每年30亿吨！马里亚纳海沟正在大量吞入海水，为何海平面不降反升

地球上最深的地方正在"喝水"。科学家发现，马里亚纳海沟每年吞噬的海水量远超我们的想象，保守估计超过30亿吨。按这个速度，几亿年下来，海洋岂不是要被抽干？

但奇怪的是，全球海平面不仅没有下降，反而在过去一百年里上升了超过20厘米。这水到底去哪儿了，又从哪儿冒出来的？

海沟"吞水"这件事，到底是怎么被发现的

这个发现要追溯到2018年，发表在《自然》杂志上的一项研究彻底颠覆了科学界对地球水循环的认知。

华盛顿大学的地球物理学家陈蔡一行人，在马里亚纳海沟附近部署了一套由19个海底地震仪组成的观测网络，同时在周边7个岛屿上安装了陆地地震监测站。他们的目标是监测俯冲带的地震活动，但在分析数据时，发现了一个意想不到的现象：地震波在穿过俯冲板块时，速度明显变慢了。

地震波减速意味着什么？这说明那些正在俯冲的岩石里含有大量的水。因为水会降低岩石的密度和刚性，就像海绵吸饱水之后变软一样，含水的岩石会让地震波"跑不动"。通过精确测量地震波的速度变化，科学家可以反推出岩石的含水量。

结果让所有人大吃一惊。此前的模型认为，俯冲板块能携带的水主要集中在浅层的沉积物和洋壳中，深度大约只有几公里。但新数据显示，水渗透的深度远不止于此，它一直渗入到了地幔顶部，深度达到30公里以上。这意味着，俯冲带携带进入地球内部的水量，是之前估计值的三倍多。

仅马里亚纳海沟一个俯冲带，每百万年就会把大约3×10^12吨的水带入地幔。换算成年均值，大约是30亿吨。全球一共有5.5万公里长的俯冲带，如果都按类似的速率计算，每年被地球"吞掉"的海水总量可能达到数百亿吨。

这个发现引发了一个严肃的问题：这么多水进去了，地球的水收支平衡怎么维持？如果只进不出，海洋迟早会缩水。但现实显然不是这样，所以一定有什么机制在往外"吐水"。

水是怎么被"吸进"地球的？

要理解这个吞水机制，咱们得先搞清楚俯冲带是怎么运作的。

地球的外壳不是一整块，而是由十几个大板块和若干小板块拼成的，它们漂浮在黏稠的地幔上方，像冰块浮在水面上一样。这些板块在不断移动，有的地方互相挤压，有的地方互相分离。俯冲带就是两块板块"正面硬刚"的地方，其中一块被迫向下弯曲，钻到另一块的下面去，这个过程叫俯冲。

马里亚纳海沟就是地球上最典型的俯冲带。太平洋板块在这里俯冲到菲律宾板块之下，每年大约移动3到4厘米。听起来很慢，但在地质时间尺度上，这个速度已经相当可观了，过去5000万年里，太平洋板块在这里已经俯冲了超过1500公里。

俯冲的板块并不是干燥的。海洋板块的表面覆盖着几百米厚的沉积物，沉积物里充满了水。板块本身的洋壳也有很多裂隙和孔隙，里面灌满了海水。

当板块开始弯曲下沉时，弯曲会产生巨大的拉伸应力，让岩石里产生大量新的裂缝，就像掰弯一根干树枝时它会开裂一样。这些新裂缝会像毛细血管一样把海水吸进去，一直渗透到地幔岩石中。

海水进入岩石后，不会以液态水的形式存在太久。随着板块俯冲到更深处，温度和压力不断升高，水会和岩石中的矿物发生化学反应，形成一类叫做"含水矿物"的东西，比如蛇纹石、绿泥石、角闪石等。这些矿物的晶体结构里"锁"着水分子，就像把水封装进了一个个小保险箱里。这样，水就可以随着板块一起被带到几十公里、甚至几百公里的深度。

这就是地球"喝水"的机制：俯冲板块像一条缓慢移动的传送带，把海水一点一点搬运到地球内部，以矿物结合水的形式储存起来。整个过程不知不觉，但日积月累，量非常惊人。

地球也会"吐水"：火山和洋中脊的逆向循环

既然水能进去，自然也能出来。问题是，水是怎么从地球深处跑回地表的？答案藏在火山和洋中脊里。

先说火山。当俯冲板块下沉到大约100公里深度时，温度会升高到600到700摄氏度。在这个温度和压力下，之前锁在矿物晶格里的水开始被"挤"出来。

这些释放出的水会渗入上方的地幔楔，也就是俯冲板块和上覆板块之间的那块地幔区域。水的加入会显著降低地幔岩石的熔点，就像在冰里加盐会让冰更容易化一样。于是，部分地幔岩石开始熔化，形成岩浆。

