪。图源@VCG
除了死亡的火山,南海同样也有着沉没的陆地和丘陵[29,31-35],它们用更加庞大的身躯承载珊瑚的生长,在更大的时间跨度上左右珊瑚的命运。历经数千万年,形成了西沙和中沙的大型珊瑚礁群。从某种意义上,这也是一种死亡,是大地陆沉式的死亡。
火山的死亡和陆地的死亡,最后全都汇聚到珊瑚的死亡上;各种宏大的或者细小的力量彼此交融,最终也全部汇聚到了珊瑚的身上。
珊瑚,就这样被强行赋予了一种重任,在自身努力奋斗成更大的珊瑚礁时,也被纳入了南海演变的历史大进程,塑造了今日我们可以感知的南海诸岛。
西沙永兴岛海滩 | 细腻的珊瑚砂和大块的珊瑚砾混合在一起。常年的海浪负责堆积细砂,偶尔发生的强浪负责堆积大块珊瑚。图源@VCG
无论南海将要去向哪里,珊瑚就在那里。
无论南海的火山会变成什么样子,珊瑚礁们就在那里。
无论生还是死,珊瑚都会在那一抹遥远的蔚蓝里,继续谱写南海的故事,留给人们去不断探寻,直到天荒地老。
| END |
策划撰稿 | 云舞空城
视觉设计 | 陈随
图片编辑 | 谢禹涵
地图设计 | 巩向杰
内容审校 | 王朝阳
封面来源 |VCG
【本文参考文献】可滑动查看
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[2] 海南日报海南周刊. 讲述《更路簿》的前世今生. 2019-01-20. 搜狐网. (https://www.sohu.com/a/290297121_99924500)
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原标题:《南海诸岛从何而来?》
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