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1984 年，海洋地质学家终于窥见了我们星球上一直未被看到的景象。在对卫星数据进行了 18 个月的分析后，哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地质学观测站的地球物理学家 William Haxby 展示了一幅令人惊叹的海底新全景图。这是有史以来第一次有人以如此详细的程度窥见了海洋下方全球景象——火山、海底山脉、断裂带和海沟。“Haxby 的世界海底地图揭示的地形与七大洲的任何地形一样多样，”记者和科学作家 Marcia Bartusiak 在当年 2 月的《流行科学》杂志上报道说，这捕捉到了科学界的明显兴奋。当时，火星地貌更为人所熟知。
近四十年来，遥远行星的表面成像比地球海底仍然更好。尽管计算机处理能力呈指数级进步，卫星成像能力大大增强，并且开发了能够到达最深海沟的自主（机器人）水下航行器，但对我们自己的星球隐藏在水下的广阔地壳的详细地图仍然不完整。随着气候变化的逼近，情况可能正在改变，而且为时不晚。海洋覆盖了地球表面的 70% 以上，更清晰地了解海底的形状和组成将提高我们预测飓风中的风暴潮、海啸路径、计算冰川融化以及监测因渔业管理、深海钻探和采矿等商业活动而受影响的脆弱海洋栖息地的能力。
“海底测绘对几乎所有事情都至关重要，”美国国家海洋和大气管理局（NOAA）海洋探索与研究办公室（OER）的运营协调员 Caitlin Adams 说，“从国家安全到蓝色经济（可持续海洋）倡议。”
自 1957 年苏联的斯普特尼克号升空以来，人造卫星网络就利用雷达和激光雷达等电磁波来绘制陆地和地外地表图。但传统雷达在干旱地形（如火星、月球和地球陆地）上效果最好，因为它只能穿透水下几米，这限制了天空之眼对像我们这样的水下行星的观测范围。由于水会削弱电磁波，因此在不深入海底的情况下真正看透海洋只有两种方法：声纳（回声探测）和重力测量（探测由大型物体引起的引力异常）。在这两种情况下，都需要直接测量——设备必须在水下（声纳）或至少接近水面（重力计）才能工作，这意味着它们只能从船体上操作。这就是难点所在。绘制地球1.39 亿平方英里的海底，对于一艘船连续穿越海洋来说，可能需要长达1000 年（估计差异很大）。
引入卫星。正如 Bartusiak 在《PopSci》中所解释的，1984 年的突破来自于一种称为重力测量或卫星测高的新卫星测量技术，以及改进的计算机处理能力，这使得 Haxby 在拉蒙特大学的团队能够在短短几年内制作出他们新颖的海底地图。
即使没有风浪，地球海洋的表面也不像鱼缸那样：它不会是平坦的。海洋表面会起伏，若隐若现地跟随下方海底的山脊和裂缝。这是因为引力对水的拉力在大质量物体（如海底火山、海底山或海山、海沟）面前会变得可感知。配备有灵敏测高仪的卫星可以检测到由海底地形引起的这些细微变化。例如，一座 1000 英尺高的海山会吸引足够多的水，使海面隆起高达六英寸。但由于海洋有点像一条蓬松的毯子，只能掩盖粗糙的轮廓，所以基于卫星的重力测量存在物理限制。它只能检测到大尺度物体，而且只能近似它们的形状。1984 年，Haxby 地图中的精细细节意味着地图上最小的物体有 20 英里宽（大约相当于坦桑尼亚乞力马扎罗山的大小）。任何更小的物体都未被探测到。虽然卫星测高精度在随后的几十年里已大大提高，但毯子能揭示的地下信息是有限的。如今，卫星测高仪独立能达到的最高分辨率约为1 英里——是埃及胡夫金字塔大小的七倍。相比之下，由卫星成像制成的陆地地图的细节可以达到每像素 50 厘米，或一个消防栓大小的物体。只有安装在船只和水下航行器上的声纳设备才能生成高分辨率的海底地图。
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1912 年，当泰坦尼克号在北大西洋沉没时，声纳尚未发明。这场灾难激发了大量的回声探测创新，不到十年时间，声纳（利用水下声波投影测量距离）便普及开来，不仅用于航海导航和海军作战，也用于海底测绘。
1957 年，拉蒙特的研究人员 Marie Tharp 和 Bruce Heezen 发布了他们基于声纳的北大西洋地貌图，这是第一幅全面的海洋海底地图。这就像对地球海洋的粗糙超声波扫描。
通过首次揭示海底的主要地貌特征，如洋中脊的裂谷，这张地图似乎证实了德国科学家 Alfred Wegener 的大陆漂移理论，该理论在他于 1912 年首次提出时被驳斥。到 20 世纪 60 年代末，经过多次基于声纳的海底地图绘制，地质科学家们有了足够的证据，可以看到地球表面已经分裂成滑动的板块，正如 Wegener 所设想的那样，它们在下方熔融的地幔上漂移，相互碰撞或分离。详细的海底地图是板块构造学的关键。当时的共识，以及现在的共识是，更多的细节将揭示更多的地球秘密。
