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达尔文也是可以怀疑的
撰文/单之蔷
环礁后期：潟湖逐渐被珊瑚填满
设想乘飞机飞过南沙群岛上空，会看到200多个这样的翡翠礁盘，它们像一朵朵大小不等、造型各异的绿色花瓣，或疏朗或密集地漂浮在南沙海域。借助俯瞰的视角，我们完整地看到了东门礁所在的礁盘及因为水色差异而呈现出来的圈层结构：礁盘呈心形，中间被一道狭长的潟湖切分成两半，潟湖尚未完全封闭，有一小出口与外海相连。这已是环礁发育晚期，潟湖内渐渐被新长的珊瑚填满。假以时日，潟湖会完全消失。摄影／查春明
珊瑚礁最大的特点就是精致，我还从来没有见过这么精致的地貌，但我特指珊瑚礁地貌中的环礁——在蓝色的大海上形成一个个翡翠绿的环形；海浪扑向外环，被它击碎，又因此形成一圈白色的浪花带；环内的潟湖因为受到外环珊瑚礁的保护，而在一圈轰鸣的白色波浪中保持宁静。
为什么会在大海中出现环礁这样精致的景观？
珊瑚虫为何能把珊瑚礁建成如此完美的形态？
记得第一次从空中俯瞰南沙群岛的弹丸礁——那是一个完美的环礁——时，我感到神奇极了。我看到一个项链般的东西浮在海面上，项链呈现出圈层结构：第一圈由凸起的珊瑚礁构成；第二圈因为海浪扑打过来又被击碎而形成破浪带，或者叫浪花带，船长们会根据海面上是否出现浪花带，来判断前方是否有珊瑚礁盘；围绕浪花带的，是一圈绿色的浅水地带，海水到这里变浅，颜色也跟着变换；浅绿色外面，是深海区的深蓝色，二者区分明显。有经验的船长也会根据海水颜色的变化，判断是否进入暗礁群布的危险地带；这一圈圈包围的内核，是或者呈祖母绿，或如翡翠绿的潟湖。
我被环礁的完美外观深深吸引，很想知道有没有专门研究这方面的学者。我知道珊瑚专家研究珊瑚，也知道珊瑚由珊瑚虫建造，但我不想了解关于珊瑚的太多知识，只想知道为什么珊瑚虫能把珊瑚礁建造成这么神奇的形态。我是大地景观的审美迷，我关心的是景观形态及其原因，而珊瑚礁的生长、演化，可以帮助我理解珊瑚礁景观的形态，这门学问应该叫“珊瑚礁地貌学”。
我手里有一本《南沙群岛珊瑚礁地貌研究》，这本书是关于南沙群岛珊瑚礁地貌研究的重要著作，几位作者都是南海所当年参加南沙科考的重要成员，他们在南沙的珊瑚礁中不断考察、测量、分析、思索，最后写下这本书。
他们先考察了南沙的海底地貌——这是必须的，因为珊瑚需要利用阳光进行光合作用，只能生长在可被阳光照射到的60米以内的海水中，因此每一座珊瑚礁都有一个基座，珊瑚在这个基座上生长。分析南沙的海底结构，就是分析南沙的一个个基座。
接着，他们对南沙群岛的一座座岛礁进行了划区：一些区域以环礁为主，一些区域以暗礁和暗沙为主；还有的区域以干出礁为主，礁盘会在退潮时大面积露出……
这本书使我知道了环礁的生长、发育和消亡过程，使我了解了灰沙岛的诞生过程，还让我知道了“淡水透镜体”这个概念——风暴将珊瑚打碎，再将它们从礁坡下掀到礁坪上，碎屑不断累积，终于，一个由珊瑚和其他海洋生物的碎屑堆积而成的小岛诞生了。等到植被在小岛上慢慢生长起来，并从灌木演变为乔木，土壤也慢慢生成，岛屿的海拔也越来越高，降水在土壤里蓄积起来，就会形成一个透镜状的含水层，即“淡水透镜体”。
环礁的一生：从形成到衰亡
环礁是我国南海珊瑚礁地貌的主要类型，环状结构是它的生存状态。礁顶露出海面的环礁被称为干出环礁或明环礁，也就是通常意义上的环礁。如果海平面相对稳定，环礁从形成到衰亡，一般会经历这样几个阶段：开放型环礁——这时的礁坪大体呈环形，但发育不连续，口门众多，宽度大且深度深，潟湖向外海敞开，水体可以自由交换（图1）。半开放型环礁——礁坪渐渐长宽、长多，但仍然有多个较宽的口门（图2）。准封闭型环礁——礁坪发育成基本完整的环状，口门逐渐变得浅而窄，并从多个发展到一个，低潮时潟湖内的水体与外海水可通过口门进行交换（图3、图4）。封闭型环礁——口门渐渐消失，礁坪发展为完整、连续的环形，而且即使低潮时，潟湖内的水体也无法与外海进行交换（图5）。台礁化环礁——这已是环礁的晚期，礁坪向潟湖一侧生长，且潟湖内生物碎屑逐渐沉积，潟湖日趋缩小变浅（图6）。最终，礁坪顶部被充填到无潟湖或只有低洼水塘，环礁也就此衰亡，转化为另一种珊瑚礁地貌——台礁，台礁与环礁的不同之处是，其礁顶只有礁坪，没有潟湖或仅残留低洼水塘。绘图／李宏
