第一部分
太平洋成因之謎
太平洋是當代地球上最大的構造單元,而在海底擴張和板塊構造說中的古太平洋,則更是前所未有的巨大。與後來的大西洋、印度洋和北冰洋相比,它有著許多特有的、與眾不同的演化史,如環太平洋的地震火山帶,廣泛發育的島弧—海溝係,大洋兩岸地質構造曆史的顯著差異……這就使許多人相信太平洋可能有著它自己與眾不同的成因。如果像海底擴張論所講的那樣,大西洋、印度洋和北冰洋都是由於海底擴張的原因由古太平洋孕育而成,那麼,作為母親的古太平洋成因又該如何解釋呢?
長期以來,科學家們提出過許多關於太平洋成因的假說,其中最引人注目的是19世紀中葉,喬治·達爾文(1879年)提出的“月球分出說”。
達爾文認為:地球的早期處在半熔融狀態,其自轉速度比現在快得多;同時在太陽引力作用下會發生潮汐。如果潮汐的振動周期與地球的固有振動周期相同,便會發生共振現象,使振幅越來越大,最終有可能引起局部破裂,使部分物體飛離地球,成為月球,而留下的凹坑遂發展成為太平洋。
由於月球的密度(3341克/立方厘米)與地球淺部物質的密度(包括地幔頂部橄欖岩層在內的岩石圖的平均密度為32~33克/立方厘米)近似,而且人們也確實觀測到,地球的自轉速度有愈早愈快的現象,這就使喬治·達爾文的“分出說”獲得了許多人的支持。
然而,有些研究者卻指出,要使地球上的物體飛出去,地球的自轉速度應該非常快,亦即一晝夜的時間不得大於1小時25分。難道地球早期有過如此快的旋轉速度嗎?這顯然很難令人相信。再者,如果月球確是從地球飛離出去的,那麼月球的運行軌道應在地球的赤道麵上,事實卻不是如此。還有,月球岩石大多具有古老得多的年齡值(40~455億年),而地球上已找到的最古老的岩石僅38億年,這顯然也與飛出說相矛盾。
20世紀50~60年代以來,由於天體地質研究的進展,人們發現,地球的近鄰——月球、火星、金星、水星等——均廣泛發現有隕石撞擊坑,有的規模相當巨大。這不能不使人們想到,地球也有可能遭受到同樣的撞擊作用。1955年,法國人狄摩契爾最先提出,太平洋可能是由前阿爾卑斯的流星撞擊而成的。他還認為這顆流星可能原是地球的衛星,直徑幾乎為月球的兩倍。此後,還有一些人提出了類似的觀點。可惜多屬臆測,沒能提出足夠的證據。
近年,我國學者在研究了月球等類地天體的地質特征後,對比月球上凹陷的五海,進一步論證了太平洋係撞擊形成的可能性。
月海,是月球早期小天體猛烈轟擊形成的近似於圓形的窪地,其底部有稍後噴溢的暗色熔岩物質(月海玄武岩)所充填。這一點已被現代科學的考察所證實。月球上最大的月海——風暴洋麵積達500萬平方千米。中國學者認為太平洋與月海具有如下的共同特征:
月海在月球上的分布是不均勻的,集中在月球正麵的北半球,太平洋也偏隅於地球一方,這反映了早期撞擊作用的隨機性。
月海具有圓形的外廓,並比月陸平均低2~3千米;太平洋也大致呈圓形,比大陸平均低3~4千米。
地球的大陸由年代較老、密度較小的矽鋁質岩石構成,而海洋則由年代較近、密度較大的玄武質岩石組成;月球也是這樣,月海也由年齡較小的玄武岩組成。
地球上的大陸地殼厚度較大,介於30~50千米之間,洋殼較薄,一般為5~15千米;月球也有類似情況,月陸殼一般厚40~60千米,月海殼則一般小於20千米。
重力測量證明,月海具有明顯的正異常。太平洋的情況比較複雜,但比周圍大陸也具有較高的重力值。
月海周圍有山鏈環繞,而太平洋周圍也有山鏈。
在太平洋底發現有邊緣和中央海嶺,而在一些較大的月海中也同樣可見有堤形的隆起,分布於月海中央和邊緣。
太平洋東部具有以島弧、邊緣海組成的,從洋殼過渡為陸殼的過渡區,在一些月海邊緣也可見有所謂“類月海”的過渡區。
這種比較說明,太平洋是在地球早期形成時的巨大撞擊盆地。一部分學者認為:
地球上的海洋形成於早期的地球大致上達到了現在的質量時。這時,地球具有強大的引力吸引周圍的固體物質,致使周圍的一些固態物質以極高的速度(112米/秒)撞向地球。如此劇烈的碰撞必然會產生極高的溫度。這種溫度估計可達10萬攝氏度,因而足以使碰撞物體本身和地球表麵碰撞區的物質完全汽化。碰撞以後,地球表麵由此而形成的熱點很快會冷卻下來,留下一個坑陷區。過一段時間,接踵而來的碰撞又會造成另一些熱點和坑陷。這其中最大的一個,就成了後來的古太平洋洋盆。
然而,這仍然隻是一個推論。因為在漫長的地史時期中,太平洋盆地已經曆了多次的劇變,原來的古洋盆麵目不複存在,在這種情況下,要真正弄清古太平洋的來源,還有大量的驗證工作要做。
