互动科普

在因有油气田而闻名于世的墨西哥湾，大多数流入海洋的石油都是由海底裂隙中天然地泄露出来的。

在得克萨斯州和路易斯安那州以南的墨西哥湾的底下，细小的油泡和天然气泡正穿过海洋沉积层裂隙“噗，噗”地往上冒。在靠近海底的地方，这些碳氢化合物在渗过上面的海洋之前，先要渗过充满奇异的深海生物的最后一层，由于自身有着浮力，它们以密集而弯弯曲曲的卷流形式穿过水体上升，最后到达海洋表面。在海面，天然气与大气融合在一起，石油则顺风飘流，挥发，同水融合，最后消散掉。

夏天是观察这种天然的石油泄漏的最佳时机，此时，墨西哥湾可一连多日风平浪静。在下午的正中时分，随着热带阳光的酷热在海面上蒸腾，人们可以站在甲板上，观看那宽阔的油带伸向天边。顺着这些油膜之一逆风航行时，你会发现海面变得非同寻常的光滑平整，此时海水似乎变得格外的清澈透明，而水面映照的阳光则格外强烈。飞鱼穿过弓形波一跃而出，然后又插人水中，几乎没溅起一点水花。此时此刻，那新鲜的石油味变碍很明显，色老全不同于从船上飘出的柴油机烟气的气味，并且你可以看到飘浮在水面上或粘附在船壳上的一片片蜡状油膜。

突然，石油微滴开始爆发成带着虹状色彩的小圆环，圆环迅速变大，从茶托大小变到餐碟大小，又变到烘馅饼的平底锅那么大，然后便消散了，同水面上普遍的玻璃状层融合在一起，飘走了，随着船继续逆风而行，海面又恢复了平常的样子。于是，海水的颜色越变越深，微风又能在水面上掀起道道涟漪。而飞鱼人水时也能象通常那样溅起片片水花。此时，船已驶出了覆有油膜的区域。然而在远处，这里那里还有片片油膜，我曾听海岸警卫队的飞行员们说，往往在他们弄清真相以前，他们已经为搜寻漏油的船只而在这种广阔的油膜上空白飞了好几个小时。

事实上，从海底裂隙不断释放出来的碳氢化合物所形成的油膜非常象偷偷摸摸的舱底抽油所造成的臭名昭著的后果，然而，从海底深处冒出的石油是地质环境所造成的天然后果，这种地质环境使墨西哥湾成了世界上巨大的碳氢化合物盆形构造之一。

时机与潮流

和各个地方所发现的石油一样，从墨西哥湾海底泄漏出来的石油之所以能够形成，是因为地热能不断地炙烤着埋藏在沉积岩中的有机物。随着时间的推移，以这种方式生成的碳氢化合物一再从较深的地层上升，直到被密封在多孔砂岩断裂页岩或由远古礁岩形成的石灰岩残余之中。

除了有着丰富的油源岩（sollorce rocks)和供上升的石油利用的大量地质封闭阱之外，墨西哥湾还有特别的地方，那是由于它含有一层远古的盐矿床，它是在大约1，7亿年以前的侏罗纪时反复发生的蒸发幕(episodes of evaporation)期间形成的在墨西哥湾的大多数油田下面，都有着称为“路恩氏盐层”(the Louann Salt)的这一盐矿层盐矿床的晶状盐虽有展性但比较难于压缩。随着地质时间的推移，聚积的沉积物f其中多数被从陆地转移到海岸外)的重量往往迫使盐矿层向上向外延伸，从而形成了盐板盐锥或盐脊，上述结构中的一些同母矿床仍然保持着接触，而其它一些结构则作为分离的矿体穿过了周围的沉积物。

这种所谓的盐层构造作用以多种方式影响着碳氢化合物的迁移。例如，盐层是密封不透水的，并且能够迅速地捕集其下面的碳氢化合物。此外，盐层的运动能够打开巨大的裂隙，这种裂隙从埋藏很深的储油层一直延伸到地表，从而提供使石油能够往上面转移的通道。由于存在着这样一些结构，使得墨西哥湾成了一个在石油工业史上影响巨大的独特之地。近海油气开采技术就是在第一个石油钻井平台于1947年安装在路易斯安那州南面时在墨西哥湾发明的在随后的几年时间里，随着工程技术的进展使得从日益深的水下发现和开采石油成为可能，石油开采技术发展得能在离海岸越来越远的地方进行开采。

如今，这种发展已在社会上和经济上产生了普遍而又深刻的影响。现在，墨西哥湾海岸没有石油工人群体、石油钻机、石油开采平台、输油管道、油罐、油轮和炼油厂几乎是不可想象的在一定程度上世界上的其它地方比不上的是，墨西哥湾是一个人们在海上生括和海下劳作的地方一切都是为了有助于满足社会对石油的无限渴求。