灰沙岛发育模式图
灰沙岛发育在珊瑚礁坪上，即海水高潮位时也会露出海面之上，堆积体由钙质生物硬体碎屑组成。礁坪是灰沙岛形成的物质基础，热带气旋、季风和海流的作用是灰沙岛形成的动力条件，而灰沙岛的具体位置，则由动力平衡点所在位置而定，只有动力平衡点落在礁坪上才能诞生岛屿。当多个条件同时得到满足时，灰沙岛便在礁坪上生长起来，但它的发育一般要经历4个阶段：海滩—裸沙洲—灌丛草被沙洲—岛屿。
如果礁坪的宽度足够，在波浪和海流的作用下，生物碎屑会在动力条件适宜的地点堆积下来，涨潮时被淹没，低潮时出露，成为潮间带海滩。刚刚形成的小沙洲，形状可以被风暴改变，体积小，地表无植被，为裸沙洲阶段。裸沙洲不断增长堆积，地下水开始积存，并生长出草类和灌木，沙洲地形趋于稳定，成为灌丛草被沙洲。在风的作用下，风沙层增厚，并形成中间厚、两边薄的淡水透镜体。淡水透镜体通常很薄，并且要求岛屿有足够的宽度，但为了直观地呈现，我们略微调整了比例，使它一目了然。有了淡水，根系较长的乔木植物可以生长，乔木使地形更加稳定，此时的岛屿便成了灰沙岛。绘图／袁燕琴
他们还对环礁中的潟湖做了深入研究，给出了潟湖随着环礁口门的逐步减少、封闭，而最终消亡的模式……
于是，我去了南海所，想进一步请教这本书的几位作者。我首先想找的是第一作者钟晋樑，但是人们告诉我，钟先生已经去世了；第四作者孙宗勋那几天正好出海了；幸运的是，第三作者张乔民先生还在所里，在南海所的一棵腊肠树下，我和他谈起了珊瑚礁地貌。
张先生说，最早研究珊瑚礁地貌的是中科院青岛海洋研究所的蔡爱智研究员，而南海所最早做这方面研究的是黄金森研究员。文革以前，他们已经调查了海南岛周边的珊瑚礁，并出版了油印版的调查报告《海南岛珊瑚礁》。
要想深入了解珊瑚礁地貌，除了我手上这本《南沙群岛珊瑚礁地貌研究》，张先生还建议我找《中国珊瑚礁地貌研究》来看看，这是我国目前研究珊瑚礁地貌最权威的著作，由著名地理学家曾昭璇先生编著。
挑战达尔文
后来在另一位研究珊瑚礁地貌的朱袁智先生家里，我们找到了这本书。曾先生在书中系统总结了环礁的生成机制，并总结了西沙、东沙、中沙、南沙的环礁特点。最重要的是，他对我国的环礁为什么呈椭圆形，以及为什么南海大部分环礁的长轴都呈东北—西南方向，给出了精彩的解释。
关于“环礁”为什么呈现环状，当达尔文在1831—1836年期间乘坐“贝格尔号”船进行全球航行时，曾做过考察研究。他是这样解释的：首先是海底的火山喷发形成火山锥，后来随着海底的上升，火山锥被抬升至适合珊瑚生长的高度（珊瑚只能生长在阳光能照亮的表层海水中），珊瑚便围绕着火山锥周边生长成圈状，但这还不是环礁，而是“岸礁”，就像一顶礼帽的帽檐。这时如果开始新的地质过程，如海底下降或海平面上升，而且二者的速度正好与珊瑚向上生长的速度匹配，火山岛最终就会被淹没，但周边的一圈珊瑚却因为追随阳光向上生长而不被淹没。即礼帽的帽子沉没了，但是帽檐留下了，这就是环礁。而原来火山下沉处，则成了潟湖。这样，一个完整的环礁就形成了。
达尔文的理论真的可信吗？
达尔文这样解释3种环礁的形成过程：随着珊瑚虫骨骼的堆积，珊瑚礁面积逐渐扩大并露出海面，此时的珊瑚礁即岸礁；当火山岛随地质沉降而下沉，之前围绕火山岛生长的珊瑚礁被浅海与海岛隔开，此时的礁体即堡礁；当火山岛完全降至水面以下，海面上只剩下原来环绕火山岛一圈的珊瑚礁，此即环礁。这一理论盛行了一百多年，即上图展示的过程。但这理论并不能解释三沙的环礁形成过程，曾昭璇先生给出了适合南海的环礁形成理论。
当达尔文1842年出版《珊瑚礁的构造和分布》一书时，在书中详细阐释了这一观点。这种说法从此被视为经典，并沿用至今，几乎成了解释环礁的唯一理论。
但是曾先生的解释却与达尔文针锋相对，甚至彻底否定了达尔文。
