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。
太陽雖然比月亮大得多,可是它和地球之間的距離畢竟太遠了,所以月亮對海水的吸引力要比太陽大得多。海水漲落的主要動力是月亮的引力。
地球上,麵對月亮的這一麵接受月亮的引力,引力的方向是指向月亮中心的。而背著的一麵,則產生了相應的變化,使得麵對月亮或背著月亮的地球兩側的海洋水位升高,出現漲潮。與此同時,位於兩個高潮之間部位的海水,由於向漲潮的地方湧去,會出現落潮。
地球在不停地自轉,對某一個地方來說,每天都要麵向月亮一次和背向月亮一次,所以一般來說,要出現兩次漲潮和兩次落潮。
太陽對海水的引力雖然小,可是也有一定的影響。主要由於月亮的引力而引起的潮汐現象,因為太陽引力的參與,太陽引力和月亮引力共同發揮作用,就使得海水的漲落過程變得複雜了。
農曆每月初一或十五的時候,地球和月亮、太陽幾乎在同一條直線上,日、月引力之和使海水漲落的幅度較大,叫大潮;而當農曆初八和二十三的時候,地球、月亮、太陽三者之間的相對位置差不多成了直角形,月亮的引力要被太陽的引力抵消一部分,所以海水漲落的幅度比較小,叫小潮。
漲潮落潮的次數,潮的大小,還要受海岸地形、氣候等各種因素的影響。所以有的地方一天有兩次漲潮,兩次落潮;有的地方隻有一次漲潮,一次落潮;前者叫半日潮;後者叫全日潮。還有的地方潮水漲落情況要更複雜一些。如果兩個相鄰的高潮之間和相鄰的低潮之間,時間不均等,這叫做混合潮。
浙江省杭州灣的錢塘江潮就是由於受海岸地形的影響而形成的一種特殊類型的湧潮。錢塘江口寬100千米,而江道河麵僅寬四五千米,呈喇叭口狀。漲潮時,海水沿河而上。受兩岸漸狹的江岸束縛,形成湧潮。河口底部因泥沙沉積而隆起形成的“沙堤”,更激起潮水上湧,形成雄踞江麵的一道水牆,怒浪排空,如萬馬奔騰,場麵十分壯觀。
人們認識了海水按一定時間漲落的規律,就可以利用潮汐的能量,修建電站,提供無汙染的能源。世界上規模最大的潮汐電站修建在法國朗斯河上。這個潮汐電站於1961年開始建設,1967年竣工,發電能力24萬千瓦。我國在山東省乳山縣也成功地修建了實驗性的潮汐電站。
無風三尺浪之謎
“無風三尺浪”是人們對海洋的描繪。這不是同“無風不起浪”有矛盾了嗎?不,在廣闊的海洋上,即使在無風的日子裏,大海也還在那裏波動著。
這是什麼道理呢?原來,風雖然停了,大海的波浪還不會馬上消失。何況,別處海域的風浪也會傳播開來,波及到無風的海麵,“風停浪不停,無風浪也行”。這種波浪叫湧浪,又叫長浪。
比起風浪來,湧浪一起一落的時間長,波峰間的距離大,波形又圓又長,較有規則,波速很大,能日行千裏,遠渡重洋。西印度群島小安得列斯群島的居民常常會發現高達6米多的激浪拍打岸邊,時間長達連續兩天或更長的時間。奇怪的是,這時加勒比海並沒有什麼風暴,這真是個無法解開的謎。後來,科學家經過長期觀察和研究,發現這是來自大西洋中緯地區傳來的風暴湧浪。
颶風和台風會掀起湧浪。狂風會造成海水湧積,同時風暴的低氣壓區海域海麵受了壓力影響,海水也會暫時上升。當台風風速同潮水波浪的推進速度接近時,會產生共振作用,推波助瀾,把湧浪越堆越高。當大湧浪傳到近海岸時,由於岸邊水淺,波浪底部受海底的摩擦,波峰比波穀傳播得快些,波峰向前彎曲、倒卷,水位猛烈上升,甚至衝上海岸席卷岸邊的建築物和船隻,造成災難。
海上風暴所引起的巨浪,傳到風力平靜或風向多變的海域時,因受空氣的阻力影響,波高減低,波長變長,這種波浪的傳播速度比風暴中心的移動速度快得多。如果說風浪可以追趕軍艦的話,那麼,湧浪就可以同快艇賽跑了。因此,湧浪總是跑在風暴前頭,人們看到湧浪,就知道風暴快來啦。“無風來長浪,不久狂風降”,“靜海浪頭起,漁船速回避”,這是我國沿海漁民的諺語,也是觀天測海經驗的概括。
