书城科普大自然的奥秘
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第15章 富饶神秘的“蓝色的国库”(2)

潮汐现象最显著的特点是有明显的规律性,其变化周期大约为半天或一天。在一个周期中,潮水的升降、涨落与进退时快时慢。高潮过后,潮位缓慢下降,降到高、低潮中间时刻附近,下降得最快,然后又减慢,直到发生低潮为止。日、月对地球引力场的共同作用,可导致在农历半个月中出现一次大潮(朔、望),一次小潮(上弦、下弦)。地月距离愈近,潮差愈大;反之,潮差愈小。多数地方完成一个涨、落潮过程的潮汐周期为12小时25分,且相邻的高、低潮大体相等,称半日潮。一个太阴日(24小时50分)只出现一次高、低潮,称全日潮。日潮不等的潮汐称混合潮。中国沿海除南海外,大多为半日潮类型;南海为混合潮类型;北部湾为全日潮海区;大、小潮分别出现于朔、望日和上、下弦之后的两天。

海洋潮汐中蕴藏着巨大的能量。在涨潮的过程中,汹涌而来的海水具有很大的动能,随着海水水位的升高,就把大量海水的动能转比为势能;在落潮过程中,海水又奔腾而去,水位逐渐降低,大量的势能又转化为动能。海水在涨落潮运动中所蕴含的大量动能和势能,称为潮汐能。潮汐能的大小随潮差而变,潮差越大,潮汐能也越大。

中国在唐朝沿海地区就出现了利用潮汐来推磨的小作坊。后来,到了11~12世纪,法、英等国也出现了潮汐磨坊。但是,随着科学技术的发展,人们已不满足于利用潮汐的力量来推动水车和水磨了,而是要用潮汐能来发电。二十世纪,潮汐能的作用发挥到了高峰,据估计,全世界海洋储藏的潮汐能约有27亿千瓦,每年的发电量可达33,480万亿度。所以,人们把潮汐能称为“蓝色的煤海”。

世界上第一个也是最大的潮汐发电厂位于法国的英吉利海峡的朗斯河河口,年供电量达5.44亿度。一些专家断言,未来无污染的廉价能源是永恒的潮汐。

潮汐发电的原理与一般的水力发电相似,是在海湾或有潮汐的河口上建筑一座拦水堤坝,将入海河口和海湾隔开,建造一个天然水库,并在堤坝中或堤旁安装水轮发电机组,利用潮汐涨落时海水水位升降,使海水通过水轮机推动水轮发电机组发电。总的来看,潮汐发电具有如下优点:①潮汐发电的水库都是利用河口或海湾建成的,不占用耕地,也不像河川水电站或火电站那样要淹没或占用大面积土地。②潮汐发电站不像河川水电站那样受洪水和枯水季的影响,也不像火电站那样污染环境,是一种不受气候条件影响的、于净的发电站。③潮汐电站的堤坝较低,容易建造,投资也较少。

此外,海洋潮汐与人类的多种活动关系密切:船只航行和进出港、舰艇活动、沿海地区的农业、水产、制盐、港口建设、大地测量和环境保护等,都必须掌握潮汐变化的规律。如何让海洋潮汐更好地造福人类,亟待一代又一代有识之士的钻研和探索。

冰川消融,后果堪忧

所谓“冰川消融”,简单地说,是由冰的融化和蒸发引起冰川消耗的现象,它是冰川物质消耗的主要方式。冰川消融的方式包括冰面消融、冰内消融和冰下消融,其中以冰面消融为主。太阳直接辐射和近地层大气湍流交换是引起冰川消融的主要热源,此外,冰面冰川消融性质、冰川所在高度和坡向以及天气状况对冰川消融也有影响。

据统计资料显示,全世界的冰川总面积大约为1500万平方公里,我国大约有6万平方公里。随着人类活动的加剧,大量温室气体排放造成地球气温不断增高,据联合国环境规划署提供的资料表明,从18世纪中叶工业革命至今,全球平均气温增高了0.75摄氏度。随着全球变暖趋势加快,冰川的融化也在加快。例如:欧洲阿尔卑斯山的冰川面积比19世纪中叶缩小了三分之一,体积减少了一半;非洲最高山乞力马扎罗山的冰川,从1912年至今,其山顶的冰冠缩小了80%;据观测资料显示,我国有近5万条冰川,其中的80%都在退缩,科学家预计有些小冰川退缩得越来越快,预计在十几年或者几十年内可能消失。

我们知道,2007年世界环境日的主题为“冰川消融,后果堪忧”,为什么这样说呢?

