图1 古人心目里的世界中心。A.古代中国的“中原大地”，周围是海；
B. 古希腊的地中海，出了直布罗陀海峡是大海洋
一、海洋究竟多大
人类是陆生动物，早先不知道、也不关心海洋有多大。早期文明里，人类活动的范围很小，又没有地“球”的概念，都以为自己生活在世界的中心。
所不同的是中心的性质：古代中国人以为是中原大地，古希腊人却以为是地中海（图1），正是这点海陆的区别，埋下了东西方文化差异的种子。
在这中心之外的海洋就是神怪世界，《山海经》里长翅膀、甚至没有头的人，就生活在这海外世界里。自古以来，大海也就是世界的尽头。11世纪时，62岁的苏东坡贬谪海南，面对着大海嗟叹“天涯海角”。在欧洲，地中海联通大西洋的直布罗陀海峡便被以为是世界的尽头，海峡入口的岩崖上刻有拉丁文古训“Nec Plus Ultra”（不得再前），警告航行者到此止步。
要等到16世纪“地理大发现”发端，才由西班牙国王、神圣罗马帝国的皇帝查理五世（Charles Ⅴ），改为“Plus Ultra”（继续向前），鼓励航海家冲出地中海去探索大洋。正是这位查理五世皇帝，出手资助麦哲伦（Ferdinand Magellan），实现了首次环球航行。
世界海洋有多大现在很清楚：3.6亿平方千米！但是古人不相信海洋有那么大，“上帝造这么多海洋做什么！”至少花了一千几百年人类方才明白，地球表面71%是海洋。
最早的世界地图出在公元2世纪的罗马帝国时期，埃及亚历山大城的希腊学者托勒玫（Claudius Ptolemy）编制了第一张有经纬度的世界地图，世称“托勒玫地图”（图2）。今天看来，此图最大的缺点是海洋太小，缺少了太平洋，以及美洲和澳洲。
图2 托勒玫地图。原载于《地理学》巨著中，已散失，此图系1482年恢复。
然而正是托勒玫地图的这种缺陷，成就了哥伦布（Christopher Columbus）的发现。
15世纪中期东罗马帝国灭亡，土耳其人和阿拉伯人控制了通往东方的商路，切断了欧洲人香料和丝绸的来源。有位意大利航海家哥伦布，奉了西班牙国王之命去开拓新航路，目的地是印度和中国，并且订有合同：新发现的领土归国王和王后，所得金银财宝的10%归哥伦布并一律免税。哥伦布的勇气来自地图：他相信地球是圆的。
好在当时用的地图也是错的：欧洲的对面就是亚洲，从西班牙往西走就可以到达印度和中国，根本想不到中间还有一个太平洋和美洲。不难想象，假如哥伦布当年知道了地理真相，大概是不敢去冒这个险的。
1492年10月12日凌晨，哥伦布带领三艘西班牙帆船，经过70昼夜的艰苦航行，终于跨越大洋，登上了中美洲巴哈马群岛的陆地。可是，他却以为到的是印度的岛屿，把当地的原住民当作印度人。所以，直到今天美洲原住民还被称作“印第安人”，这一带的岛屿也都被叫作了“西印度群岛”。
这怪不得哥伦布，因为15世纪没有人料到海洋有那么大，没有人知道还有个太平洋。真正发现和穿越太平洋，要等到16世纪的葡萄牙航海家麦哲伦。麦哲伦也是奉了西班牙国王之命，1519年率领探险队横渡大西洋，沿着巴西东海岸南下，绕过今天的麦哲伦海峡进入太平洋，1521年3月到达菲律宾群岛，成功地穿越了太平洋，最后于1522年回到西班牙，完成了人类历史上第一次环球航行。
所以说“哥伦布发现新大陆”这句话常常有人质疑，因为从“殷人东渡”起，历史上有各种各样亚洲人、欧洲人到达美洲的传说。将近20年前，有一位英国退休船长孟席斯（Gavin Menzies）还著书立说，论证美洲是郑和发现的，此话虽然不见得靠谱，却从侧面反映了中国古代的航海水平。
历史上真的“发现”美洲的是哥伦布的同胞，另一位意大利航海家亚美利哥·韦斯普奇（Amerigo Vespucci）。他在1502年提出，这里并不是亚洲，而是一片原来不知道的新大陆，后来这片新大陆也就用他的名字命名为“美洲”（America）。假如当年哥伦布没有搞错，那么美洲就应该叫成“哥洲”，今天的美国也就成了“哥国”。
二、内大洋和外大洋
太平洋的发现非同小可，因为太平洋和大西洋不属同一个等级。太平洋面积近1.7亿平方千米，几乎占世界大洋面积的一半，大西洋面积0.85亿平方千米，只相当于太平洋的一半，但是更重要的是性质不同。
地球上的大陆时分时合，现在五大洲是“分”的时候，两亿年前世界大陆合成一个“联合大陆”或者叫“超级大陆”，相应的也就是一个“超级大洋”，太平洋就是当年的超级大洋，而大西洋是超级大陆分裂的产物，所以两者不是一个世代的产物。不仅资历有别，大洋的边界也完全不同。大洋分成两类：外大洋和内大洋（图3）。
图3 现代地球上两大类型五大洋。
太平洋是唯一的外大洋，也就是原来的超级大洋；大西洋属于内大洋，是超级大陆内部分裂产生的大洋。太平洋周围都是板块的俯冲带，有强烈的火山地震活动，周围发育沉积盆地属于“活动大陆边缘”（图1.3的橙色）；大西洋周围是沉积盆地，属于“被动大陆边缘”（图1.3的青色）。这些都是板块运动的表现，到后面还有机会进一步讨论。