天然的石油泄漏为这一事业提供了一个极有意思的视角。尽管天然石油泄漏的存在出乎许多人的意料之外，但这类泄漏在历史记录上确已得到充分的证明墨西哥湾地区出自哥伦布前时代的人工翩品证明，部族人普遍把海滩柏油用作一种堵缝材料，并且从16世纪起西班牙人就有关于海而浮油的记录。1910年，令人好奇的是，美国海军的约翰·C，索雷(Soley)上尉在《科学美国人》发表了第一份对滨海油膜的系统研究报告（参见1910年4月9日出版的第1788号《科学美国人增刊》所载约翰·C·索雷所撰“墨西哥湾的油田”一文）。

索雷在文中评述了手写的轮船航海日志上提到的关于海面浮油的目击记录。例如，“喜剧演员”号轮船的一份告记述了油从同一地点的3个喷口中冒出的情形。上述记述的撰写时间比第一个海洋石油钻井平台建成的时间早数十年，甚至比油被广泛用作轮船燃料的时间还要早。因而所确这种石油的来源就成了一个不大不小的谜。

从现代石油地质学的观点来看，索雷关于这种石油的来源的说法很天真，至少在细节上是这样。例如，他认为，在远离海岸之处发现的这种石油多半是非自然形成的。然而，这些不知名的海员所记录的细节——飘浮的大片油膜，粘满油的海鸟，成团的柏油以及发出辛辣恶臭气味的石油——使所有的人都会联想到那再熟悉不过的现代石油泄漏的景象。事实上，对本世纪之初的这种油膜的描述是那样惊人，以致于人们会怀疑，当时所发生的石油泄漏其规模是否远比今天要大。

寻找漏油之处

要制出石油泄漏的地图，索雷就只得依靠轶闻记述和不完整的航海日志。他或许没能预料到，由于浮油的物理学和化学性质使碍人们可以从如此之远的距离外看见它，科学家们如今可以跨过辽阔的海域对它进行探测，当浮油厚于4微米一一因航海事故导致的漏油有可能达到这一数量级一—，新鲜的石油就会在水面上形成一个颜色从红棕色到棕褐色的显而易见的覆盖层。由于暴露在外浮油的翁挥发部份迅速地挥发了，而留下一种蜡状残余物，它和海水一起形成一种多泡沫的乳液蓝往往凝结成粘的柏油球和飘浮的大片油膜浮I厚度在1微米至4微米之间时，油质层就会使入射光折射，从而形成人们在路边的水坑常见到的那种虹状色彩天然的油膜——厚度在0.01微米以下至1微米之间一有可能只有数十个分子那么小。但是碳氢化合物的化学键足以形成一种惊人地耐久的油膜。这种有裘面活性即“表而活化剂作用的油层会遏止没有它便会被风掀起的涟漪。由于没有被激起的涟漪，使得这种水面几乎可以象镜子一样有效地反射光线，它可以使一片浮油具备其特有的平滑的外观。

由于水面薄油层对光的反射同海水对光的正常散射有着明显的差别，使得这些油膜在某些情况下有很大不同。如果阳光的照射角度合适，这些从轮船上可以见到的油膜从飞机乃至环地运行的宇宙飞船上也很容易看到。

事实上，航天飞机上的宇航员在观察海面对阳光的反射(宇航员们用这种方法来研究薄流)时，很容易看见海面的油膜。在阳光反射流谱的中心区域，来自浮油层的眩光要比来自无油水域的较为分散的反射光明亮得多。在阳光反射流谱的边缘区域，情况则颠倒过来了，此时，照射的几何学往往使得光线偏离观察者的眼睛，以致于覆有油膜的水域显得比其周围水域暗得多。

在雷达的“照射”下，油膜也会显得很暗，这是因为照射的无线电波束之源处于与观测者相同的位置，通常与水面成45度角诸如欧州雷达卫星(the European Radar Satellite)，加拿大的雷达卫星(RA—DARSAT)以及航天飞机机载雷达等星载雷达的出现意味着，如今，几乎可以对海洋的任何一个部位监测石油的踪迹。有时，科学家们还利用天然油膜的雷达反射波束研究薄水的环流模式。他们所获得的结果有可能显示出利用常规海洋仪器难以鉴别的细节。并且寻找隐伏油田的可说明问题的踪迹的地质学家们也可以利用来自空间的观测结果。

分清“谷壳”与“谷粒”

