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第10章 海洋与环境(2)

两个多月后,周镭返回了祖国。除开茶余饭后的话题之外,谁也没把投瓶的事放在心上。不料有一天,他突然收到来自巴布亚新几内亚的一封来信,打开一看,是一位中国血统的名叫陈国祥的先生寄来的。信中除了有周镭写给他妻子玉萍的家书外,陈先生还附有一封热情洋溢的书信。信中不仅讲明了周镭家书拾到的时间、地点和过程,还提到他与祖国的血肉关系,并希望今后加强联系。

不言而喻,这两个故事中的邮递员,都是前面我们提到的洋流。

不过,洋流邮递只是人们在万般无奈的情况下的一种碰运气的举动,实际上是常常靠不住的。1498年,哥伦布为了解脱航行中的困境,曾在一张羊皮纸上给西班牙国王写了一份报告,装在一个椰子壳里投入大海,希望海流迅速把它带到西班牙去。可是,海流把它漂到大西洋比撕开湾的一个荒滩上,直到1856年才被人们发现,整整延误了358年!

今天,海洋里还漂着许多载有各种信息的瓶子,不过大多是为了研究海流而由科学工作者投放的。假如你有幸在海边拾到这样的“邮瓶”,并回答了里面的问题,把卡片寄给了投放者,那你就成为一名协助科学工作者研究海流的有功之臣了。

洋流来自何方

经过研究,人们发现,洋流既可以是一支浅而狭窄的水流,仅仅沿着海洋表面流动,也可以是一股深而广阔的洪流,数百万吨海水一齐向前奔流。

影响洋流形成的因素很多,通常认为,主要是风“玩”的把戏,其次是海水密度不同的作用,而地球的自转、大陆轮廓和岛屿的分布、海底的起伏、季节的变化和江河入海的水量等等,也对洋流的形成与分布产生不小的影响。

你想想,如果风总是朝着一个方向吹,那么会怎样呢?盛行风在海洋表面吹过时,风对海面的摩擦力,以及风对波浪迎风面施加的风压,迫使海水顺着风的方向在浩瀚的海洋里作长距离的远征,这样形成的洋流称为风海流。风海流也叫漂流,是洋流系统中规模最大、流程最远的洋流。同时,受地球自转偏向力的影响,表面海水的流动方向则与风向发生偏离,北半球表面洋流的流向偏往风向的右方,而南半球则偏向左方,即北半球向右偏,南半球向左偏。

表面海水的流动,由摩擦力带动了下层海水也发生流动;由于自上而下的层层牵引,深层海水也可以流动。只是流速受摩擦力的影响越来越小。到达某一深度时,流速只有表面流速的4.3%左右。这个深度就是风海流向深层水域影响的下限,称为风海流的摩擦深度,大洋中一般在200—300米深处。例如,表面洋流的流速若是50厘米/秒,这个深度上的流速仅为2厘米/秒。

海洋表面风力越强,风速越大,表面风海流的流速就越大,它所能影响的深度也越大。

由于海水密度在水平方向上分布不均匀而产生的海水流动,称为密度流。

世界上一些著名的洋流,如湾流、黑潮、赤道流等,都是与海洋水密度分布有关的洋流。而大西洋与地中海之间,地中海与黑海之间,分别通过直布罗陀海峡和土耳其海峡的水体交换,更是因盐度差异而形成密度流的典型例子。

海水具有连续性和不可压缩性,一个海区的海水流出,相邻海区的海水就要来补充,这样形成的洋流称为补偿流,补偿流既有水平方向的,也有垂直方向的。例如,在离岸风的长期吹送下,表层海水离开海岸,相邻海区的海水就会流到这个海区,形成水平方向上的补偿流;同时,下层海水也上升到海面,来补偿离岸流去的海水,形成垂直方向上的上升流。上升流在大陆的西海岸比较明显,秘鲁和智利海岸、加利福尼亚海岸、非洲的西南和西北海岸都有分布。洋流在表层流动遇到海岸或岛屿时,不仅在水平方向上发生分流,而且在垂直方向上产生下降流和底层流。补偿流常常配合风海流和密度流,形成大洋表层巨大的环流。