看图3就知道，现代地球上的五大洋，只有太平洋属于外大洋，其余的大西洋、印度洋、南大洋和北冰洋都属于内大洋，都是当初超级大陆崩解的产物。其中印度洋面积0.7亿平方千米，占世界大洋面积的1/5，平均水深3700m，略小于太平洋的3970m，但超过大西洋的3650m，这三者加起来占全大洋海水总量的93%，也即通常所说的世界“三大洋”。
相比之下，北冰洋面积不到0.16亿平方千米，平均水深1200m，只有全大洋1.4%的水量。至于南大洋，介于南极洲和南极圈（60°S）之间，其实是太平洋、大西洋、印度洋的南端，面积不过0.2亿平方千米，是国际水文组织2000年春天做出决定，特意分出来的，理由是南大洋在全大洋环流中起着特殊的作用。
由此可见，从前说的三大洋变成了五大洋。原来以为天经地义的一些习惯数字，其实都在发生变化。太阳系有几颗行星，数目在变；地球上有几个大陆，数目也在变。从前的五大洲三大洋，现在成了七大洲五大洋，这种数字的增长，主要反映的还是概念使用的随意性。大陆的定义和大洋一样宽松：为什么紧连着的欧洲和亚洲，要说成是两大洲？为什么澳大利亚是个洲，格陵兰就是个岛？人们使用的科学概念往往并没有绝对的标准，无非取决于传统习惯或者使用的方便。
三、海洋究竟多深
让我们再回到大洋上来。16世纪的“地理大发现”也称“大航海时代”，通过全球规模的航行探险，解决了“海洋有多大”的问题。至于要回答“海洋有多深”，那就不是航海能解决的问题了。历来航海怕浅不怕深，海上行舟怕的是海水太浅，担心撞上暗礁浅滩，海底有多深都并不在意。再说，古时候海洋开发不外乎“渔盐之利，舟楫之便”，没有人关心深水海底。即便文人诗兴所至，吟唱“相思似海深”之类的诗词，也并不含有定量的意思。
图4 16 世纪的海图“Carta Marina”
其实古希腊人相信深海是没有底的，英文里深渊叫abyss，词源就是希腊文的“无底”，因此“大海多深”就成了个伪命题。1521年麦哲伦环球航行时，曾经在太平洋中部把一根731m长的绳子系上炮弹壳，丢到海里根本够不着底，于是他声明深海真的是没有底的。没有底的深海只能是个神怪世界，当时一幅最为精细的海图是北欧的“Carta Marina”（图4），出自瑞典教士芒努斯（Olaus Magnus）之手，上面就绘有不少出自水族的海怪，反映了当时人们对海洋的普遍认识。
真正的深海测量，要等到19世纪。起先还是用麻绳系上重物往海里抛，触碰海底后收回来，量到的长度就是水深。最为有名的是英国“挑战者号”（HMS Challenger）的环球航行，那时的深海考察船都是军舰，破纪录的深度是1875年在太平洋的马里亚纳海沟测到的8230m。
图5
丢绳子测深固然可以确定深海有底，但是论精度却很成问题。海水在流、船身在动，几千米的海水里绳子绝不可能垂直，重物触底的时间也并不精确。几乎与此同时，美国军舰为了探索跨太平洋通信电缆的铺设，在本州以东的日本海沟里测到更大的深度8513m，被认为是世界最大的海深，而测量使用的不是麻绳而是钢琴丝。钢琴丝比绳子细得多，投放下沉也快得多，从而将测量的效率和精度提高了一个量级。
几千米长的钢琴丝测深要用个机器，1870年代发明这台机器的人读者不会陌生：他就是大名鼎鼎的英国物理学家、皇家学会会长开尔文勋爵（Lord Kelvin），我们使用的绝对温度单位“K”就是纪念他的。不过他当时还不叫开尔文，叫威廉·汤姆孙（William Thomson），1866年因为装设第一条大西洋海底电缆有功被封为爵士，到1892年才晋升为开尔文勋爵。尽管19世纪大洋测深的精度不高，但是第一次看到了海底地貌，比如发现了大西洋中脊，成为1912年魏格纳（Alfred Wegener）提出大陆漂移说的依据之一。
不过现在所说大洋海沟上万米的真实深度，都是后来用回声测深的声学方法测出的。纵观一部科技史，改良固然有用，但是真的发展得靠源头创新，改换思路。深海测量真正的突破，就在于20世纪初利用声波测深的新思路。从船上向下方发射声波，声波到达海底反射回来，再由测深仪接收，根据传播时间计算出海底深度。海水中的声速约为1500m/s，实测一万米的水深也只要十几秒钟，因此声波测深从根本上改进了测量的时间和精度。
1912年“泰坦尼克号”邮轮撞上冰山沉没，加速了声波测深的技术发展。1950年代起，单波束测深已经在海轮上广泛使用；到1980年代，开始用多波束条带测绘（multibeam swath mapping），大幅度提高了海底测深和制图的技术。
文章来源：“赛先生”公众号
作者：汪品先，海洋地质学家、中科院院士