要用遥感技术来研究天然的石油泄漏，就必须要有某种方法能把其产生的薄油层同绝大多数表面活化剂油膜区分开来，后者与石油毫无关系。除了其它东西以外，鱼卵、植物蜡以及浮游生物都有可能产生出表面活化剂，当它们被会聚的海流集中到一起时，就会形成易发现的膜层。然而，天然石油渗漏的痕迹很容易辨认出来。

一般说来，从一群孔隙泄漏出来的油气都是沿着一个海底断层在数百米长的范围内按一定间隔距离出现的。因此，其源头基本上是固定不变的。数学模型表明，穿过1千米深的水体从一个孔隙冒出来的一串油滴会在一个比较小的区域内露出水面。这一推理的结果恰好描述了墨西哥湾所发生的情况，在那里，从一片浮油的源头的孔隙浮上水面的虹彩状油痕所占据的区域其直径不比加0米左右大。在数小时或数日之内，不同深度的海流将多多少少地把这种油迹带到周围各处。然而，在通常情况下，油迹都是从下面的孔隙经历不到1000米或2000米的距离到达水面的。因此，实际上，若是屡次发现来源于一片上述大小的区域内的一个固定的部位的水面浮油，那就说明其源头就在这片区域的海底。

要用这种方法来探测海底漏油，就必须能够区别哪是水面浮油的源头，哪是水面浮油的结尾。在这里，直觉总是给人以错误的印象人们熟悉而惯用的比拟，例如从香烟头上冒出的一缕烟雾，或许会使人想到，浮油的膜状一端就表明了它的源头。然而，真实情况是根本不同的。烟雾微粒不大可能重新聚合成集中的一团，而漏泄的石油却会凝聚起来，从而形成许多从海底的一群源头流出来的可以看见的分开的浮油带。

在每片浮油初始形成时，油滴在浮上水面之后都会扩散开来。与此同时，浮油会在风和海流的影响之下四处漂流一般说来，在水面上漂浮的油滴都会向外扩散，直到形成了仅有一个分子厚的一层油膜为止。实际上，一片浮油带的边缘总是一边向外扩散一边逐渐变薄，直到油膜不能自持为止。在浮油源头的下游，浮油层虽然变得非常之薄了，但与一个分子的尺度相比，则还是要厚得多。各个浮油带在一定距离内是彼此分开的，然后它们又融合到一起，最后终于消散了因此，浮油的总的轮廓总是这样的——源头处都比末尾处要宽。

浮油的广度取决于海况。海面波涛汹涌时，浮油层分解得相当迅速，并且漂不了多远。而在风平浪静的日子，在25公里长的范围内，都可以看见同一层浮油。浮油所显示出的轨迹的弯曲反映出风的模式的不同——宽阔的弯曲表明风向在逐步变化。而锯齿形花纹则证明风向陡然有变。风向陡变时与人造卫星获得一副显示出由此而产生的偏差的图象时之问经过的时间显示出浮油在海面上存在的时间。利用这种对比，笔者及其在得克萨斯农业与机械化大学的合作研究者一般发现，一片可见的浮油末尾处的油膜在海面上大约要漂浮12个到24个小时。

靠石油生存

对于制作难以捉摸的海流图的海洋学家或寻找新的可供开发的油田的石油公司来说，天然的石油漏泄或许是一件好事，然而对于海洋生物来说，它是不是一个祸根呢？当墨西哥湾的天然石油漏泄的存在在本世纪80年代开始得到广泛承认时，笔者的同事马龙·C·肯尼克特(Mahlon C，Kennicutt)及其在得克萨斯农业与机械化大学的合作研究者推测，生活在石油诵泄处周围的动物群想必可以为暴露在石油污染下的海洋生物提供一种天然的模拟方式为了收集～些这类估计患有疾病的标本，他们用一张渔网在活动中的漏泄处上面拖。当他们把最初步的的若干渔获物之一拖上船时，发现网中竟然包含着800多公斤一种罕见的青蛤——Calyptogena ponderosa。奇怪的是，这种体大而显然生长旺盛的动物是在通常证明深海生物很少存在的海洋深处发现的。

除了这一不可思议的发现之外，他们在渔网中还找到了几十个棕色纤维质肉柄。这些东西是如此陌生，以至于船上的研究人员们还以为这细长的东西不过是被密西西比河冲下来而沉积在墨西哥湾深处的某种芦苇似的植物而几乎把它们都扔掉了。然而，他们当中的一位认为，这东西是编制篮子的好材料。在整理这些肉柄时，他把其中的一些剖开了，并且还把它们的红色血液溅洒在了甲板上，于是组里的人才猛然警觉：他们发现了某种料想不到的东西。

