站在海面上,很难想象脚下还存在另一套规模惊人的“水循环”。马里亚纳海沟最深处超过10900米,已经足够震撼,更让人好奇的是,科学研究发现,这里所在的俯冲带还会把大量水带进地球内部。
一个广为流传的换算数字是,每年约30亿吨。水既然不断往地下走,为何海洋一直没有被“抽干”?
马里亚纳海沟并不是海底开着一个巨大排水口,30亿吨海水也不是像瀑布一样直接灌入地幔。
这个数字来自科学家对板块含水量和俯冲速度等数据进行的估算,本质上计算的是“板块能携带多少水进入地下”,而不是有人真的测到了一条每年流量30亿吨的地下河。
2018年发表在《自然》上的研究利用海底地震观测发现,马里亚纳中部地区俯冲板片的水化深度比过去认识的更大,估算得到的携水量至少达到此前部分研究结果的4.3倍。
中国科学院地质与地球物理研究所随后介绍这项成果时指出,水可以沿断裂和孔隙进入海洋岩石圈,再被含水矿物带向地球深处。换句话说,真正“吞水”的不是那条狭长海沟本身,而是海沟背后的板块俯冲机器。
马里亚纳海沟位于太平洋板块向菲律宾海板块俯冲的汇聚边界。太平洋板块运动到这里后发生弯曲,随后向地球内部下沉,海沟只是这场巨大地质运动在海底留下的最醒目标志。
板块为什么能把海水带进去?可以把一块正在弯折的硬饼干想象一下,弯得越厉害,表面裂纹往往越多。海洋板块也是如此。
靠近海沟时,岩石圈发生强烈挠曲,原本致密的岩石出现断层和裂隙,海水便能够顺着这些通道进入洋壳甚至上地幔。
2025年,中国科学院南海海洋研究所团队对挑战者深渊附近的地震数据进一步分析,确认俯冲板块上地幔顶部存在约4至6.5公里厚的高度蛇纹石化地幔层,而且越接近海沟,板块挠曲断裂越明显,水化程度也越强。
这相当于从观测层面进一步揭开了“海水怎样进入岩石”的过程。这里就涉及一个很关键的概念——蛇纹石化。
海水进入地下以后,会与以橄榄岩为代表的岩石发生反应,形成蛇纹石等含水矿物。于是,本来能够自由流动的水不再以一池海水的模样存在,而是以氢和氧参与组成矿物结构,等于被“装进”了岩石。
所以问“30亿吨水去了哪里”,第一站其实不是地心,而是岩石。板块就像一条极其缓慢的传送带,把已经吸水、水化的海洋岩石圈往地下运输。
这个过程一年看不出多少变化,可一旦把时间单位换成几百万年、几千万年,规模就完全不同了。但问题还没有结束。
如果这些水全部永久留在地下,那么长时间积累后,海洋总量理应明显减少。科学界同样注意到了这个矛盾。
2018年的研究就明确提出,如果进入深部的水比过去估算得多,那么火山弧和弧后地区重新释放出来的水,也可能比旧模型估算得多。因为板块越往下沉,温度和压力条件变化越明显。
过去能够稳定保存水分的矿物,到一定深度以后会发生脱水反应,把水重新释放出来。这里已经不是普通意义上的冰凉海水,而是参与深部地质过程的高温流体,其行为也和地表水完全不同。
这些流体进入上方地幔后,还会改变岩石的熔融条件。水的加入可以促进部分岩石熔融,形成岩浆,岩浆继续向上运动,又与火山弧活动联系起来。
最终一部分水能够通过火山气体、岩浆活动和热液系统重新返回地表,再进入海洋和大气。于是就能看出,马里亚纳海沟所谓的“吞水”,其实只是循环的一半。
板块把表层水往下送,地球内部又通过脱水、岩浆和火山等途径把一部分水送回来。整个过程慢得远远超过人的寿命,但放在地质年代里,它一直是地球物质循环的重要组成部分。
