深海潛流是怎樣形成的
在海洋的深處,有流量很大的潛流。
許多科學家推斷,在海麵下幾百米的深處,海水流勢減弱,到了海麵以下幾千米處,海流已不複存在。
現在科學考察已經證明,上麵的推斷有很大的局限性。過去,科學界所知道的是在太平洋海麵上從南緯20度到北緯20度的海域,也就是“南北赤道海流”範圍內的海水都從東向西流動;但在北緯75度附近的海域裏,有一股長10000多千米帶狀的狹窄赤道逆流形成,是從西向東流動的。這股逆流,在海麵下深約100米的水層中,逐漸減弱消失。
可是,1950年科學家湯森·克隆威爾新發現的赤道潛流,出乎人們的預料,在海麵200米深處海流幅寬達300千米,而且在100米深處的流勢最為強大,中心流速每秒可達150厘米。後來這股海流被稱為“克隆威爾逆流”。“克隆威爾逆流”從西經92度到東經160度,總長為6500海裏。它一般都在赤道海麵上流動,有時也浮到海洋表麵漂蕩。
1955年,在汪洋大海裏,德國海洋學家衛斯特發現在接近南美沿海約幾千米的深水層中,有一股流勢特別驚人的巨大潛流。這股潛流在南大西洋、巴西和阿根廷海域內,靠近南美大陸,在1500~4000米深處,幅度很小,衛斯特已經測定,在巴西海域的海麵下1500~4000米深水層中,它的流量比黑湖還大。奇怪的是,在對岸的非洲海域,卻觀察不到任何海流的跡象。
海洋裏共有多少潛流、逆流以及它們的成因等問題,目前尚未找到答案。
海水“密度躍層”的探索
100多年前,在大西洋西北洋麵上,有一艘漁船正在進行捕撈作業。漁船把網撒到海裏,便拖著漁網前進。突然,船速明顯降低,仿佛從沙灘上奔向大海的人,一下水就走不動似的。
船員們大吃一驚,腦海裏立刻閃現出一係列海怪的傳說,莫非自己的船被海怪攫住了,恐怖感立刻籠罩全船。
船長命令全速前進。可是任憑機器怎麼吼,螺旋槳怎麼轉,這船卻一步也不能移動了。會不會是漁網拖住了什麼東西?
船長下令:“收網!”
船員們拚命地往上拉漁網。可是,越拉,大家越害怕:從來都是撒開的漁網,今天卻被卷成長長的一縷,仿佛有一隻巨手扯著漁網,要把漁船拖向可怕的深淵。
“棄網!”船長膽怯地下令。
船員們操起斧頭,三下兩下就把漁網砍斷了。然而,這一切都無濟於事,漁船仿佛被黏性無窮的膠水粘住了,一點兒也動彈不了。
船員們驚恐萬狀,有的祈禱上帝保佑,有的哀求海怪寬恕……
正當船員們絕望的時候,突然有人發現漁船開始動彈了,起先是慢慢移動,接著越來越快,終於脫離了這個令人恐怖的地方。
漁船返港了。船員們向親人訴說著這次奇遇。可船為什麼會被海水“粘”住?他們除了解釋是海怪作祟外,誰也說不清到底是怎麼回事。
無獨有偶,海水“粘”船的事也被挪威著名探險家南森遇到了。
自小就立誌做一個北極探險者的南森,為了證實北冰洋裏有一條向西的海流經過北極再流到格陵蘭島的東岸,不顧親人的勸阻,設計製造了一條沒有龍骨、沒有機器的漂流船。這條船好像切成兩半的椰子殼,船壁堅厚,船頭上伸出一根又粗又硬的長角。南森給船命名為“弗雷姆”號,翻譯成中文就是“前進”號。
1893年6月19日,南森率船從奧斯陸港出發向北極方向駛去。8月29日,當船行駛到俄國喀拉海的泰梅爾半島沿岸時,突然走不動了,船被海水“粘”住了。
頓時,船上一片混亂,有的在絕望地呻吟,有的人在祈禱:“死水,死亡之水呀,我們就要葬身在這裏了,上帝救救我們吧!”
畢竟是探險家,南森卻沒有一絲驚慌的表情。他環視了海麵。隻見四周風平浪靜,離岸也很遠,不是擱淺,也沒有觸礁。那麼,問題出在哪裏呢?南森想,可能就是碰上傳說中的“死水”了。他認真測量了不同深度的海水,記錄下了觀測的結果。
船員們對南森的行動不解,有人問:“隊長,你在海水裏測了半天,這到底是怎麼回事?海水裏有海怪嗎?”