太平洋真的會關閉嗎
太平洋是世界上最大的海洋,占全球總麵積的32%,全球海洋總麵積的46%,它比世界全部陸地的麵積還要大。包括邊緣海和海灣在內,太平洋的麵積約1797億平方千米,容積為7237億立方千米,平均深度為4028米。按順時針方向,太平洋與南極洲、澳大利亞、印度尼西亞群島、馬來半島、中國、西伯利亞、北美洲和南美洲接界。
太平洋西南界的劃分問題尚有爭議。大多數學者認為,太平洋的西南界線,應從馬六甲海峽開始,沿著新加坡的子午線向東,經過蘇門答臘、爪哇、羅地島、帝汶島,與澳大利亞會合。這樣就把帝汶海、阿拉弗拉海和卡奔塔裏灣也算入太平洋內。有一些學者則不同意這種劃法,他們認為,應該把這些水域的一部分或全部,劃歸印度洋。對沿澳大利亞東海岸到巴士海峽路邊界線,也有兩種劃法。有些權威學者把界線劃在巴上海峽的西麵,另一種意見則主張把界線劃在海峽的東麵。
太平洋西部邊界位於塔斯馬尼亞島的下方,東經14度線上。東部邊界與西部邊界相似,一般認為,在合思角和南極半島之間的最短距離線上。但有些人主張把界線劃在斯科舍島周圍,按照這種劃法,斯科合海應包括在太平洋內,而不是大西洋內。
雖然有些人喜歡用橫跨白令海峽西北端的東西線為界,但太平洋北部邊界通常在白令海峽北極圈的緯度上。南麵的邊界是南極洲,除非把南大洋也劃出是一個獨立的大洋。如果是這種情況,邊界線在南緯55度上,另一種人的意見是在南緯60度上。
太平洋是最古老的海洋,5億年前,地球就是由以太平洋為中心的一片古海洋和以非洲、南美、澳大利亞、印度洋和南大西洋合成的一塊古大陸組成的。今天歐亞大陸的大部分當時全是海洋。此後,太平洋逐漸收縮,伴隨的是大西洋的不斷擴張。自三疊紀(距今23~19億年)以來,大西洋從無到有,不斷擴大其領域;而太平洋卻節節“敗退”,地盤越來越小。目前,大地測量專家們測量到,北美洲板塊和歐亞板塊正以每年約19厘米的速度向北漂移。也就是說,大西洋仍在逐年變寬,而大西洋隔壁的太平洋仍在逐年變窄。由於澳大利亞向北移動,印度洋海盆也在擴大。不加誇張地說,由於這些大陸板塊的蠶食,太平洋海盆正以每年9厘米的速度消失。正是由於周圍壓力的結果,太平洋海盆的邊緣地帶成為著名的“太平洋火環”,有比世界其他地區更多的火山和地震。海盆底還有大約1000座海山,比其他所有大洋海山的總和還多。這就不難理解,為什麼早期的探險者們,如達爾文和費希爾等都會產生這樣一個想法:月球是從太平洋海盆中分裂出去的,從而給地球表麵留下一個巨大的田地——太平洋。
前些年,地質學家們普遍有一種看法,由於大西洋的麵積不斷增大,太平洋將來很可能會被迫關閉。當然,這種事態應該發生在1~2億年之後。屆時,美洲西岸會與亞洲東岸相對接,而後兩個板塊發生碰撞,在板塊中間抬升起一條比喜馬拉雅更加雄偉的山脈。不用說,那時的中國將會失去海洋,變成一個地地道道的內陸國家。
這事說起來似乎有些不可思議。不過,從地質曆史發展過程看,也沒有什麼值得大驚小怪的。想當初,顯赫一時的古地中海(特提斯海),不也是由於印度、阿拉伯、非洲與歐亞大陸的彙合而關閉大吉,並在板塊的碰撞下升起了阿爾卑斯—喜馬拉雅諸山脈嗎?如果大西洋擴張的勢頭不減的話,大約1~2億年後,太平洋恐怕真的要從地球上消失了。
美國芝加哥大學的一位地質學家利用電腦,對地球上各片大陸將來的漂移情況,進行了模擬推算。結果發現,太平洋目前的收縮隻是暫時現象,將來會對大西洋進行全麵“反攻”。電腦顯示,在15億年之後,大西洋將會被太平洋擠成“小西洋”,甚至有可能從地球上消失。
地質學家們還發現,在今天的大西洋誕生之前,地球上曾有過一個古大西洋。推算它存在的時間約在5億年前的早古生代。當時這個古大西洋的寬度達數千千米。可是,到27億年前的時候,這個古大西洋從地球上消失了。
太平洋是世界第一大洋,大西洋是世界第二大洋。它們似乎在為奪取或保住“世界第一”的桂冠而頑強較量,至於最終誰贏誰負,目前仍是眾說紛紜,還沒有一個可靠的觀點。
紅海真的能變成新大洋嗎
紅海是因局部海麵內季節性繁殖很快的海藻,把表層海水染成棕紅色而得名。這個地處亞非之間的狹長海域,是世界上最熱、海水含鹽度最高的海域,當然,也是充滿神奇色彩的海域。說它神奇,是因為科學家們預言,紅海將可能變成未來的大洋。
紅海位於非洲的埃及、蘇丹、埃塞俄比亞和亞洲的沙特阿拉伯之間。紅海長約2253千米,寬度不超過354千米。它的北部,在西奈半島之西,與蘇伊士運河相接;在西奈半島以東,與長274千米、寬40千米的蘇伊士灣相連。它的南部,在曼德海峽的兩側,以胡森穆拉德與錫亞角的連線為界。出了曼德海峽,紅海的水就與亞丁灣及印度洋的水相混合了。紅海的麵積為45萬平方千米,容積為25萬立方千米,平均水深為558米。
