黑海尋古

2021-11-30 07:52

大自然探索 2021年10期

一艘滿載油罐和香料、23米長的希臘商船穿行在各個獨立城邦國之間，這些城邦國分布在地中海東端上方的黑海沿岸。不料風暴突起，海浪撲向這艘木制船的甲板。船上的大約25名海員奮力自救，但在距離當今保加利亞沿岸城鎮(zhèn)伯加斯80千米的海上，商船最終沉到海底，被人遺忘。

2017年秋季，在一次歷時3年的調(diào)查中，考古學家發(fā)現(xiàn)了躺在黑海海底、幾乎完整的這艘船。碳14測年結(jié)果表明，它沉沒于伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭（在公元前431到公元前404年間，斯巴達和雅典之間爆發(fā)的戰(zhàn)爭）期間?？脊艑W家說，這是迄今已知最古老而又完好的沉船，其完好的保存狀態(tài)會讓人相信它是在僅僅幾個月前才沉沒的。

兩千多年前的古船就像是幾個月前才沉沒的

在這3年的探險調(diào)查期間，考古學家發(fā)現(xiàn)了這艘船的至少66塊殘片。得以完好保存的船繩、船帆等船具和船的裝飾等，正在深化考古學家對古船設計的了解。在此之前，這方面的了解幾乎都來自對當時花瓶及其他物品表面所刻畫船只形象的推斷。不僅考古學家，而且地質(zhì)學家也從這次考察中大有收獲，因為調(diào)查結(jié)果還揭示了黑海的形成原因和極端狀況。

探險之旅

2015年，由來自15個國家的水下考古學家、地質(zhì)學家和工程師組成的一個70人團隊開始探索黑海，為其中超過200平方千米的海底繪制地圖。該項目的名稱是“黑海海洋考古計劃”，英文字母縮寫為“黑海測繪”。該項目的主要目的是查明在大約1.2萬年前且距今最近一次冰期后海平面的上升怎樣殃及黑海沿岸的早期文明。

黑海測繪項目的目標之一是調(diào)查黑海的起源，以及它怎樣變成像今天這樣分層、缺氧和有毒的海洋?？脊艑W家對這次調(diào)查也充滿期待，但沒想到竟然會有這么大的收獲——2016年秋，黑海測繪團隊一次性發(fā)布了對至少40艘黑海沉船的船骸檢測報告，這些船的沉沒時間從公元10世紀的拜占庭帝國時期到20世紀才終結(jié)的奧斯曼帝國時期都有。

投放“調(diào)查攔截者”

但最大的驚喜來自2017年秋季的第三次，也是最后一次調(diào)查。當時，在大約2000米深的黑海底，調(diào)查船攜帶的水下機器人之一——“調(diào)查攔截者”發(fā)現(xiàn)了一塊23米長的船骸，其中一小部分被帶到水面，科學家對它進行碳14測年。這種技術檢測的是不穩(wěn)定的碳同位素——碳14的衰減。

碳14存在于有機物質(zhì)（例如骨骼和木頭）里，有機體在存活期間會持續(xù)吸收新的碳14。一旦有機體（例如木頭被砍伐后）死亡，碳14就不僅不會再被吸收，而且會轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的氮14。這艘古希臘商船木料樣本中的碳14數(shù)量在幾千年前減半?？紤]到測量誤差，科學家最終認為用于制造此船的樹木被砍伐于公元前4世紀。這意味著這艘船是已知最完整、最古老的船。

考古學家相信，這是黑海作為古希臘繁忙貿(mào)易路線時期的一艘古希臘商船。事實上，此船與一些同時期古希臘花瓶和壁畫上刻畫的船很相似。這些花瓶中最具代表性的是塞壬（半人半鳥的女海妖）花瓶，它刻畫了奧德修斯（荷馬史詩《奧德賽》中的主人公，曾指揮特洛伊戰(zhàn)爭，獻木馬計，使希臘獲勝）被綁在船桅上，面對海妖誘惑時的場景，而花瓶上的船與這艘商船看起來很像。

古希臘塞壬花瓶上描繪了同樣的商船

古希臘商船（還原圖）

雖然此船的船齡很老，但甲板上的船桅、船槳和劃船椅依然完好?？瓶即拖滤倪b控機器人抓拍到了這艘海底古商船的成千上萬幅高像素照片，后來這些相片被合并成三維模型。

同位素測年顯示，制造此船的樹木被砍伐于公元前4世紀

時間機器

參與黑海測繪項目的考古學家在科考船“斯特里爾探險者號”上觀察出現(xiàn)在海底的古商船船骸。隨著遙控機器船（機器人）探索相關海底，科學家在科考船的甲板上盯住電腦屏幕上由機器人傳回的數(shù)據(jù)。這些機器人配備了高像素相機、光源和先進聲吶，能借助聲學信號準確繪制海底地圖。考古學家表示，這個過程讓他們感到仿佛回到了從前。