首先,冰川融水,注入海洋,导致海平面升高,较低地势的海岛及海洋沿岸城市就会面临被淹没的危险。据各大媒体报道,海平面上升将导致全球3000多城市被淹没。此外,联合国所发布的评估报告指出,如果全球平均气温的升高按目前状况持续千年的话,会最终导致格陵兰冰盖的完全融化,进而导致海平面升高约7米。更可怕的是,如果南极冰盖全部融化,全球海平面将升高60米,给地球造成的灾难将是毁灭性的。

其次,冰川融化对全球地表热量平衡、大气环流和海洋洋流也有重要影响。由于冰雪对太阳辐射有强烈的反射效应,冰川面积大规模变化会引起地表辐射和热量失衡,从而导致大气环流的改变。极地冰盖大量融化产生的冷水注入海洋将使原来洋流格局发生变化,以致于改变海洋和大气的相互作用状态,进而影响全球气候。

高山冰川强烈融化还会使永冻土层丧失“粘合剂”的功能,导致一些自然灾害的频繁发生,如冰湖溃决、山崩、洪水、冰川泥石流等。

再次,冰川变化对能源供给影响巨大。冰川消融会导致固体水资源的储量减少,造成水资源短缺。比如,欧洲阿尔卑斯山等地区冰川融水是重要的水电资源;在我国的干旱地区,如新疆的南疆,那里的农业和牧业主要依靠雪山融水,塔里木河与河西走廊也主要取决于冰川补给。

最后,有研究称,冰川融化会释放病毒,给人类带来毁灭性的灾难。科研人员在从极地钻取的冰芯中发现,其中含有古老的病毒,而且经过了几千万年,这些病毒居然还是活的。他们认为,极地冰川是古老病毒的最大库存地,一旦冰川全部融化,这些病毒就可能会释放出来,给人类制造一场空前的大灾难。

另外,冰川融化对旅游业也会带来重大影响,一些以雪山冰川着称的景点有可能濒临消失。如我国的玉龙雪山冰川等维度比较低的冰川,将会首当其冲受到气候变暖的威胁。

地球变暖是造成冰川消融的重要因素,世界各国有共同的义务减少温室气体排放,但发达国家应发挥更大的作用,率先承诺减排义务,帮助发展中国家应对气候变化能力,从根本上扭转地球变暖的趋势,保护人类的共同家园。

为呼应这一主题,结合我国环境保护的中心任务和重点工作,展示中国政府和人民减少污染物排放、建设环境友好型社会的决心和行动。我国政府在经济社会“十一五”发展规划中提出要实现主要污染物排放总量减少10%的目标,并将这一约束性指标层层分解、落实到各级政府各相关行业。当前,各级政府高度重视,工作力度明显加大,约束性指标的导向作用开始显现。推动污染减排、建设环境友好型社会是全社会共同的责任,不仅需要各级政府和有关部门加大工作力度,而且需要取得最广大人民群众的积极支持,动员最广泛社会力量踊跃参与。

2007年,我国将“污染减排与环境友好型社会”确定为世界环境日的中国主题,旨在加大宣传力度,鼓励公众参与,充分发挥社会各界的积极性、主动性和创造性,使减少污染物排放、与环境友好相处成为每个单位、每个企业、每个社会成员的自觉行动。

总之,冰川消融是一个长期而复杂的课题,地球的气候和环境变化本身又是波动的,科学界对冰川消融的研究仍在进行中,还无法下定论。

谁惹怒了暴躁的海洋

2004年12月26日,印度尼西亚苏门答腊岛北端离岸不远处的海底,印度洋板块的碰撞引发强烈地震,继而产生巨大的海啸引起连锁反应,海啸引起10米高的海浪。这场突如其来的灾难给印尼、斯里兰卡、泰国、印度,马尔代夫等国造成巨大的人员伤亡和财产损失。统计数据显示,印度洋大地震和海啸造成了15.6万人死亡,这可能是世界近200多年来人类死伤最惨重的海啸灾难。人们在为受灾国家损失的众多生命扼腕痛惜的同时,一个问题由然而生:谁惹怒了印度洋?

