书城自然地里万千
9566400000013

第13章 海洋、海浪与冰川(2)

利用潮水的庞大力量充作能源,早已吸引了众多富有创造才能的人。在过去的几百年里,英格兰、威尔士、荷兰及现在的纽约等地,就已经有潮水磨坊了。目前,法国在布列丹尼的12米,双向的涡轮机在潮水进入和流出兰斯河水道时,都能利用海流的动力发电。

有些国家还在海岸装置潮水推动的马达,并利用其发电。在英国就有一些,但马力不大,不足供应整个城市的照明或一家大工厂所需的电力。最通用的潮水马达,利用浮体沿长杆滑上滑下,使机器保持转动。涨潮时浮体升起,退潮时浮体降落。但不论升起或降落,都能发出动力。另一种装置需要建造一个蓄水池,前面有入口,可以让潮水流入。潮涨时,这些潮水就会推着机轮朝某一方向转动,潮退时又会朝另一方向转动。

为了将来的需要,俄罗斯目前在北极海接近挪威边境的基斯拉雅湾,设置了一个试验性的潮汐发电站。

总之,工业国家对能源的需要都在不断增加,相信不久之后,很多国家都可以借助潮水的力量,使城市大放光明,使工业保持生产了。

小知识——何谓“咸潮”

咸潮,是一种天然的水文现象,又叫做咸潮上溯、盐水入侵。它的成因来自于太阳和月球(主要是月球)对地表海水的吸引力。当淡水河没有足够的流量,就会出现海水倒灌,咸淡水混合致使上游河道水体变咸,咸潮就会由此形成。

冬季或旱季,也就是每年10月至第二年3月之间,容易发生咸潮。它一般在河海交汇处例如中国的长三角、珠三角周边地区出现。

影响咸潮主要有两个因素:天气得变化和潮汐的涨退。特别是在天文大潮时,有着更为严重的咸潮上溯现象。此外,受到全球气候变化使海平面上升的影响,使得咸潮有着非常缓慢的增加,但长时间的积累也在逐步显现出来。

由咸潮造成的影响主要体现在氯化物的含量上。一般来说,海水的氯化物浓度一般高于5000毫克/升。当发生咸潮的时候,河水中氯化物的浓度从每升几毫克会上升到250毫克以上。依据国家有关标准,如果水中的含氯度超过250毫克/升就不适宜饮用,因为水中含盐度过高会危害人的身体健康,同时还会威胁到企业的生产。

除此之外,地下水和土壤内的盐度还会受到咸潮的影响而升高,严重影响农业生产,危对当地植物生存带来危害。比如在广州省番禹石楼镇的一些稻田边,尽管水沟里仍有一些水蓄存,,可是田地却呈龟裂状态。该镇由于受到咸潮的影响,沟里的水咸度已达0.5%的咸度,而若是农作物“饮用”高于0.4%的咸度的水,半个月后就会停止生长,甚至死亡。

海浪的巨大威力

看过海浪的人,都会觉得海浪很神奇,有时富有诗意,有时则来势汹汹。不论在何时,海浪都给人一种神秘莫测的感觉。

我们把海面上呈起伏形状的传播称为海浪,海浪也是离开平衡位置的水质点作周期性振动,并沿着一定方向传播而形成的一种波动。水质点振动可以形成动能,海浪的起伏能可以产生势能,这两种能量的累计数量可谓令人吃惊。在全球的海洋中,仅风浪和涌浪的能量之和就与到达地球外侧的太阳能量的一半相当。

海浪的能量是沿着海浪传播的方向不断向前,所以海浪其实又是能量的波形传播。海浪有从零点几秒到几个小时以上的波动周期,从几毫米到几十米的波高,以及从几毫米到数千千米的波长。

海面的波浪从哪里来

我们经常能在海边看到这样的情形:天空无风,空气中的一切都不运动,可是海上的破碎波却越来越大,并一个个滚滚而来,究竟这些波浪来自哪里呢?巨浪到底又有多大?