南森回答道:“不是海怪作祟,這‘死水’的奧秘總有一天會弄明白的。”
不一會兒,海上刮起了風,“弗雷姆”號風滿帆張又開始移動。船員們歡呼雀躍,慶幸自己死裏逃生。
此時,南森仍在琢磨著。他發現,當船停在“死水”區不能挪動一步時,那裏的海水是分層的,靠近海麵是一層不深的淡水,下麵才是鹹鹹的海水。他想,船被海水“粘”住的原因可能在此。
南森在寒冷的北極海洋中漂流了3年零2個月,終於弄清了北冰洋中心區的冰層和極地冷水下麵,確實有大西洋流來的一條海流;同時,他還總結了浮冰的規律。
1896年8月15日,南森經曆了千辛萬苦之後,終於回到了挪威。他沒有陶醉在一片恭維聲中,而是請來了海洋學家埃克曼,共同探索“死水”的奧秘,終於弄清了其中的道理。
原來,海水的密度各處不同。一般說來,溫度高的海水密度小,而溫度低的海水密度大;鹽度低的海水密度小,而鹽度高的海水密度大。如果一個海域因有兩種密度的海水同時存在,那麼,密度小的海水就會集聚在密度大的海水上麵,使海水成層分布。這上下層之間形成一個屏障,叫“密度躍層”。這“密度躍層”有的厚達幾米。這種穩定的“密度躍層”可以把海水分成兩種水團,分別位於躍層的上下,並以躍層作為界麵。如果有某種外力(如月亮、太陽的引潮力,風、海流的摩擦力等)作用在界麵上,界麵就會產生波浪。這種波浪處於海麵以下,人的肉眼完全看不見,因此稱之為內波。
在海岸附近,江河入海口處,常常形成“衝淡水”,鹽度和密度顯著降低,它們的下麵如果是密度大、鹽度高的海水,就會形成“密度躍層”。夏季寒冷地區海上浮冰融化了,含鹽低的水層浮動在高鹽高密度的海水之上時,也會形成“密度躍層”。南森遇到的就是後一種情況。
一旦上層水的厚度等於船隻的吃水深度時,如果船的航速比較低,船的螺旋槳的攪動就會在“密度躍層”上產生內波,內波的運動方向同船航行方向相反,內波的阻力就會迅速增加,船速就會減低下來,船就像被海水“粘”住似的寸步難行。當年南森的“弗雷姆”號被“粘”住時,船速就由45節突然降低到1節。後來,是風的推力超過了內波的“粘”力,才使南森的船脫險。
“死水”區的內波,由於水質運動的方向不同,不但會把漁船的漁網擰成一縷,還會使船舵失靈,甚至會使船隻迷航。
科學家經過計算,得出內波的速度一般在2節左右,如果航速大大超過內波速度時,海水就無法把船“粘”住了。如今艦船速度大大超過內波速度,因而海水“粘”船現象就成為了曆史。
雖說“密度躍層”產生的一般性的內波“粘”不住現代艦船了。可“密度躍層”卻能壓住水中下潛的潛艇。
一次,有一艘潛艇奉命巡航,來到預定海域後,潛艇均衡完畢,艇長下達了下潛的命令。不一會兒,潛艇順利下潛,5米、10米、20米……一直到40米時都很正常,當潛艇下潛到50米時,升降舵手報告說,已經到達海底了。艇長說:“不對呀,這個海區深度l00多米,怎麼下潛一半就到底了呢?”
艇長下令停車檢查,深度計完好無損,其他儀器也都正常。到底是怎麼回事呢?
艇長一拍腦門:“準是碰上‘液體海底’啦!”
果不其然,這艘潛艇被“液體海底”托住了。
“液體海底”就是“密度躍層”。海水密度一大,浮力就大。加上這“密度躍層”又有幾米厚,這麼厚的“屏障”,再加上均衡好的潛艇在水下力矩又小,因此,就被這“液體海底”托住了。
這時,隻要潛艇用升降舵造一個傾角,開足馬力,就可以擺脫“液體海底”的巨掌。
1960年1月23日,瑞士的雅克·皮卡爾乘坐“的裏雅斯特”號深潛器,開始了人類首次潛入世界大洋中最深的地方——馬裏亞納海溝時,多次遇到“液體海底”的粘托。
那天上午“的裏雅斯特”號以每秒1米的速度緩緩向l萬多米深的海溝潛去,幾分鍾後,深潛器突然停止下潛。難道這麼快就著底了?不,不可能,這裏是萬米深淵,離海底還遠著哩。那麼,是深潛器出故障了嗎?也不會,因為“的裏雅斯特”號久經考驗,況且下潛前又經再三檢查,絕不會有什麼問題。
雅克·皮卡爾又檢查了一遍機械,沒發現異常。當他觀察海水溫度表時,發現海水的溫度變化劇烈。這時他才明白,原來是“密度躍層”在作怪。
皮卡爾放掉一些汽油,放進一些海水,從而增加了深潛器的重量。這樣,深潛器就突破了“液體海底”的阻擋,繼續下潛了。