海洋地質學家普遍認為,紅海是地球上一個相當新的水域。不少學者認為,紅海可能是一個未發育成熟的大洋。現在的地質調查資料顯示,大約在2000萬年以前,阿拉伯半島可能才從非洲分裂出來,印度洋的海水才有可能流入距地中海不到1625千米的地方。在印度洋,大洋中脊穿過印度洋往北伸展,於查戈斯群島附近轉向西麵,並以索科特拉斷裂的形式拐入亞丁灣,而另一斷穀則直達紅海中部。這個斷裂帶以直角向東延伸,並延伸到約旦河穀向上直到死海。人們推斷,這是以坦噶尼喀湖為終點的非洲斷裂穀的延伸部分。這條斷裂穀在進入紅海中部時,最大深度可達到2300米。
加拿大著名地質學家根據上述跡象預言,在若幹萬年之後,一個新大洋有可能在紅海地區出現,這可能是世界第五大洋,新大洋有可能把完整的非洲大陸分裂為東西兩部分。
19世紀末英國地質學家格雷戈裏也曾有過類似的預言,並且形象地描述了非洲大陸東部巨大裂穀的情景。這也就是著名的東非大斷裂。東非大斷裂位於東經30~40度之間,北部是一條狹長的海域——紅海和一條河——尼羅河;沿尼羅河向南,其源頭是基奧加湖、維多利亞湖、坦噶厄喀湖、尼亞薩湖和盧多爾夫湖等成串的大小湖泊。這些湖、河、海組成一條地球上巨大的裂穀、南北長約5000千米,東西寬約50千米。在沿斷裂帶上,有廣泛的火山和岩漿活動,來自地殼深處的玄武岩和堿性——超基性岩岩漿,通過這條通道不斷上湧,把斷裂兩側的大陸塊推向外側,使裂穀不斷擴大。
北部狹長的斷裂帶已經形成為紅海。在紅海的底部,有一條長3000米的凹地,凹地中有兩個火山口,周圍覆蓋著凝固了的火山熔岩。這足以證明,紅海的海底仍在擴大之中。大斷裂的南部是一些伴有火山岩的湖泊。現代研究結果證明,大洋的形成是中央海嶺裂穀活動的結果,而東非大裂穀的紅海、亞丁灣為全球大洋中的巨型裂穀——中央海嶺的一個分支,因而將來完全有可能擴展為新的海洋。
不過,許多人對此還持懷疑態度。大的裂穀在某種動力的作用下,有可能擴展成為海洋,但是,未必都如此。目前,世界上已發現許多大裂穀,例如,德國的萊茵裂穀,俄羅斯西伯利亞中部的貝加爾裂穀,美國中西部的裏奧格蘭德裂穀,橫切日本的中央裂穀,縱貫菲律賓的菲律賓大裂穀,還有我國東部的郯廬大斷裂等,其中有不少與東非裂穀的規模不相上下,有些與大洋的中央海嶺也有聯係,有的以湖泊形式出現,有的為斷裂山穀,有的一部分為邊緣海。如果認為這些大裂穀地區都會擴展為海洋,顯然是不可能的,所以紅海地區未必擴展為新的大洋。
再一個問題是,紅海或者東非大裂穀不斷擴寬的內應力是什麼呢?對於這一點,學者們的看法完全不同。一些學者認為,熾熱軟流圈物質的上湧是大陸分裂的基本動力。從空中遙望,東非裂穀宛如被利斧劈開的地球上的巨大傷痕。人們有理由認為,這是大陸被張裂開的地方,不過這裏的大陸還沒有完全斷開,洋盆尚未形成,所以,地質學家們把東非裂穀視為正在孕育中的洋盆胚胎期。如果大陸岩石圖進一步拉薄,最終完全拉開,並且進一步擴展,來自軟流圈的玄武質岩漿就會上浸到裂口處,冷凝成玄武岩質的大洋型地殼,形成今天的紅海。這是人們用軟流圈上湧理論得出的一種解釋。
資料顯示,紅海新洋殼的形成約有幾百萬年的曆史,亞丁灣的形成曆史更早,其兩側非洲與阿拉伯的分離已有1000萬年之久。東非裂穀周緣的東非高原,有非洲屋脊之稱,它的巨大高度也能證明岩石圈在熾熱的上湧軟流圈作用下抬升的結果。由於溫度升高,又使大陸岩石圈的強度降低,最後大陸會沿長長的斷層發生張裂和陷落。這大概就是紅海和亞丁灣這個年輕的海盆擴展發育的地質曆史過程。這是軟流圈上湧理論的極好例證。
但是,另一些學者提出了完全相反的看法。他們認為,大陸的分裂是岩石圈板塊相互作用所產生的應力造成某一板塊破裂所致。軟流圈上湧是岩石圈相互作用的結果,不是起因。支持這一看法的例證也不少。例如,印度板塊撞擊亞洲大陸主體導致後者破裂,這就是貝加爾裂穀的起因;在沿阿爾卑斯山脈板塊碰撞力的作用下,導致歐洲萊茵裂穀的形成。這兩條裂穀均形成於新生代早期,確與相應的大陸碰撞同時發生。
一旦大陸開始張裂,被岩石圈禁錮的軟流圈物質便會沿著裂穀地帶“被動”地上湧。這就是說,是岩石圈破裂引起軟流圈上湧。這與前麵提到的軟流圈上湧導致大陸岩石圈破裂的觀點正好相反。這裏就有一個令人迷惑不解的問題,究竟是哪一種作用在先?或者說,是兩種作用相輔相成呢?