有人可能认为,波浪就是在海面上移动的大片海水。其实并非如此,只要细心观察随波漂来的一片漂木就明白了。先是漂木迎着前来的波浪移前少许,随着波浪的升高,又随着小浪向前移动少许就又落下。漂木在波浪过后,仍然在原位停留。所以,波浪和海流有所不同。海流确实是会带着水前进的,而波浪只是穿水而过。波浪不外是能的脉冲,藉水分子的振荡而在海水中传送。

最常见的波浪全都因风而起,海风吹入水面翻起涟漪,涟漪不断堆起,风力便把它们越推越高,同时振荡也越来越深。其实风吹起的涌浪吸收了风的能,其中一半是在海面之下。在浅水的沿岸海底潜水的人可以见得到这种能的力量:涌浪在上边的海面上经过时,水中的海藻来回摆动。英国的“长涌浪”曾把一磅重的石块从海底冲进设在水下30米深处的捕龙虾用的篓里;而爱尔兰西部近岸的海底一带,几百磅重的岩石常被海面的长涌浪打得像保龄球一样滚来滚去。然而使海员害怕的却是波浪的上半部,即波峰部分所传送的能。

波浪的“威力”

风浪的大小要受到风速、风吹的时间长短以及海面阔窄等因素影响,而波浪的稳定度,也就是波浪的陡度,决定于波长(即前后两个波浪波峰间的距离)。一个波浪如果高度超过其波长约l/7,就要散开,形成白帽浪。在风暴中形成的波涛,高达12~18米的,在公海上并不罕见。而更高的“滔天巨浪”,也曾有人遇到过。

1966年,“米开朗基罗”号邮船在狂风怒号、浪高10米的大西洋上航行时,夜里突然看见一个巨浪渐渐升起。据估计约有18米高。巨浪以雷霆万钧之势打在船上,将船首3寸厚的钢板打扁,并在桥楼上撞开了一个9×18米的大洞,冲歪了轮船内部几块舱壁的钢板,还死了3个人。

对此,科学家的解释认为,海是许多不同风暴形成的波浪汇集之地。在大海上任何一点看到的波浪,有遥远地区旧风暴形成的涌浪,也有在较近海域产生的涌浪。这些来自不同方向的波浪相遇时,力量不是抵消,就是加强。一个波浪的波峰往往会吞噬另一个波浪的波谷,这时二者的力量就会互相抵消,在湍流之中呈现一片风平浪静的景象。但有时候,2~3个,一个波浪的波峰往往会吞噬另一个波浪的波谷,这时二者的力量就会互相抵消,在湍流之中呈现一片风平浪静的景象。但有时候,2~3据记录,最大的波浪是1933年美国海军油船“拉玛波”号在太平洋上遭受台风袭击时所遇到的。一连7天,强烈的大风暴在浩瀚无边的海洋上朝着一个方向猛吹,翻起滔天巨浪。根据慎重纪实的宣誓书和船上官员的计算,一连串巨浪排山倒海而来,一个比一个高,从25米到27米,到30米,直到31米高,最后看到的一个,从波谷到海峰足足有34米高。

通常来说,冲上岸边海滩的波浪要比在海洋中的小得多。北美沿海的自记测波仪录得,约有80%的破碎波高度不到1.2米,只有冬天风暴季节的波浪才达到3米高。夏威夷的欧胡岛背风面,一向以有拍岸巨浪着称。在那里,能掀起6米高的波浪,已经可以写入记录簿了。在北美北部太平洋沿岸一带,冬季的破碎波往往高达10~12米,

世界各地最高的波浪也不过如此。波浪能远涉重洋,渡过大海。掀起波浪的风一旦平息之后,波浪就不再与风及湍流冲撞,而变为正常状态的“海浪”——在一定的风速下,海洋所起的最大波浪。从此以后,就成了徐徐荡漾的涌浪,横过大海,向遥远的海岸涌去。此时的波浪也和涌浪一样,可把风暴产生的能传送半个地球那么远。

