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。

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