海底火山爆發和地震引起的湧浪,傳播的速度更快了。1960年5月23日,日本群島東岸一片平靜安謐的景象,當時已得到智利地震的有關資料,不少人淡然置之。誰知20個小時後,排山倒海般的湧浪,遠涉重洋到達夏威夷群島、菲律賓群島和新西蘭。日本群島海岸在湧浪襲擊下,有1000多戶房屋被卷走,2億公頃土地被淹沒,甚至漁船被掀到了岸上。遠離智利16000千米的勘察加半島以東海麵,也掀起了洶湧的浪濤。
原來,這是智利地震引起的海嘯湧浪。它以時速800千米橫渡太平洋,來到這些地方。1960年5~6月間,智利沿海海底發生了200多次大大小小的地震,5月22日下午6時許(格林威治標準時間),爆發了新的強烈地震,波及15萬平方千米的地區,一些島嶼和城市消失了,全國2萬多的人口受到影響,地震又引起海嘯,智利沿岸500多千米範圍內,湧浪高10米,最高達25米,使南部320千米長的海岸沉浸於海洋之中。
為了同風浪和湧浪作鬥爭,人們設計了水翼船、氣墊船、雙體船、豎立船等,以減少海浪對船體的影響。人們還利用浮標、飛機、衛星等來觀測海浪,作出預報,供船隻在海上選擇適當的航線和航速。
海島形成之謎
在茫茫的大洋上,碧波裏湧出一片陸地,船舶可以在此停泊、補給,飛機可以著陸,人員可以登岸休整,多麼叫人喜歡。地球上巧妙地撒布了這些“明珠”,給人類以莫大方便,賽似千裏沙漠上的點點綠洲。
是什麼力量造就了這些島嶼?盡管海島麵貌千姿百態,人們仍然能夠找到其中的規律性。它們萬變不離其宗,或是從大陸分離出來,或是由海底火山爆發和珊瑚蟲構造而成。前者姓“陸”,地質構造與附近大陸相似;後者姓“海”,地質構造與大陸沒有直接聯係。據此,海島分成大陸島、火山島、珊瑚島、衝積島4大類型。
第一種類型:大陸島。它是大陸向海洋延伸露出水麵的島嶼。世界上比較大的島基本上都是大陸島。它的形成有三種原因:一是地殼運動,中間接合部陷落為海峽,原與大陸相連的陸地被海水隔開,成了島嶼。世界上最大的格陵蘭以及伊裏安、加裏曼丹、馬達加斯加等島,世界最著名的日本列島、大不列顛群島、馬來群島等群島,我國的台灣島、海南島,都是這樣形成的。二是冰磧物形成的小島。遠古冰川活動時期,冰川夾帶大量碎屑在下遊堆積下來,後來氣候回暖,冰川消融,海麵上升,冰磧堆未被淹沒,成了島嶼。挪威沿岸、波羅的海沿岸、美國和加拿大東部交界處沿岸的小島,就是這樣形成的。三是海蝕島。它非常靠近大陸,兩者高度一致,僅僅中間隔著一道狹窄的海峽;那海峽是海浪經年累月衝蝕的結果。這類島嶼為數不多,麵積也很小。
第二種類型:火山島。它是海底火山露出水麵的部分。島貌峻拔,與大陸島、珊瑚島有明顯的不同。當初,火山隱沒水下,經過不斷噴發,岩漿逐漸堆積,終於高出水麵。世界海底山脈最高峰的冒納開亞火山,就是火山島夏威夷島的主峰,其海拔高度4205米,水下部分還有5998米,總高10203米,比珠穆朗瑪峰還高1355米!世界第十八大島、麵積為103萬平方千米的冰島是上千個海底火山噴發形成的。夏威夷群島成直線排列,是一列海底火山噴發形成的。阿留申群島成弧形排列,是成列環狀海底火山噴發而成的。
第三種類型:珊瑚島。它隻存在於熱帶、亞熱帶海域。在海底丘地或海底山脈山脊上,有大量珊瑚蟲營巢生活,同其他殼體動物構成龐大的石灰質巢體。舊的死亡,新的又在殘骸上繼續生長,不斷向海麵推進。在最適宜的條件下,1000年才能長高36米,長到海水高潮線就停止生長了。大海幾經滄桑,或地殼上升,或海水下降,珊瑚礁露出水麵便成了島嶼。全球珊瑚礁的麵積達2700萬平方千米,相當於歐洲、南美洲麵積的總和,但其絕大部分沒於水下,出露為島的麵積並不多。太平洋的加羅林群島、馬紹爾群島,印度洋的馬爾代夫,我國的南海諸島,都是典型的珊瑚島。