我们观察波浪在深海水中移动的情形,就可以估计出波浪移动的速度。计算波浪的速度时,只要计算出两个波峰向前移动时相隔多少秒钟,然后再用35乘这个秒数就可以。

例如:两个波峰相隔10秒钟到达,那么时速就是350英里。即使是小浪冲上海滩消散,也放出大量的能。

防波堤上的测力计显示:波浪往往以每平方英尺(0.3平方米)50吨的压力向障碍物猛击。俄勒冈海岸曾受到过8级风的袭击,波涛掀起一块重135磅的石头,把它抛到空中,落在海拔30米的提拉木克灯塔守望人住宅的房顶上,击穿一个直径6米的大洞。在苏格兰维克,波浪从防波堤把重达2600吨的坚实混凝土块冲走。

实际上,波涛汹涌并不一定预示着风暴的来临。因为风暴掀起的波浪移动速度要快于风暴中心,如果风暴和波浪都朝同一方面移动,波浪的确会首先到达海岸。不过,风暴有时会朝另外一个方向走。例如大西洋的飓风常常会把巨浪送往北美海岸,而本身却出海去了。

相关链接——海浪有哪些种类

我们把风在海洋中形成的波浪叫做海浪,有风浪、涌浪和海洋近岸波等种类。一般地说,海浪的波长为几十厘米到几百米,周期为0.5~25秒,波高从几厘米到20几米;特殊情况下有30米以上的波高。

由风直接推动的海浪叫做风浪,与此同时,许多高低长短不同的波浪也会出现,具有较陡的波面,常有浪花或大片泡沫出现在波峰附近。

所谓涌浪,就是风浪传播到风区以外的海域中所显现的波浪,涌浪的外形较为规则,也有比较整齐的排列,有较长的波峰线以及较平滑的波面,和正弦波略微近似。涌浪在传播的过程中,受到海水内摩擦作用的影响,能量不断减小而逐渐变弱。

所谓海洋近岸波,指的是传播到海岸附近时的风浪或涌浪,受地形的作用改变波动性质的海浪。海洋近岸波的传播速度随着海水的变浅而变小,波峰线弯转,逐渐平行于等深线。它的波形在传播中不断发生改变,波峰前侧变得越来越陡,后侧变得越来越平缓,波面变得很不对称,以至于出现倒卷破碎现象的发生,并且在岸边还有水体前流的现象形成。

深海洪流是怎么回事

海流也叫做洋流,是由于热辐射、蒸发、降水、冷缩等作用而使海水形成不同密度的水团,再加之风应力、引潮力、地转偏向力等作用而引发的大规模相对稳定的流动。海流是海水的普遍运动形式之一。有许多海流存在于海洋之中,每条海流终年都沿着较为固定的路线流动,就如同人体的血液循环一般,整个世界大洋都因此而彼此联系起来,从而使其各种水文、化学要素能够得到长期的相对稳定的保持。

海洋中较大的海流,大多是被强劲而稳定的风吹刮起来的。这种由风直接产生的海流叫做“风海流”,或称之为“漂流”。“密度流”,也叫“梯度流”或“地转流”,是因为海水密度分布不均而产生的海水流动。黑潮和湾流是海洋中最着名的海流。

海水因为具有连续性及不可压缩性,相临海区的海水在一个地方的海水流走后,就会流过来补充,这样就有补偿流产生。补偿流有水平和垂直两种方向。在海洋的大陆架范围或浅海处,由于海岸和海底具有较为显着的摩擦,加上具有特别强的海流等因素,使得颇为复杂的大陆架环流、浅内海环流、海峡海流等浅海海流得以形成。

深海洪流的发现

人类在海上航行已经有很长的时间了,但在公元1513年前,还不曾有人想到海洋中有海流存在。1513年4月,西班牙探险家庞斯·德里昂发现了佛罗里达,并据为西班牙领土后,在沿岸航行时才注意到令人莫名其妙的现象。他的小船本来顺着大风南航的,而实际上却世界朝北倒退了,这使他发现了那股强有力的湾流。后来证明,这条湾流比他苦苦寻找的“青春泉源”更为重要。