这些样本最后被送到了世界各地的专家手里。在随后的年月里，一个惊人的真相开始暴露出来了。从海底孺泄出来的碳氢化合物提供了一种化学能源，这种能源养育了类似于1昕7年初次在太平洋的热液谓孔附近发现的动物群的生物。维氏（Vestimenferan)管虫(即上述的“肉柄”)、巨蛤和某种深海贝类都能通过与细菌共生而在两种生境下生存。在上述动物的细胞内生存的条件下，这些细菌能在缺乏阳光的情况下，利用获自如硫化氢一类还原化合物的氧化的能量，合成新的有机物。

用鱼网捕获的墨西哥湾海底的石油漏口生物促使研究人员对这一奇异的环境作了更为密切的观察。1986年，笔者领导的考察队利用一艘研究用潜水艇对一处石油漏口作了初步的潜海探查。笔者及其同事事前作了充分的思想准备，觉得必须努力搜寻，才能找到几只在生存的边缘挣扎的管虫。然而，出乎我们预料的是，我们恰好下潜到了一处兴旺的海底生境的中心部位，在那里，我们遇到了聚集在“噗，噗”冒出天然气的漏孔周围的大面积的一层层贝类，以及大面积的一丛丛色彩鲜明的细菌。以这些奇异的物种为食的是一群群各种各样的鱼类、甲壳纲动物及其它无脊椎动物，这些动物通常以较小的数量发现于较浅的水域。

如今，我们知道，这类生长旺盛的动物群体存在于墨西哥湾的许多地方。有意思的是，天然石油撮泄处的一些生物活动，士往阻塞了那里的细孔和裂隙。尤其是微生物的代谢副产物导致了碳酸钙的沉淀，它有时产生出能把下面的石油封闭在里面的大块铺筑物。在海底形成的所谓气体水化物也能阻塞活动中的天然气漏孔。

气体水化物是一种冰状物质，它是在高压和低温(但高于冰点)的条件下形成的，当甲烷或其它气体的分子被捕集在水分子的晶格中时就形成了。早先，当这些冰状固体物阻塞了输气管道，迫使海洋石油开采公司花费数千万美元为海下管道加热和保温时，气体水化物才引起了人们的关注。新近，研究人员关注于在海底下结晶的气体水化物。

天然的污染

天然漏泄到墨西哥湾中的石油究竟有多少？据保守估计，假定一片浮油有l0米宽，并且在10公里以上的范围内保持了0.1微米的平均厚度，那么它一定含有约100公升石油。这样一片浮油的存在时间一般为24小时或更短，这就表明，这片浮油要保持存在，其源头就必须在一日之内漏泄出至少100公升石油。同样是出于保守估计，任何时候墨西哥湾都至少有100处如此规模的石油漏泄，于是，每10年内，就有近4千万公升石油流入墨西哥湾。

另外，被看作石油漏泄典型例子的埃克森石油公司“瓦尔迪兹”号油轮因搁浅也使大约相同数量的石油漏入了阿拉斯加的威廉王子湾。然而，考虑到墨西哥湾的石油撮泄已持续了l00万年或更久，其规模则很惊人。显然，从人类创造出“污染”这一术语之前很久起，墨西哥湾的生态系统就已经能够适应这种长期的“污染”了。

将来自断层和裂隙的天然石油谓泄同石油开采和运输过程中的意外漏泄作一番比较，对于我们大有教益和启示——不管对于这种比拟能够成立的地方还是不能成立的地方，都是如此。在墨西哥湾以及或许世界上的其它地方，从埋藏的油气田中天然漏泄而出的油气，至少和石油工业开采出来的一样多。然而，即使两者的总量或许大致相等，两者的速率也是不同的。与大自然相比，人类在钻井取油上实在是过于急切了。

上述差别说明了为何天然的石油漏泄不能等同于油轮的意外漏泄，尽管漏泄的数量或许是相同的。正如同一个在一年内天天淋浴的人所涉及的水量有可能与溺死在游泳池中的人不相上下一样，危害来自何处显然是不言自明的。天然石油漏泄的事实根本无法使我们原谅石油污染。开阔的海洋或许能在一月之内耐受数百吨石油——倘若它是薄薄地覆盖在数万平方公里的海面上的话。而同样数量的石油若是孺泄在某个海鸟筑巢区的话，则有可能使当地的动物种群荡然无存。同样，长期漏泄到河口湾中的石油也有可能使当地的生态系统遭遇灭顶之灾。

科学家和环境保护工作者都必须认识到一些石油漏泄有可能非常有害，而另一些石油漏泄则有可能是天然的海洋环境中有益于生态系统的一部分。关键是要分清哪是有益的，哪是有害的，并作出适当的反应。我们不想象那些无知的飞行员那样，为寻查浮油的虹状色彩而白费时间和精力。