只要通过钻井取样，证明西沙和南沙的环礁下不是火山岩，而是花岗岩或片麻岩等岩石，就可以推翻达尔文的火山岛环礁形成学说。即使仅用推理分析，达尔文的理论也不成立。我们所见的火山岛大多数并不高大，但西沙和南沙的环礁，其长轴动辄十几公里上百公里，怎么可能有这么巨大的火山？再者，西沙和南沙的大环礁上常发育有小环礁，这些小环礁更难用火山岛解释。
为什么南海的环礁呈东北—西南走向？
那环礁到底是怎样形成的？其实说来也简单。珊瑚礁礁体的边缘有波浪，有上升流，它们一起带来了更多营养物质，所以边缘的珊瑚较其他地方生长快。珊瑚和其他海洋生物被风浪打碎后又不断堆积在边缘处，就逐渐形成四周高中间低的环形地貌。
至于南海的环礁大多数是椭圆形，并呈现东北—西南走向，曾先生给出了两种解释。
第一种与地质构造有关。地壳运动造成了一系列东北—西南走向的断裂，于是形成一系列相同走向的海底断块山地，环礁在这些山地基座上发育起来，自然呈东北—西南走向的椭圆形态。
另一种则与海洋动力条件有关。南海地区盛行季风，冬季刮东北风，风吹动海水呈西南流向；夏季刮西南风，海水再流向东北。因此，环礁的东北和西南方向得到洋流带来的营养物质比其他部分充分，环礁便向这两个方向发育，进而形成东北—西南走向的椭圆形长轴。
季风致使南海的环礁呈椭圆形的东北—西南走向
珊瑚礁的生长发育始终受地质构造和地貌形态的控制，但这种控制作用随着礁体的发育成熟而逐渐变小并显得模糊。还有一种因素也时刻影响着珊瑚礁的形态，那就是风。风控制着海流和海浪，海流和海浪则加速了造礁生物的生长和碎屑物质的堆积。我国南海海域位于东亚季风区，一年中的风向规律是：冬半年盛行东北季风，夏半年盛行西南季风。两个方向的风交替作用于南海海区，造成了珊瑚礁体在迎风的东北方向和西南方向上，造礁生物和礁栖生物生长快，生物残体和碎屑沉积多，也因此形成了众多呈东北—西南走向的岛屿和环礁。这种规律在既有环礁又有风向频率的地图中被清晰地表现出来：上图中，线段的长短代表风频的高低，环礁的延伸方向与冬、
夏季风的风向有着高度的一致性。
巨型大环礁和大环礁上的小环礁，都无法用达尔文的理论解释
南海有72座环礁，其中南沙群岛61座，占南海环礁总数的84.7%。环礁地貌又有规模大小之分，南沙群岛东部和南部的大环礁大部分都淹没在海面以下，但在中部和北部能见到露出水面的大环礁，它们又被叫做群礁，共5座：郑和群礁、道明群礁、九章群礁、双子群礁、中业群礁。这5座群礁的规模都很大，从照片和卫星图上几乎都看不到它们的整体形态。我们根据大比例尺的海图绘制了这5大群礁的示意图（绘图／袁燕琴）。这些群礁都呈东北—西南走向，还在群礁的大环礁礁缘上，又发育有台礁、岛屿、沙洲以及小环礁。这些大环礁的规模远远超过了火山的规模，这就无法用达尔文的火山岛形成学说解释。他的理论也无法解释大环礁上的小环礁。遗憾的是，南沙的环礁大多被外国非法侵占，在我们实际控制的岛礁中，只有上图的渚碧礁是环礁（摄影／查春明）。
两种解释中，曾先生似乎更倾向于第二种，我也是。前一种原因显得呆板，底层的基座形态决定了上层的环礁形态，没啥可说；后一种解释生动浪漫，变化多样，冬季的东北风和夏季的西南风轮番上演，风吹海动，珊瑚张开万千触手，洋流送来美味佳肴，环礁因此被拉成椭圆形。
但我觉得这书最过瘾的地方是对达尔文火山岛环礁形成学说的瓦解，或者说是证伪，很痛快淋漓，没费什么事，一个流行很久的理论就崩溃了。我曾经很相信达尔文的解释，现在想来真是不动脑子。我看过很多火山，也看过很多环礁，为什么没将两者进行比较？
永乐大环礁、中沙大环礁、礼乐滩大环礁……这些大环礁的面积巨大，礼乐滩足有7000多平方公里，这是两个青海湖的面积！怎么可能有这么大的火山？
我还在永乐大环礁上看到了发育在环礁上的复合环礁，如羚羊礁这样的小环礁。如果达尔文的理论成立，难道羚羊礁下面还是火山吗？我为什么不这样问自己？都是因为达尔文是大权威，迷信权威最容易犯错误。今后我要对权威保持警惕了，这大概是我读曾先生这本书的一个意外收获。
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