此后的250多年里,没有人重视德里昂的发现。后来,历史上最富有研究精神的富兰克林开始提出一些问题。当时富兰克林正担任美洲殖民地的邮政局长,在乘坐由英国直接开来的定期邮船横越北大西洋,却发现要比普通商船慢两周。这让富兰克林很纳闷,便向新英格兰一位名叫伏尔格的捕鲸船船长请教。

伏尔格说,有一股强力的洋流横越北大西洋流向不列颠群岛。定期邮船由英国西航前来美洲殖民地,一路上要同这股洋流对抗,而自己的捕鲸船每次都会改道避开这股洋流。

由于湾流来自热带海洋的暖水,所以绘制湾流路线图的最简单方法就是测量海水的温度。据此,富兰克林首次绘出了湾流简图。直到今天,很多船长在参加新港一百慕大游艇大赛时,仍用温度计来测出湾流所在。

又过了100多年,美国海军穆里上尉开始绘制全球海流的“流型”图。穆里由于在一次意外事件中受伤残废,闲居家中,于是就把航海日志本分别送给军舰、商船及渔船的船长,请求他们无论在地球上什么地方,都把每日的风向与海流动态一一记录下来。

穆里根据各船长的记录,花了多年时间,终于使海流概图面世。

各种海流的特性

在北大西洋,一条庞大的海底洪流沿赤道北边伸展,一路上吸取热量汇成湾流,直达美国东岸,最后才转入大海。到了冰岛南面,一条海底山脉把这条海底洪流又分成2股,一股流向苏格兰北部,最后在斯堪底纳维亚半岛的海岸消失;另一股则沿着欧洲与非洲海岸南下,就是加那利海流。

北太平洋也有同样的涡流。黑潮沿着日本海岸向上流,向东越过太平洋,成为向南流的加利福尼亚海流。然后这股海流又折向西边,成为赤道海流。

巨大的海底环形洪流,有些流速很快,每小时高达8000米;有些流量巨大,每秒钟多至5000万吨。究竟是什么力量推动了这些海底洪流呢?研究发现,海水温度与密度的差别对其有一定的影响,但是,最主要的推动力还是盛行风。而海底洪流之所以又会发生弯曲,则是由地球的自转造成的。

除了主要海流外,还有次要海流。阳光充足的海洋一到了晚上,海水就会转冷,变得较重,并逐渐下沉,引起垂直海流。还有一种次要海流就是次表层流。它是由冷海水较重向下沉后聚集海底,然后从两极地区流出,在洋底上向四方散去时形成的,就像碟子里的糖浆一样。

巨大的海流通常都是相当稳定的,但强风中也会使流型发生改变,有时甚至还会带来灾难。比如在巴拿马湾,大约每10年,温暖海流就由巴拿马湾向南推进,迫使寒冷的亨波达海流改道。此时,在海水表层生活的鱼就要潜入较冷的深层,而浮游生物则多数死亡腐烂。食鱼鸟因而饿死的更是数以百万计。此外,风因为吸收了温暖的水分变成了雨,便降落在不毛的秘鲁沿岸地区,造成洪水泛滥。

海流对海洋区域的影响

海流会使某些海洋区域非常富饶,但也会使一些海洋区域比撒哈拉还要贫瘠。比如百慕大东南面的马尾藻海,就是生物最少的水域。因为那里是巨大涡流的滞水中心,没有海流把生物所需的海底养料冲上表层,因而也几乎没有任何生物能在那里生存。

事实上,海流很像一条输送带,把生物散布到地球70%以上的地区。西印度群岛的“海豆”,随着海水漂流,经常在几千米以外的地方出现,甚至能到达欧洲海岸;椰子树原产于马来半岛,由于多在岸边生长,椰子跌落海中,随着海流漂浮后便逐渐遍布南太平洋各地了。