古希臘人稱黑海為敵海，可能是因為黑海上經(jīng)常突發(fā)風暴，水霧彌漫，但研究發(fā)現(xiàn)，黑海底卻相對“平靜”得多。在大多數(shù)海洋中都有沙蟲、海蟻和食碳細菌，它們和氧一起緩慢分解沉船，木制沉船通常在沉沒百年后就會被徹底分解，消失無蹤。但黑海測繪項目揭示，在黑海里，沉船在無氧和幾乎無菌的環(huán)境中得以長期保存。

黑海從海面下大約200米再往下就無氧了。黑海深處的硫化氫（有毒）濃度在地球海洋中最高，只有為數(shù)不多的微生物能在這里存活，這就讓黑海海底成為沉船的理想保存地。黑海海底之所以會這樣，是因為黑海通過博斯普魯斯海峽與地中海相連。這條長約33千米的海峽經(jīng)過土耳其最大城市伊斯坦布爾，海峽最窄處的寬度僅為750米，水深從未超過110米。這條海峽就像一道閥門，每年有來自黑海的大約385立方千米淡鹽水（由鹽水和來自河流的淡水組成）通過它流出，但只有來自地中海的175立方千米的海水通過海峽流進黑海。因為海水密度隨鹽濃度增加而增大，所以最具流動性的淡鹽水總是位于黑海的海水頂層，而黑海其他深度的海水完全靜滯，不被置換。缺乏新鮮水循環(huán)和缺乏由新鮮水補充的氧，黑海中90%的體積變成了無氧區(qū)，生命在這些地方很難生存。但與此同時，黑海保存船骸的能力則無與倫比。事實上，在其他海洋里，一旦深度超過2000米，就不可能有完整的船骸保存下來。

機器人測繪黑海海底

尋找大洪水

除了已知世界上最古老的船骸，在黑海海底迄今還發(fā)現(xiàn)了其他65艘船的船骸。但黑海測繪項目的主要目的并非是尋找古船，而是通過掃描大片海底來尋找有關黑海起源的線索。通過在黑海最底層提取的超過400個鉆芯，科學家可以分析黑海的起源時間和起源方式。這對于證實或推翻一種爭議很大的理論來說很重要。

1998年，兩名美國地質(zhì)學家提出一種理論：黑海起源自一場自然災難。他們聲稱，在上一次冰期過后，每天都有來自地中海的40立方千米海水通過博斯普魯斯海峽撲向內(nèi)陸。僅僅過了300天，海水就淹沒了由冰川融水形成的一個淡水湖周圍的肥沃平原，由此形成一個由被隔絕和靜滯的海水組成的海洋。原先的湖岸被向內(nèi)陸推進了大約1.5千米，湖區(qū)居民被迫遷徙。

提取海底鉆芯（示意圖）

這兩名地質(zhì)學家還說，有關這場大洪水的口頭記錄代代相傳，最終在大約公元前900年演變成諾亞方舟傳奇。但隨著黑海測繪團隊向下鉆探得越深，提取到海底更深處的鉆芯，他們發(fā)現(xiàn)了更準確的解釋。海底不同區(qū)域不同地層的年代可通過沉積物顆粒來測定，這些顆粒中還包含有關過去氣候、海水溫度、全球洋流變化、海水鹽度和海面高度的大量信息，科學家可據(jù)此推測黑海成因。

鎂來證明

“斯特里爾探險者號”提取的黑海海底鉆芯被送往專業(yè)實驗室檢測。檢測采用的鉆芯掃描儀用X射線轟擊鉆芯樣本，X射線迫使樣本中的原子發(fā)出熒光輻射，輻射被探測器接收，并且被轉(zhuǎn)化為科學家可以解讀的數(shù)字信號。

鉆芯中的鉀和鎂等元素含量，能提供有關氣候的不同方面信息。海水中存在鎂，通過檢測不同鉆芯中的鎂的濃度，科學家能證明來自地中海的鹽水自何時開始流入黑海，以及形成一個盆地需要多長時間。