“当我们看到更小的特征时，”NOAA OER 的探险协调员 Shannon Hoy 说，“我们就开始更多地了解影响我们世界的潜在地质和海洋过程。”例如，与无人水下航行器（AUVs）合作的 Hoy 指出了在 2010 年代首次绘制的“百万丘陵”深海珊瑚礁生态系统，该生态系统从南卡罗来纳州一直延伸到佛罗里达州的**大西洋**沿海地区。在 2000 英尺深处，珊瑚高度仅几米，生活在黑暗中，以湾流为食。这是已知最大的深海珊瑚礁。一些珊瑚的年龄高达 700 岁，底部有数千年的珊瑚骨骼，百万丘陵被比作原始森林，富含海洋生物。“你不会通过卫星数据看到这个，”Hoy 指出。
自 20 世纪 50 年代和 60 年代以来，声纳技术已取得了长足的进步。如今，多波束系统发出扇形声波，可以达到 6 英里以上的水深。在 2-4 英里的深度（占海洋的近 75%），安装在船体上的多波束声纳一次可以扫描 5 英里宽的海底，分辨率在 600-1200 英尺之间（深度越深，分辨率越低）——这比卫星测高要好得多。在沿海浅水区，分辨率可达 100-325 英尺。当安装在靠近海底的 AUVs 上时，可以实现 1 米的分辨率。
2017 年，联合国召开了首次海洋大会，并宣布 2020 年代为海洋十年，呼吁世界各国和公司扭转海洋衰退的趋势。在这次全球倡议的10 大挑战中，有一项是“创建海洋的数字表示”。在联合国宣布这一消息时，只有6% 的地球海底被现代声纳绘制并数字化。但在此次会议上，一项新的倡议被宣布：在十年结束前绘制完地球全部海底图：Seabed 2030，这是由全球测深图（GEBCO）和日本财团（Nippon Foundation）赞助的一个合作项目。截至 2022 年 6 月，Seabed 2030 报告称，已使用现代声纳绘制了23.4% 的海域——比 2017 年的覆盖率增长了近四倍。Seabed 2030 收集任何愿意分享的船只的测深数据，例如NOAA 的研究船“Okeanos Explorer”号，这使得地图得以如此迅速地填充。
“在过去一年里，从 20% 增长到 23% 听起来微不足道，”Adams 引用 2021 年的完成率说。“但这比欧洲的面积还要大。每年，我们都在一点一点地推进。”但这些测绘工作需要尽可能多的船只来将估计的百年测绘时间缩短到本decade剩余的八年。
“作为一个项目，我们没有资源自己出去做，”Seabed 2030 项目总监 Jamie McMichael-Phillips 说。“我们有资源去处理人们提供给我们的数据并将其绘制成地图。”McMichael-Phillips 认为 Seabed 2030 提供了“激励公司、行业、政府、慈善家和科学家们走出去绘制海洋图”的灵感。Seabed 2030 甚至会为拥有声纳功能的休闲船只提供一个特殊的设备，该设备可以捕获测深数据，使他们能够参与进来。
McMichael-Phillips 同意 Hoy 的观点，即声纳测绘（可视化海底的黄金标准）提供的细节比卫星测高能提供更多的见解。他举了几个例子，比如 2022 年海洋测绘者在**塔希提岛**海岸附近发现的世界上最大的珊瑚礁之一。这条长达 2 英里的珊瑚礁位于海洋朦胧的“暮光带”，深度在 100-200 英尺之间。
尽管如此，GEBCO 公开的地图——由代表声纳覆盖范围的细线组成的杂乱图——还有很长的路要走。虽然 McMichael-Phillips 并不预期会有声纳或卫星方面的技术突破来加速海底测绘，但他确实看到了无人船（USVs）的帮助，比如 NOAA 的SailDrone。他指出，船上有人是船只的限制因素之一，不仅会增加重量，还需要经常停靠以补充给养并避免危险条件。“我是一名皇家海军测绘员。我在南大洋的恶劣条件下花了很长时间操作，”McMichael-Phillips 说。“因此，通过走无人路线，你就消除了这个限制。”
Hoy 无法确定 Seabed 2030 项目是否能实现其目标。“船只相对较小，”她指出，“而海洋非常广阔。”但她认为 Seabed 2030 鼓励了前所未有的数据共享和组织间的协作，创造了实现全球地图绘制的动力。
无论 2030 年是否现实，2020 年代可能都会成为地球缺失的、陌生的轮廓图变得最为丰富和奇特的时候，就像一个遥远的异世界通过浑浊的以太缓缓显现。“直接测量绘制我们完整海洋的地图，”Hoy 说，“将真正改变我们所知的一切。”