今天,我們在研究紅海、亞丁灣有可能成為未來新洋盆的時候,應當對其大陸分裂的主要動力作出具體分析。即使我們讚成軟流圈上湧是大陸分裂的重要動力,那麼,人們也要提出,為什麼軟流圈會在紅海、亞丁灣而不在地球別的地方上湧?在東非大裂穀這個地方,究竟是什麼力量推動軟流圈物質上湧?或者說,東非大裂穀的形成和某個岩石圖板塊相互作用真的無關嗎?假如有關係,又是哪塊岩石圈在起主要作用?所以,紅海、亞丁灣,或者說東非大裂穀能否真正成為未來的大洋,還有待於科學家們作進一步的研究。
海水的鹹味之謎
大家都知道,海水是鹹的。其原因是海水中含有各種鹽分。根據科學測定,平均每1000克海水中含35克鹽。地球上,海洋中蘊含大量的鹽類物質。有人估計,如果把海水中所有的鹽分都提取出來,鋪在陸地上,可得到厚153米的鹽層;如果鋪在我國的國土上,可使我國平均高出海麵2400米左右。
海洋剛形成時,海水和江河湖水一樣,是淡的。後來,雨水不斷地衝刷岩石和土壤,並把岩石和土壤中的鹽類物質衝入江河,而江河的水流到大海,使海洋中的鹽分不斷增加。與此同時,海中水分不斷蒸發(鹽幾乎不會蒸發),這就使鹽的濃度越來越大。當然,這個過程是很漫長的。
那麼,海洋是不是會越變越鹹?含鹽量高達25%的死海似乎肯定了這種推測。
其實不然。因為海洋也有“釋放”鹽分、把鹽分“歸還”陸地的“絕招”。具體來說,主要有以下幾種方法。
當海洋中的可溶性物質(含鹽類物質)濃度達到一定程度時,可溶性物質會互相結合成不溶性化合物,沉入海洋的底部。
海洋中的生物體內吸收了一定的鹽類物質,當海洋生物死去後,它的屍體沉到海底。
台風暴發時,狂風巨浪會把海水卷到陸地上,海水中的鹽類物質也被帶到陸地。
此外,從漫長的陸地變遷曆史看,有些海洋的海灣地帶,由於地殼的升高而與海洋隔斷。這些地帶就像與大海母親失散的“遊子”,而在太陽光的“肆虐”下,變成陸地,留下大量鹽分。
海水不能變鹹,是不是會越變越淡呢?
這也不大可能。總的來說,海水的鹹度會保持相對的平衡狀態。當然,這不排除在某一個海域某一段時間,海水會變鹹或變淡。
海水會不會越來越鹹
海水為什麼是鹹的?它會不會隨著時間的推移變得越來越鹹?多少年來,人們一直沒有一個共同的觀點。
海水之所以鹹,是因為海水中有35%左右的鹽,其中大部分是氯化鈉,還有少量的氯化鎂、硫酸鉀、碳酸鈣等。正是這些鹽類使海水變得又苦又澀,難以入口。那麼這些鹽類究竟從哪裏來呢?有的科學家認為,地球在漫長的地質時期,剛開始形成的地表水(包括海水)都是淡水。後來由於水流侵蝕了地表岩石,使岩石的鹽分不斷地溶於水中。這些水流再彙成大河流入海中,隨著水分的不斷蒸發,鹽分逐漸沉積,時間長了,鹽類就越積越多,於是海水就變成鹹的了。如果按照這種推理,那麼隨著時間的流逝,海水將會越來越鹹。
有的科學家則另有看法。他們認為海水一開始就是鹹的,是先天就形成的。根據他們測試研究發現,海水並沒有越來越鹹,海水中的鹽分並沒有增加,隻是在地球各個地質的曆史時期,海水中含鹽分的比例不同。
還有一些科學家認為,海水所以是鹹的,不僅有先天的原因,也有後來的因素。海水中的鹽分不僅有大陸上的鹽類不斷流入到海洋中去,而且在大洋底部隨著海底火山噴發,海底岩漿溢出,也會使海水鹽分不斷增加,這種說法得到了大多數學者的讚同。
還有一些科學家以死海為例指出,盡管海洋中的鹽類會越來越多,但隨著海水中可溶性鹽類的不斷增加,它們之間會發生化學反應而生成不可溶的化合物沉入海底,久而久之,被海底吸收,海洋中的鹽度就有可能保持平衡。
總之,海水為什麼是鹹的,它會不會越來越鹹?這還需要科學家們的不斷探索和研究。
威力巨大的海洋台風
人們有時會在熱帶洋麵上發現一種狀如蘑菇的強烈氣旋,其直徑通常在幾百千米以上,雲層高度在9千米以上,這就是台風。它帶來的湧浪、暴雨和風暴潮,對海上航船和海岸設施破壞極大。
台風可分為台風眼區、台風渦旋區和台風外圍區。台風眼區是台風的中心部分,這是一個相對穩靜、具有少雲或無雲天氣的空心管狀區,直徑在10~60千米,氣壓極低,且穩定少變,四周被高高的雲牆所環繞。這裏的海麵狀況十分惡劣,對船舶危害極大的金字塔浪,往往出現在這裏。台風渦旋區是繞台風眼周圍的最大風速環形區,這裏高大寬厚的雲牆寬達幾十千米,它的半徑約100千米,在該區40米/秒~60米/秒的大風是常見的事,曾出現過100米/秒以上的強風。台風外圍區是台風的邊緣大風區,這個區域內的天氣亂雲翻滾,雨量時大時小,時降時停,風力向台風中心逐漸增大,氣壓降低。
