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每晚，一個神秘的層狀物都會從幽深的海底升起，彷彿海底突然脫離並漂浮到海面。這種雲狀的幽靈無處不在，而且非常密集，以至於在第二次世界大戰期間，它使美國海軍的聲納感到困惑，導致人們相信敵方潛艇可能能夠隱藏在其中。
這種神秘的“深海散射層”，因其散射聲納脈衝的方式而得名，結果證明它比敵人的偽裝要稍微無害一些。它是浮游動物。深海散射層是海猴的大規模遷徙，它們的總生物量使得它們每晚遷徙到靠近海面的浮游植物處覓食成為地球上規模最大的動物遷徙。戰爭期間，海軍資助了旨在區分海猴和潛艇的秘密研究人員。今天，對浮游動物遷徙的研究仍然非常重要，因為研究人員現在認識到這些生物在全球碳迴圈中的關鍵作用。至於這些鹹水小動物是否仍然可以隱藏敵人？這仍然有待解釋。
近兩個世紀以來，海洋學家都知道浮游動物在夜間會在水柱中上升。這一發現可以追溯到19世紀後期“挑戰者號”考察船的探險。
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“我們知道夜間會發生一些事情，”弗吉尼亞海洋科學研究所教授黛博拉·斯坦伯格博士說。沒有人意識到的是這種夜間遷徙的範圍如此廣闊。“海軍本應該知道這一點，但在19世紀80年代還沒有聲學技術，”斯坦伯格博士說。“直到20世紀40年代，當他們可以用聲音探測到這一層遷徙的生物時，他們才意識到它有多麼普遍。”
二戰時期的聲納首次繪製出神秘的“深海散射層”的範圍——結果證明它只是大量的浮游動物。圖片來源：維基共享資源
科學家利用聲音或聲納發現，這種遷徙是一種全球現象，發生在世界各大洋、河口和淡水湖泊中。
動物遷徙讓人聯想到鳥類、帝王蝶或老年人的年度旅行：大群遷徙是為了尋找更綠的牧場或躲避寒冬的溫暖之地。然而，就純粹的生物量和相對的遷徙距離而言，鳥類、蝴蝶和祖父母都無法與構成深海散射層的浮游動物相提並論。就生物量而言，它們的遷徙是地球上規模最大的，而且它們每晚都會進行這種遷徙。
“這就像每天早上步行25英里去吃早餐，”斯坦伯格博士說。浮游動物最大也只有十幾毫米左右。如果將它們的體型放大到人類的大小，並考慮到海水的粘度，它們的遷徙就像每晚在布丁中進行馬拉松。斯坦伯格博士補充說：“對於一個小生物來說，這是一段很長的路程。”
斯坦伯格博士的研究重點是浮游動物的生態學。她解釋說，在白天，浮游動物為了避免捕食和節省能量，會在黑暗寒冷的深海中減緩新陳代謝。一旦太陽落山，“它們就會在夜幕的掩護下浮上來，這樣它們就可以安心地進食，”她說。
斯坦伯格博士的實驗經常將她帶到公海，在那裡她和她的團隊捕捉深海散射層中的生物進行研究。他們使用的網讓人聯想到捕捉蝴蝶的網，但體積龐大，設計用於在船後拖曳穿過水域。
“我總是能分辨出哪些是遷徙者，”斯坦伯格博士在描述浮游生物網中聚集的生物時說。“它們看起來就像來自深海。”由於光線光譜中的紅色端會隨著深度的增加而在水柱中迅速消失，血紅色是那些在深淵中度過時光的生物的常見顏色。
儘管浮游動物的顏色看起來有些陰森，但它們微小的體型和環狀的游泳模式使它們看起來一點也不嚇人。斯坦伯格博士是否應該擔心有敵人潛伏在它們之中，悄悄地跟在她的研究船後面？海猴真的可以用來偽裝潛艇嗎？
“一直以來都有人擔心可能會發生這種情況，”俄勒岡州立大學教授凱利·貝諾伊特-伯德博士承認道。她是利用聲學技術研究海洋生物生態學的專家，也是一篇關於該主題的觀點文章的合著者，該文章將發表在即將出版的《海洋科學年度評論》上。
在評論中，貝諾伊特-伯德博士和伍茲霍爾海洋研究所的合著者加雷思·勞森博士描述了自研究人員在20世紀20年代後期首次使用迴聲探測器探測魚類以來，聲學技術是如何被用於研究海洋生物的。聲納和其他聲學工具在第二次世界大戰期間經歷了飛速發展，當時人們發現了深海散射層的廣闊性，以及區分友好的海洋生物和敵人成為了一項關鍵挑戰。
儘管為軍艦開發了新的聲納裝置，但在一段時間內，仍然不可能解開深海散射層包含什麼物質的謎團。歷史文獻詳細描述了二戰後大西洋特遣部隊指揮官約翰·S·薩奇海軍上將如何據稱傳送了許多瘋狂的求救訊號，抱怨說一個200英尺厚的雲狀層正在混淆他船隻的聲納解析度。
如今，聲學技術已經取得了長足的進步。“當然，技術和計算能力已經取得了進步，我們可以以更高的解析度進行記錄，但物理原理是相同的，”貝諾伊特-伯德博士說。
現代聲學技術仍然無法從一大群海猴中分辨出單個海猴，但它們現在可以探測到的東西仍然非常巧妙。在他們的評論文章中，貝諾伊特-伯德博士和勞森博士展示了當前的技術如何利用聲學散射圖來分辨鯨魚、魚群、單個魷魚，甚至潛水捕魚的海鳥——所有這些都僅使用聲束和現代計算能力。
透過聲學探測海底生物群落繪製的圖中，最主要的特徵仍然是深海散射層那片密集而無法穿透的雲狀物。
今天，海軍仍然有興趣理清他們所說的海洋中的“生物雜波”。“我們的很多工作都由海軍研究辦公室資助，”貝諾伊特-伯德博士解釋說。“他們不會告訴你該做什麼，但他們知道你在做什麼。”
雖然防禦戰術無疑很重要，但正是深海散射層中生物的巨大生物地球化學影響推動了今天海洋學家使用這些聲學技術進行研究。
浮游動物的每日遷徙有助於從大氣和地表水中去除碳，然後將其封存在深海中，在那裡它可以存在數個世紀，防止其作為溫室氣體在大氣中溫暖我們的星球。
在當今世界，氣候變化這一迫在眉睫的威脅或許比潛伏的潛艇更值得警惕。這就是今天浮游動物遷徙研究的推動力。根據貝諾伊特-伯德博士的說法，聲學領域的研究目標是弄清楚一件事，“碳去了哪裡，而不是敵人去了哪裡。”
Kyle Frischkorn是哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站 Dyhrman 實驗室 的研究生