这些岩浆比周围的固态岩石轻，会慢慢向上浮起，最终从地表喷发出来，形成火山。每次火山喷发，除了岩浆和火山灰之外，都会释放大量气体，其中水蒸气是最主要的成分，通常占火山气体总量的60%到90%。1991年菲律宾皮纳图博火山喷发，一次性向大气层释放了约2000万吨的水蒸气，这还只是一座火山、一次喷发。

全球现有活火山约1500座，平均每年有50到70座处于活跃喷发状态。粗略估算，每年通过火山活动返回地表和大气的水量在数亿吨的量级。

再说洋中脊。洋中脊是板块分离的地方，在这里，地幔岩石上涌，形成新的洋壳。这个过程伴随着大量的热量释放，洋中脊附近遍布着热液喷口，海底的"温泉"。这些喷口会喷出温度高达400摄氏度的热液，里面除了各种溶解的矿物质，还有大量从地幔深处释放的水。

更重要的是，洋中脊的岩浆本身就含有水。地幔岩石并不是完全干燥的，它含有大约0.01%到0.1%的水（以结合水的形式存在）。当地幔在洋中脊下方发生部分熔融时，这部分水会优先进入岩浆，最后随着岩浆凝固和冷却，以热液的形式释放出来。每年全球洋中脊产生的新洋壳大约是3.4平方公里，伴随这个过程释放的深部水量也在亿吨级别。

所以，地球的水循环不只是"海洋—大气—陆地"这个你在课本上学过的表面循环，还有一个更深层、更缓慢的"表层—地幔—表层"大循环。水从俯冲带进入地球，在地幔中待上几百万到几亿年，然后从火山和洋中脊返回地表。这两个方向的流量大致相当，维持着一个动态平衡。

那海平面上升是怎么回事？

搞清楚了地球吞水和吐水的机制，咱们再来看海平面的问题。

海平面变化是一道加减法：一边是海洋得到多少水，另一边是海洋失去多少水。只要得到的比失去的多，海平面就会上升。

过去一百年，全球海平面上升了约20厘米。这个上升不是因为地球"吐"出的水突然变多了，也不是因为俯冲带"吞"得变少了，而是因为另外两个因素的影响远远盖过了深部水循环。

第一个因素是冰川融化。地球上大约有2400万立方公里的冰，其中90%以上集中在南极洲。过去一个世纪，全球气温上升了约1.2摄氏度，导致格陵兰和南极的冰盖、以及全球各地的山地冰川都在加速融化。

格陵兰冰盖每年损失约2800亿吨冰，南极每年损失约1500亿吨。这些融化的冰以每年几千亿吨的速度涌入海洋，相当于每年往海里倒进一个太湖那么多的水。

第二个因素是海水的热膨胀。水有一个特性：温度升高时体积会膨胀。海洋吸收了全球变暖产生的多余热量的90%以上，导致海水温度上升，体积膨胀。这种膨胀不需要增加一滴水，就能让海平面上升。据估算，热膨胀贡献了过去海平面上升总量的约40%。

现在咱们来对比一下这几个数字的量级。马里亚纳海沟每年吞入30亿吨海水，全球俯冲带加起来可能是几百亿吨。听起来很多，但相比于海洋的总水量，13.86亿立方公里，也就是1.386×10^18吨，几百亿吨只是个零头，大约是总量的千万分之一。而且，火山和洋中脊每年吐出的水量与之相当，两边基本抵消。

但冰川融化就不一样了。每年4000多亿吨的冰融化入海，这是一个净增量，没有什么机制能把它抵消掉。热膨胀也是净增量——只要地球继续变暖，海水就会继续膨胀。

所以答案就很清楚了，俯冲带吞水和火山吐水是地球几十亿年来一直在进行的"内循环"，进出基本平衡，不会导致海平面显著变化。但冰川融化和热膨胀是过去一百多年才突然加剧的"新变量"，它们产生了巨大的净增量，压过了一切自然调节机制，推高了海平面。

结语

30亿吨水听起来惊人，但地球是一个闭合系统，进的水迟早会出来。真正改变海平面的，不是这些古老的地质循环，而是我们在过去一百年间往大气里排放的二氧化碳。相比俯冲带吞水的速度，冰川融化的速度快了不知多少倍，这才是我们应该担心的事。