1935年9月26日,日本海軍第4艦隊在三陸衝海麵行進時突遇台風,但他們迎著狂風惡浪仍按原計劃前進、當時台風中心最大風速達40米/秒,最大浪高在14米以上。艦隊橫穿台風,進入台風眼。結果38艘軍艦遭到狂風巨浪的襲擊,“初雪”號和“夕霧”號驅艦被攔腰切斷,“望月”號艦橋斷裂,進入危險半圓的水雷艦全部覆沒,14艘5000噸以上的大型艦艇也都遭到不同程度的破壞,人員大量傷亡,損失極為慘重。
日本的中部和關東地區在1958年9月26日遭到了台風襲擊。台風帶來的暴雨使伊豆狩野河大堤決口,伊豆北部平原成為一片汪洋,5000人隨即命喪黃泉。名古屋市和四日市等地的海岸線上洪水滔滔,5000人再次被洪水卷走。這股來自伊豆灣的台風,使人們不僅知道了台風的可怕,也嚐到了海嘯的滋味。
1954年的9月26日也曾刮過一場台風,那次台風從日本本土橫貫而過後,又折回來襲擊北海道,巨大的風浪把8000噸級的青函聯運船“洞爺丸”號掀了個底朝天,1300多人葬身海底。“洞爺丸”並不是一艘普通船,而是令全體船員自豪的優質船,並且船的操縱設施也十分先進。當時,在函館海麵不僅有“洞爺丸”,還有許多青函貨物聯運船,這些船也在頃刻之間顛覆沉沒。
1970年11月發生在孟加拉國的台風是近代最嚴重的台風災害。這個在孟加拉灣強烈發展的台風,中心氣壓低至940百帕,最大風速達120節(62米/秒)。它於11月12日夜間到13日淩晨,在吉大港附近的哈提亞登陸,猛烈襲擊了孟加拉沿海。狂風、暴雨、大海潮,吞沒了無數島嶼、漁村和農莊。由於那兩天正好是陰曆十月十四和十五,趕上了天文大潮,加上風暴潮水,潮位最高超過6米,滔天巨浪把許多還在酣睡的人席卷吞噬。在短短的時間裏,就有30多萬人喪生,幾千萬人流離失所。整個人口稠密的恒河三角洲瞬間變成一個慘不忍睹的人間地獄。其遭受經濟損失之巨大,是難以估量的。
恐怖猙獰的海冰
海水和大氣相互作用形成海冰,其形成大致經曆5個階段。一是海麵氣溫下降,表麵海水溫度降至冰點以下時,海水裏又有利於形成冰的雪粒等凝結核,海水表麵層就開始結成縱橫交錯的冰針或小冰片。二是海麵溫度繼續降低,大量的冰針或冰片聚集起來,形成覆蓋海麵的薄冰,薄冰破裂成一個個大小相當均勻的圓盤狀冰餅。三是海麵溫度進一步下降,圓盤狀冰餅互相凍接起來,形成有一定厚度的、麵積相當大的冰蓋層。四是海麵溫度再下降,冰層膨脹龜裂,大片冰層就形成破碎的冰塊。五是海水的運動,促使冰塊疊加,各個冰塊之間又凍接起來,形成麵積更廣闊的大冰原。冰原再互相撞碰,重疊,就形成山巒般起伏不平的大冰群。這時,冰厚可達15~20米。
在極地附近,冰川的一部分滑行至海洋中,斷裂成一個個巨大的冰山。冰山形狀奇特,千姿百態,有的宛如平台,有的陡峻尖削,有的波浪般起伏……冰山大小不一,小的麵積不足1平方千米,大的麵積卻有幾百甚至5000平方千米,海冰高出海麵100多米,猶如海島一般,但露出水麵的通常隻是冰山高度的1/5或1/4。在北極海域,曾有一座台狀冰山,長55千米,寬30千米,露出水麵的部分高達30米。在南極海域,曾有過一座巨大的冰山,長350千米,寬40千米。南極海域的冰山約有22萬座,約為北極冰山數的4倍。冰山壽命很長,一般是4~11年,有些長達13年之久。在移居海洋的數年中,冰山漂移流浪,遠離它的故鄉。格陵蘭島附近的冰山,經加拿大東部海域向南移動。可越過北緯48度。南極冰山向北移動,可到達大西洋南緯35度、印度洋南緯45度、太平洋南緯50度。冰山漂移到溫暖的水域,水線腰部日益細瘦,及至有一天支撐不住上截而翻倒下來。翻倒激起的巨浪會給過往附近海域的艦船造成巨大的威脅。
海水的破壞力是非常巨大的。首先是冰的膨脹力。淡水隨溫度降低而密度增大,4℃以下,隨著溫度下降,水的體積卻要加大,這就是水的反常膨脹。小瓶中的水結冰,往往把小瓶脹裂就是這個緣故。海水也有這個反常特性,隻是海水呈現最大密度的溫度不是4℃,而是隨海水鹽度的高低而變化,一般要在-2℃以下。以這個溫度為分界,氣溫再下降就會引起海冰的體積膨脹。此外,海冰膨脹還有一個因素,那就是海冰中的“鹽泡”。在海冰形成過程中,海水中的鹽大都析出來,進入未結冰的海水中,但也有少部分鹽被冰包圍起來,形成一個個“鹽泡”。隨著氣溫的降低,海冰中大量的“鹽泡”也凍結成冰,致使冰的體積更加脹大。冰的膨脹力十分驚人,能把船體擠壓得變形,使船艙破裂進水,甚至破壞港口、碼頭和海中的軍事設施。