有专家指出,水下地震、火山爆发或水下塌陷和滑坡都是引发海啸的元凶。破坏性的地震海啸,只在出现垂直断层,里氏震级大于6.5级的条件下才能发生。全球地震海啸发生区的分布基本上与地震带一致。破坏性较大的地震海啸平均六七年发生一次,其中约80%发生在环太平洋地震带上。当海底地震导致海底变形时,变形地区附近的水体产生巨大波动,海啸就产生了,此次的印度洋海啸也是如此。

在开阔海面海啸波高度很低,海啸波在大洋中移行时,波长可达数十或数百公里,波高仅为1米左右,周期2~200分钟。海啸的传播速度与它移行的水深成正比。在太平洋,海啸的传播速度一般为每小时二三百公里到1000多公里。海啸不会在深海大洋上造成灾害,正在航行的船只甚至很难察觉这种波动。海啸发生时,越在外海越安全,因此,准备靠岸或者停靠在岸边的船只要及时向外海开就可以化险为夷。

一旦海啸进入大陆架,由于深度急剧变浅,波高骤增,可达20~30米,这种巨浪可带来毁灭性灾害。海啸携带海底沉积物、船只、树木等重物一直冲入海岸线以上几百米的地方。海啸登陆时的速度可达每小时160公里。

海啸产生的巨浪可能是一个或多个,其间可能间隔几分钟或几小时。地面震动并伴随突然退潮往往是海啸发生的先兆。另外,海啸并不总是以巨浪的形式登陆。它们更有可能是快速涨潮,伴随着水下旋涡。可以把人卷入水下,并卷起重物。有时可以吞没整个海滩。海啸是海洋中巨大的浪潮现象之一。因海底火山活动、地震或由海底斜坡上的物质产生滑坡现象等,使海底地形发生急剧升降运动,导致海水强烈的扰动所致。

海啸具有长周期波动的特点。其周期为数分钟至十分钟不等。海底地震历时很短,但其释放能量很大,当向大陆沿岸传播时,形成巨浪侵袭陆地。据记载,世界上最强大的地震海啸,波高达30~40米,波速每小时达数百千米,其势迅猛,破坏力很大。此外,强大低气压通过时产生的海面异常升高的现象,也是海啸的一种类型,称“风暴海啸”。

海啸发生的最早信号是地面强烈震动,地震波与海啸的到达有一个时间差,正好有利于人们预防。地震是海啸的“排头兵”,如果感觉到较强的震动,就不要靠近海边、江河的入海口。如果听到有关附近地震的报告,要做好防海啸的准备,要记住,海啸有时会在地震发生几小时后到达离震源上千公里远的地方。此外,如果发现潮汐突然反常涨落,海平面显著下降或者有巨浪袭来,并且有大量的水泡冒出,都应以最快速度撤离岸边,从而避免海啸带来的巨大灾难。

“海洋沙漠”扩张正在加剧

提到寸草不生、荒无人烟等词汇,人们会马上想起沙漠。不过研究人员最近发现,在海洋中同样存在一些地方,在那里,动植物都不见踪影,可谓是海洋中的“沙漠”地带。

海洋沙漠化也称为海洋荒漠化,是指在人为作用下海洋(及沿海地区)生产力的衰退过程,即海洋环境向着不利于人类的方向发展。海洋荒漠化的主要原因是输入海洋的污染物的大幅度增加。

海洋沙漠化效应是指由于漏油在海面扩展成油膜,抑制海水的蒸发,阻碍潜热的转移,从而引起海水温度和海面气温的上升;同时,由于水份蒸发受阻,海面上的空气也变得干燥,失去对气候的调节作用,类似于沙漠气候的特征;因此被人们称之为“海洋沙漠化效应”。

海洋沙漠化,可使海洋水生生物因为得不到氧气而大量死亡,使沿岸地区地区气候变得更加炎热干燥,干旱面积将会扩大。

全球变暖使得海水温度上升,使海水表层和深层的对流减弱,导致深海提供给浅海的营养成分减少,也是“沙漠化”的主要原因所在。科学家警告称,“如果全球变暖以目前的速度继续发展下去,沙漠化海域还会进一步扩大,可能对生态系统和渔业造成不良影响”。

有研究表明,气候变暖确实导致海水表层的温度以每年1%的速度递增,就是说海洋表层海水的温度每年会升高0.02~0.04摄氏度。

海洋表层海水的升温也加剧了海洋不同水层之间的屏障作用,这可能导致海洋深层海水中的营养物质较难到达海洋表层,为叶绿素植物提供足够的营养。因此,全球气候变暖导致了这些海域的类似藻类、沙丁鱼、金枪鱼、鲨鱼这些生物之间的食物链断裂,进而导致了该区域生态环境的破坏,最终形成“海洋沙漠”。

但也有科学家认为,这一变化可能与风势改变有关。风势的改变也能导致海水深层的营养物质无法上升,浮游生物得不到滋养,同时也间接地影响到其他海洋生物,该理论同样可以解释海洋上的这一变化。