第四種類型:衝積島。它位於大河的出口處或平原海岸的外側,是河流泥沙或海流作用堆積而成的新陸地。世界最大的衝積島馬拉若島,是世界第一大河亞馬遜河的河口島,麵積40萬平方千米,列為世界第三十大島。我國長江口的崇明島、長興島,黃河口的孤島,都是衝積島。加拿大東岸的塞布爾島,美國東海岸的特拉斯角,我國的蘇北沙洲,都是海流加上風力堆積而成的沙灘,其位置不固定,成為航行的危險區。
除上述大自然形成的四類海島外,人們還動用現代科學技術築造了人工島嶼。這類島嶼為數不多,麵積極小,但經濟意義很大,前景可觀。今後還將擺脫泥沙島的窠臼,構築巨大的鋼鐵浮體,在海上建設工廠、展覽館、公園、旅館以至整個城市,大大擴展人類活動的基地。
海島有消有長。有些在火山、地震、水流或人力破壞下縮小或消失了;有的則在擴大,有的海域冒出了新島。珊瑚島倘能得到良好的保護,一般都能緩慢擴大麵積,可惜不少珊瑚礁已被采來建房、築路或燒石灰,使珊瑚蟲千百年的勞動成果毀於一旦。荊冠海星是珊瑚礁的大敵,世界上已有10%左右的大環礁給它吃掉了;有的島嶼下麵被吃空,地麵塌陷。人類應該像滅蝗一樣來撲滅荊冠海星。海底火山爆發,常常給人類增添一些新島。1973年,日本一座008平方千米的西之島附近海底火山爆發,堆出一個比舊島大3倍的新島,最終連在一起。冰島南岸32千米外122米深的海底,1963年火山爆發,到1967年共噴出7000萬立方米碎屑,流出3000萬立方米岩漿,造出一座28平方千米、海拔178米的新島——蘇爾特塞島。
海水為什麼會發光
1975年9月1日傍晚,在江蘇省近海朗家沙一帶的海麵上出現了奇特的亮光,亮光隨著波浪的起伏,就像燃燒的火焰那樣不停地翻騰著,直到天亮才慢慢消失。第二天夜晚,亮光再次出現。以後每天夜晚,亮度都逐日加強。到第七天,比前一天更亮,海麵上出現很多泡沫,當漁船駛過時,激起的水流如同燈光照耀一樣,特別明亮,水中還有珍珠般閃閃發光的顆粒。幾小時後,這裏發生了一次地震。
這種海水發光的現象,被稱之為“海火”,它常出現在地震或海嘯之前。1976年7月唐山地震的前一天晚上,秦皇島、北戴河一帶的海麵上也出現過發光現象。1933年3月3日淩晨,日本三陸海嘯發生時,人們看到了更奇異的“海火”。波浪底下出現了三四個草帽般的青紫色圓形發光物,排成一排向前移動。後來,互相撞擊的浪花攪碎了這些圓形發光物。
“海火”是怎樣產生的?大多數人認為這與海裏的發光生物有關。海水裏的發光生物因受到擾動而發光是早為人們熟知的現象。發光生物種類很多,除甲藻外,還有許多細菌和放射蟲、水螅、水母、鞭毛蟲,以及一些甲殼類、多毛類等小動物。因此人們推測,當海水受到地震或海嘯的劇烈震蕩時,便會刺激這些生物,使它們發出異常的光亮——“海火”。
一些學者卻另有說法。他們指出,在狂風大浪的夜晚,大海也同樣受到擾動,而為什麼不產生“海火”呢?
美國一些學者通過實驗發現,當強烈的地震發生時,頻頻出現的岸石破裂,人們會看到耀眼的光亮。所以,他們認為,地震“海火”的產生與岩石破裂有關。但海嘯(地震海嘯除外)發生時,並沒有大量的岩石爆裂,“海火”又是如何產生的呢?
一些人認為,“海火”作為一種複雜的自然現象,很可能有多種成因,生物發光和岩石破裂發光隻是其中兩種成因。除此之外,可能還有其他成因。究竟還有些什麼成因,至今還是一個待解的謎。