其次是海冰在風和海流作用下產生的推力。這是海冰破壞力的主要形式。有些海中建築物在凍冰時倒於海中,就是海冰的巨大推力造成的。
還有就是移動的冰撞擊物體時產生的衝擊力。冰的質量越大,漂移的速度越快,撞擊物體時產生的衝擊力也越大。例如,一個厚30厘米、麵積為1000平方米的冰塊,若漂移速度為05米/秒,則撞擊物體時可產生100噸的衝擊力。當行駛的艦船和漂移的冰塊或冰山相撞時,兩者共同的撞擊力就會更大,造成更嚴重的損失。
現代的艦船一般都裝有導航和水下探測設備。但這也不能絕對保證其在冰塊、冰山活動區航行的安全。
1912年4月10日,英國白星航運公司的海上“豪華宮殿”——大西洋郵輪“泰坦尼克”號,從英國南部城市南安普敦港起航,開始了橫渡大西洋、直駛紐約的處女航。這是一艘排水量66萬多噸的巨型輪船,船內設施在當時世界上是無與倫比的,英國人把它稱為“永不沉沒的海上皇後”,將它視為自己的驕傲。當然,第一批乘客也自感無上光榮。
4月14日午夜鍾聲響過不久,在紐芬蘭島東南380海裏處,“泰坦尼克”號與漂浮的冰山相撞。這座冰山露出水麵的部分約十七八米高,低於“泰坦尼克”號的甲板高度,但水麵以下部分暗藏的冰山“底盤”卻很大。堅硬的冰山,擦撞了船頭水下右舷的底艙部分,雖然沒有撞擊破洞,但是使撞擦處的幾塊鋼板中凹,板端鉚釘崩脫而向外張開,形成了長達幾百米的一道口子,占船全長的1/3,劃穿了右舷前部的6個艙,前5艙都有水密艙,而第六艙偏偏沒有水密艙,大量海水乘虛而入,洶湧地灌進艙內,灌滿一艙又一艙。從深夜11點40分擦撞,到淩晨2點18分全船沉沒,“泰坦尼克”號隻在海麵上支持了兩個多小時。當時船上有2201人,隻有711人生還。
“泰坦尼克”號撞到巨大冰山沉入大西洋底之後,其原因一直是個謎。1985年,美國深水研究專家羅伯特·巴拉爾特,在距紐芬蘭東南方680千米的水下3795米處,發現了該船的殘骸,他借助遙控水下攝影儀拍攝了數張照片。
1993年夏天,一個由英、美兩國專家組成的探險小組對“泰坦尼克”號殘骸進行了5次探測。他們采用深水機器人和小型載人潛艇,多次靠近該船殘骸,打撈上許多錢幣、器皿、懷表乃至船體碎塊。1993年9月中旬,在紐約舉行的一次美國船舶製造和機器製造專家研討會上,有關專家學者提出了事故分析結果報告。他們的結論是:如果當時設計這艘最大、最豪華遊輪的人員在製造過程中不偷工減料的話,“泰坦尼克”號的沉沒或許可以避免,即使出事也不至於造成如此慘重的傷亡。專家們在會上強調指出,英國貝爾法斯特市沃爾弗造船廠的設計人員,完全按照當時造船的技術標準來鉚接船體,可是“泰坦尼克”號船殼卻采用了質量較差的鋼材,它在低溫下容易發脆和開裂。優質鋼材受到撞擊時隻是彎曲或變形,而“泰坦尼克”號的鋼質船殼在大西洋冰海中撞上冰山時,竟像玻璃那樣裂開。因此,美國造船工程師弗·卡爾茨蓋在研討會上的最新研究結果的總結中說,這場慘劇可以說是難以避免的。
時隔47年,1959年1月30日,丹麥“漢斯·賀托福特”號輪船,在格陵蘭島法韋爾角東麵120海裏處,再次上演了一出與冰山相撞的悲劇,造成90多人喪生。輪船在與冰山相撞不久即沉沒。
魔海形成之謎
為了解開馬尾藻海的形成之謎,1925年美國生物學家威廉·比勃博士率領探險船“阿克喬爾”開始了對馬尾藻海的科學調查。盡管“阿克喬爾”號是一艘不足500噸的木製小船,但它卻可以為在馬尾藻海進行探險考察提供各種服務。首先,該船設計得很獨特,它的船體裝著帶刃的金屬物,足以切開密密麻麻的果囊馬尾藻。其次,船的推進器也經過了一番特殊處理,能有效地防止海草的糾纏。再次,船底還安裝了鋒利的玻璃片。為了能看清海中的生物,船上還安裝了強光燈。
正是依靠這些獨特的裝置,“阿克喬爾”號才能在馬尾藻海安全航行了6個月之久,進行了多學科的海洋考察,發現了許多稀有海洋生物。
以前,人們普遍認為,馬尾藻海中的海草,隻不過是生長在西印度群島一帶的海草,被暴風雨所席卷、漂流後滯積在馬尾藻海的。比勃博士的考察表明,馬尾藻海的海草是當地土生土長的獨特的海洋生物。例如,一種小魚,它的體色、模樣均和果羹馬尾藻相似。正是依靠這種出色的保護方法,這種魚才達到了生存的目的。