鉆芯樣本中的鎂元素幫助科學家追溯黑海的歷史

黑海測繪團隊現(xiàn)在已經(jīng)能確定黑海并非形成于某個短期自然災害。對黑海海底鉆芯的研究仍在繼續(xù)中，但現(xiàn)有研究成果已經(jīng)表明，地中海對博斯普魯斯海峽的淹沒是在從公元前1.6萬年到公元前1萬年之間的成千上萬年中逐漸發(fā)生的。不過，雖然黑海的形成并非陡然，但海面升高的確造成了嚴重后果。

廢棄定居點

在黑海測繪項目終止前不久，項目團隊終于發(fā)現(xiàn)了他們當初要找尋的證據(jù)。在已被海水淹沒、原本是一個山谷的海底，他們發(fā)現(xiàn)了一個青銅器時期的定居點，它在公元前3000年到公元前1200年被黑海淹沒。通過向海底發(fā)射聲學信號（聲學信號的反射差異能揭示不同的物體），科學家辨識了被埋在海底泥漿下2.5米深處的木頭、陶瓷和火爐。科學家還發(fā)現(xiàn)，這個定居點曾經(jīng)演變成了一個港口。

在成千上萬年時間里，隨著黑海淹沒該地區(qū)，頂層海水變成了該地區(qū)的“食品儲藏室”：富含氧的上層海水中充滿生物，其中包括180種魚。但頂層富含營養(yǎng)的海水仿佛組成了一個蓋子，讓海水深處的生物窒息而死。為什么這么說？當來自河流的營養(yǎng)水流入黑海，細菌采用水中溶解的氧來氧化養(yǎng)分，這樣一來細菌吸收養(yǎng)分會更容易。當所有溶解氧被耗盡后，細菌開始剝離海水中硫酸鹽的氧原子，由此產(chǎn)生的強毒性硫化氫殺死了其他所有生物。

現(xiàn)在各種跡象都表明，缺乏營養(yǎng)的深層海水可能會在將來某個時期占據(jù)整個黑海。一些科學家的估算結(jié)果是，黑海頂層深度在過去60年里已經(jīng)從140米減少到90米。這意味著，如果不及時采取措施，黑海漁業(yè)就可能遭受毀滅性打擊。

毒海水能保留過去

黑海海底的硫化氫和缺氧環(huán)境有效抑制了沉船腐爛

在大片無氧的黑海海底，完全不見海蟻、沙蟲和食木細菌。由于黑海海水分層，食硫細菌毒化海水，導致其他生物無法存活，反而讓沉沒的古代木船能夠保存完好，千年萬年都不腐

淺淺的海峽是黑海的唯一調(diào)控者

黑海盆地包含大約54.7萬立方千米的海水，它們只能通過750米寬、最多只有110米深的博斯普魯斯海峽逃逸。海峽水上層是河水和鹽水的混合淡鹽水，下層是來自地中海的鹽水。窄窄的海峽意味著，每年只有大約0.14%的黑海海水能被置換

水密度的差異導致各海水層區(qū)別明顯

高濃度的鹽分子賦予黑海海水各層不同的密度。頂層100米海水中鹽濃度為1.7%～1.8%。再往下幾米，鹽濃度就上升到2.1%。這種濃度差異形成一道屏障，阻止不同層海水混合，因此黑海深層水得不到來自上方的氧

細菌用毒氣消滅了其他所有生命

黑海深層水中原本有氧，但在成千上萬年里細菌用氧分解從上層海水落下的養(yǎng)分，隨后又開始剝離硫酸鹽的氧原子，吸收氫而形成有毒的硫化氫。這種毒素導致海底一切生命銷聲匿跡，只有一些非常堅韌的細菌除外

“調(diào)查攔截者”

速度為15千米/時的“調(diào)查攔截者號”水下機器人在現(xiàn)有的同類型機器人中速度最快。這一遙控船已經(jīng)掃描了黑海底1250千米長的地帶，在此過程中，它還必須盡快處理數(shù)據(jù)

淺淺的海峽是黑海的唯一調(diào)控者

為準確記錄盡可能多的海底細節(jié)，“調(diào)查攔截者號”配備了3部超高解析度相機，這些相機拍攝了上萬張照片。激光掃描儀測量不同深度的海底維度，方法是產(chǎn)生由數(shù)百萬個點組成的點陣，點陣被疊加到超高解析度照片上，通過攝影制圖軟件轉(zhuǎn)換為3D模型。LED燈和頻閃燈確保圖像清晰，圖像拍攝一般是在海底上方5米處進行的