还有一部分水会继续跟着俯冲板片进入更深处,这也是科学家仍在研究的问题。究竟有多少水在几十公里深度就释放,有多少能够越过100公里继续向下,又有多少长期储存在地幔中,目前仍存在较大估算空间。
因此,“30亿吨”适合帮助理解规模,却不能理解成每年固定少掉30亿吨海水。甚至标题中“持续上百万年”也需要从地质尺度来理解。
板块俯冲当然远不止存在百万年,但今天计算出的携水通量只是依据现代观测建立的估计值,并不能简单倒推为几百万年前每一年都恰好是同一个数字。地球板块速度、温度结构和俯冲形态本身也会长期变化。
假设只为了直观比较,把30亿吨水全部看成永久离开海洋,它大约相当于3立方千米。全球海洋面积约3.6亿平方千米,平均摊开后,一年的海平面变化只有大约0.008毫米。
真正的地球系统中又存在水向地表返回,所以现实显然不能按照“每年永久少这么多”简单累计。这也是一些网络科普容易走偏的地方。
有的说这些海水会一路掉到地核附近,然后被烧成蒸汽;还有的说马里亚纳下面存在巨型地下河,可以直接把海水送到另一片海域。这些描述虽然听起来形象,却没有准确反映目前对俯冲带深部水循环的认识。
我认为,马里亚纳海沟最值得关注的地方,恰恰不是“它能吞掉多少海水”这个猎奇数字,而是它告诉我们,海洋、地壳和地幔之间远没有想象中那么封闭。地表的一滴水,完全可能先进入岩石,跟随板块走向深处,再经过漫长过程重新回到地表。
而2026年的最新研究,还在继续改变我们对这套过程的认识。今年2月,中国科学院南海海洋研究所团队发表成果,进一步解释了挑战者深渊为何能够超过10900米:古老板块的负浮力、异常强烈的弯曲变形以及板块结构变化共同参与了这一极端深度的形成。
到了2026年5月,同一海域又有新的研究进展。科研人员发现,马里亚纳南段附近的卡洛琳洋底高原在靠近海沟过程中,能够局部增强板块的挠曲、断裂和水化,也就是说,即便都处在同一条海沟,不同位置把水带入板块的能力也并不完全相同。
这个发现很重要,因为它意味着今后计算全球俯冲带“吞进去多少水”,不能只拿一个平均数字乘上总长度。板块年龄不同、弯曲程度不同、断层结构不同,水进入地球内部的效率也不同。
深部水循环远比过去那种简单的“进多少、出多少”模型复杂。与此同时,中国的深海探测能力也在持续积累数据。
2020年,“奋斗者”号在马里亚纳海沟抵达10909米深度;截至2026年8月3日,“奋斗者”号已经累计下潜528次。深海研究正在从过去的“能不能下去”,逐渐转向长期观测、取样和解决具体科学问题。
这也是为什么马里亚纳海沟的价值远不只是拥有一个“世界最深”的纪录。通过这里,科学家能够研究板块怎样变形,水如何进入地幔,含水矿物怎样变化,岩浆如何形成,以及水究竟能被送到地球内部多深。
这些问题串起来,实际上是在追问地球几十亿年来如何保持自己的物质循环。因此,每年约30亿吨水去了哪里?
比较准确的答案是:一部分进入岩石孔隙和裂缝,一部分变成含水矿物的一部分,被板块带向深处;随后其中相当一部分又在高温高压条件下释放,参与岩浆和火山活动,还有一部分继续向更深的地幔输送。
它们没有集体消失,也不存在一个装着亿万吨海水的地下巨大水库。所谓“海沟吞海”,更像地球在进行一次极其缓慢的呼吸:一边把表面的水送进岩石圈,一边又通过深部地质活动把水送回来。
人类看到的是深不见底的海沟,地球完成的却是一场以百万年为时间刻度的循环。