比勃博士後來又乘坐深海潛水球“巴切斯菲”號潛入海底考察。這兩次的“魔鬼海”探險,使他的名字傳遍全球。
在第二次世界大戰中,英國奧茲明少校曾親自駕船體驗了“魔鬼海”的恐怖。
當他進入馬尾藻海後,隻見一片綠野發出令人作嘔的奇臭,海藻的表麵有極大的黏性,吸住人的手後,會拉出一道血痕。
到了晚上,這些海草像蛇一樣爬上船的甲板,似乎要將船裹住不放。為了航行,奧茲明隻好把這些海草掃掉。但是,掃掉前麵的,後麵又跟著不斷伸來,結果,越來越多。一會兒海草就爬滿了甲板。經過一番艱難困苦的搏鬥,奧茲明筋疲力盡地逃出了魔藻海。
海鳴是怎麼回事
神秘莫測的大海經常會發出各種各樣的聲音,這些聲音統稱為“海鳴”。但海鳴的聲源在哪裏呢?有些海鳴的聲源是眾所周知的,比如波浪翻騰和驚濤拍岸發出鳴響,大氣降水、地震和火山活動引起鳴聲,魚類和其他海洋生物發出的聲音等等。但有些海鳴的聲源至今還是個謎。在我國廣東省湛江硇洲島的東南海麵,每當風雲突變,天氣異常,風暴即將到來時,海麵上就會發出一陣陣有節奏的嗚嗚嗚聲地響。這聲音好似悶雷滾動,一高一低,錯落有致。據當地老人說,在很久以前建造硇洲島國際燈塔的時候,法國人把一個大水鼓沉放在水中,水鼓相當於海況探測報警器,專門作海上天氣預報用的,它能隨時向人們發出風浪異變的信息,這嗚嗚嗚的聲音就是它發出來的。可是,誰也沒看見過那沉放在水中的石鼓,更不知道它被放置在什麼地方,有關部門曾專門派出船隻到硇洲島東南一帶的海域巡視搜索,結果什麼也沒發現。
1969年,有人曾在這片海域發現過一群海豬正在遊動,於是,當地人就認為海鳴有可能是海豬的嚎叫聲,但在沒有海豬活動的地方也有海鳴的產生,很顯然這種說法是錯誤的。
1976年,硇洲島東南海上的海鳴聲比以往減弱了,於是,持“水鼓說”的人認為,這是由於水鼓年代太久,從而導致其功能日益減退。持“海豬說”的人則認為,這是由於近年來人們在這一帶海域的活動明顯增加,影響了海豬的正常活動和生活,使海豬遷移的結果。
兩種說法看上去似乎都有一定的道理,硇洲島東南海上海鳴的聲源究竟在哪裏,至今仍是一個謎。
海霧之謎
海霧大致有兩大類,它們均是在海洋直接影響下形成的。其一是受海麵因素影響而形成的霧,如平流霧、蒸汽霧、混合霧、輻射霧等;其二是在天氣係統影響下產生的霧,如雨霧等。
當暖空氣從溫暖的水麵流向冰水麵時,暖空氣就會冷卻降溫,凝結出水汽,繼而以液體水滴的形式懸浮在空中。這種大大小小的水滴越聚越多,便形成了霧,直接影響了空氣的透明度。由於這種霧主要是靠暖空氣在冷海麵上的平流運動形成的,所以叫做平流霧。在海洋上的霧,絕大多數都是平流霧。這種霧隨風飄移,分布範圍廣、持續時間長、濃度大,常常給行船造成災難。
當冷空氣到達暖水麵時,由於海水溫度高於氣溫,海麵上的水汽壓力大於空氣水汽壓力,造成水麵強烈蒸發,水汽進入冷空氣中。當冷空氣中的水汽達到飽和狀態時,水汽就凝結出小水滴,越來越多的小水滴聚集漂浮在低空,便形成了蒸汽霧,使能見度降低。
海洋上空的降雨,降至低空時,因低層溫度增高而使雨滴蒸發,提高了低層空氣的溫度。同時,又有冷空氣流入,與低層暖濕空氣混合,使暖濕空氣飽和,從而形成了混合霧。混合霧與蒸汽霧不同,它的水汽主要來源於降雨。如果沒有降雨,兩種溫差較大而又比較潮濕的空氣相互混合,有時也能形成混合霧。
當海洋水麵被一層懸浮的物質或冰層覆蓋時,這層覆蓋麵在夜間輻射冷卻很快,使貼近海麵較暖的空氣凝結出水滴,就會產生輻射霧。
雨霧是隨同降雨而來的霧。這種霧與混合霧一樣,水汽都來源於雨滴。但雨霧形成過程中不需要借助於外來冷空氣的混合,僅靠雨滴的蒸發即可形成。
海水溫度之謎
盛夏的驕陽是那樣炎熱,它毫不吝惜地用自己的熱量把大地上的一切都烤得燙燙的。就連拂麵而過的夏風,也仿佛爐前的熱氣,不會使你產生舒服的感覺。
這時,那碧藍碧藍的大海更加顯露出迷人的魅力,你會身不由己地要投入到它的懷抱。甚至你還會想,要是一個夏天都能生活在舒適的海水裏那該多好啊。
不過還要提醒你一下,可不能在大海裏泡得時間太長,不能遊得太遠,否則你會牙齒打顫,嘴唇發烏,渾身凍得發抖,弄得不好抽起筋來就更麻煩了。
親愛的朋友,當你在大海裏泡得渾身發抖,不得不上岸趴在燙人的沙灘上、讓火熱的太陽再給你一些溫暖時,你有沒有想過同樣處在炎炎的烈日之下,為什麼沙灘就炙熱燙人,而大海卻令人感覺寒冷呢?
人們研究過太陽輻射的情況,他們發現,到達地球表麵的太陽輻射能大部分都被地球吸收了,隻有一小部分反射回到空中。說來也很有趣,原來海麵和陸地比較起來,海麵就像餓極了的孩子似的,貪婪地吸收著太陽送來的熱量,不願把好不容易得到的太陽能量放棄掉。
陸地就和海麵不一樣。它的胃口小,不能一下子吸收很多太陽輻射來的能量,剩下的就反射回空中去了。陸地的反射率要比海麵的大一倍,可見陸地的吸熱能力要比海洋差些。而且,陸地存不住熱量,那曬得燙燙的沙灘就是一個例子。
既然海水吸熱多,為什麼海水沒有沙灘熱?
科學家經過研究,發現陸地是一種不能很好傳熱的固體,既不透明又不流動。太陽即使再厲害些,也曬不透它。因為不能很好地傳熱,曬了一整天,它所吸收的熱量還隻是集中在不到一毫米厚的表層內。
而海上的情況就不同了。
海水是半透明的,太陽光可以透射到水下一定的深度,也就是說,太陽的輻射能可以達到海水的一定深度之內。經過長期的觀測計算,人們發現到達水麵的太陽輻射能,大約有60%可以透射到1米的深度,有18%可以達到海麵以下10米的深度,人們甚至在海麵100米深度的地方仍然發現有少量的太陽輻射能量。而這些,在陸地上是不可能的。
海水吸熱,不僅胃口大,它還要把已經吸收的熱量送到透射不到陽光的深層海水中貯存起來呢。這也是海洋與陸地所不同的一個最重要的性質。
海洋依靠海水的流動來輸送熱量。比如說,海流就可以把赤道附近的熱海水送到兩極方向去,而兩極方向的冷海水也通過海流向溫暖的地方流動;風浪則可以形成海水溫度的上下交換。你可不要小看這種風浪的作用,科學家說,它所造成的海水溫度的上下交換,要比熱傳導作用大上千倍萬倍呢。在夏季和白天,海麵上接受的熱量較多,它就可以把熱量送到深層貯存起來;而在冬季和夜晚,海表麵接受的熱量少,它又會把貯存在深層的熱量輸送到表層。
當然,除了風浪,海水還有一種對流作用。這種對流作用是由於冷熱海水的重量不同而形成的。就像冷空氣重熱空氣輕一樣,海水也是冷的重熱的輕,於是冷而重的海水就會自動下沉,暖而輕的海水會自動上升。有了這種對流作用,冬天的大海也不會很冷了,隨著表層較冷的海水不斷下沉,下層較暖的海水會自動升上來補充的。
同在一個太陽下,陸地與海洋的物質不同,溫度就不同。陸地是表皮燙,海洋則是整個溫,海洋把熱情大方的太陽送來的熱量都貯存下來了,隻是體積太大,溫度不可能升得太高,所以夏季的大海會使你舒服得最後要打寒戰。
難怪有人說海洋是個貯存熱量的倉庫,這話還是有它一定道理的。
海水漲落之謎
在海濱的沙灘上,經常能看到一些人彎著腰,甚至蹲在那裏,撿拾各種漂亮的貝殼,有時還能撿到海藻或海蜇、海星、海膽……可是過了一段時間,海浪吐著白色的泡沫,翻騰著向岸邊撲來,海水把沙灘淹沒了,人們被迫後退。過了一些時間,海浪失去了勢頭,又悄悄地退去,那條寬展平坦的沙灘又露出了水麵,沙灘上麵留下一簇簇剛剛被海浪推上來的大大小小的貝殼。海水都按照差不多相同的時刻湧上來,退下去。
人們把這種海水定時漲落叫作漲潮和落潮。白天的海水漲落叫潮,夜晚的海水漲落叫汐,總起來,人們就把海水水位有規律的漲落叫作潮汐現象。
海水為什麼能遵守時間地漲落呢?
原來,這是月亮和太陽對海水的吸引造成的。萬有引力定律是這現象的根本原因。宇宙中一切物體之間都是相互吸引的,引力的大小同這兩個物體質量的乘積成正比,同他們之間距離的平方成反比。
月亮和太陽對地球的引力,在陸地和海洋兩部分的任何一點上都是一樣的。但是,由於陸地地麵是固體的,引力帶來的表麵變化不容易看出來,而海水是流動的液體,在引力的作用下,它會向吸引它的方向湧流,所以形成明顯的漲落變化。