海洋上,洋流的形成往往是多方面因素综合作用形成的,上面分成的三种类型,有时是很难严格地加以区别的。

根据洋流的温度,可以分为性质不同的暖流和寒流。洋流的水温比流经海区水温高的称为暖流,水温比流经海区水温低的称为寒流。暖流大多发源于低纬海区,从较低纬度流向较高纬度,一般水温较高,盐度较大,含氧量较低,浮游生物的数量较少,海水透明度较大,水色大多发蓝。寒流大多发源于高纬海区,从较高纬度流向较低纬度,一般水温较低,盐度较小,含氧量较高,浮游生物数量较多,海水透明度较小,水色多呈暗绿色。通常,在北半球,由南向北流的是暖流,从北向南流的是寒流,南半球则正好相反。

此外,根据海洋的垂直分布状况,还可以分为表层洋流和深层洋流;根据洋流流向流速的变化大小,还可以分为稳定流和非稳定流,一般我们常说的洋流,大多是指稳定流。

黑潮、亲潮和秘鲁寒流

太平洋纵贯南北半球,是世界上面积最大的大洋,在赤道至南北纬40°—50°的范围内,南北各有一个大洋环流。

北太平洋的北赤道洋流,长达14000公里,宽数百公里,平均每天流动距离约35公里。北赤道洋流大致从中美洲西部海域开始,向东向西流动,至菲律宾群岛,主流沿群岛东侧北上,形成黑潮。

黑潮是北赤道洋流的延续,温度高,盐度大,水色呈现蓝黑色,透明度大,是世界上仅次于湾流的第二大暖流。

黑潮全长约6000公里,宽约200—350公里,厚度平均约400米,最长厚度可达1000多米,流速50—250厘米/秒,大致每昼夜可流动60—90公里,水面的温度夏季约29℃—30℃,即使是严寒的冬季,水温也在20℃以上。黑潮在东海时的流量约为长江流量的1000倍,相当于世界河流总流量的20倍,浩浩荡荡,奔流不息,是太平洋西部引人注目的一股暖流。

亲潮发源于白令海峡,沿堪察加半岛海岸和千岛群岛南下,又称为千岛寒流。亲潮比黑潮规模小,流至北纬30°—40°附近海区,与黑潮汇合,折向东流,并与阿拉斯加暖流共同组成反时针方向流动的副极地环流。

秘鲁寒流从南纬45°左右的西风流开始,经智利、秘鲁、厄瓜多尔等国沿海北上,直达赤道海域的加拉帕戈斯群岛附近,流程长达4500多公里,是世界大洋中行程最长的一支寒流。它的平均宽度在智利海岸附近为180多公里,秘鲁沿海为450多公里,流速每昼夜约11公里,水温在15℃—19℃之间,比邻近海区的水温低7℃—10℃,是世界著名的寒流之一。

庞大的“暖水管”

大西洋的赤道南北,也有两个与太平洋位置大体相似的大洋环流。

北大西洋的北赤道洋流,大致从佛得角群岛开始,沿北纬15°—20°之间自东向西流动,至安的列斯群岛附近,称安的列斯暖流。南大西洋的南赤道洋流,从非洲沿岸流向美洲沿岸,到南纬7°附近巴西东部向东突出的罗克角,分为南、北两支。在大西洋南北两个环流中,以墨西哥湾暖流最著名。墨西哥湾暖流,又简称湾流,是世界大洋中宽度最大、流程最长、水温最高、影响最深远的暖流。习惯上,人们把佛罗里达暖流、墨西哥湾暖流和北大西洋暖流,合称为一个湾流系统。

这个规模巨大的湾流,总流量为7500—10000万立方米/秒,比黑潮暖流大近一倍,几乎相当于世界陆地上所有河流总流量的40倍。

湾流汇聚了大西洋南北两股赤道洋流,又在加勒比海和墨西哥湾内流动了较长的时间,成为热量丰富的强大暖流。据测量和计算,每小时约有900亿吨温暖的海水从墨西哥湾流入大西洋;湾流每供给英吉利海峡1米长海岸线的热量,约相当于燃烧6万吨煤的热量;每年带给挪威沿海的热量,约相当于这里太阳辐射量的1/3左右,用这些热量可以发出强大的电能,假如用石油作燃料生产同样多的电能,那么,平均每分钟必须有一艘10万吨级的油轮,不间断地为发电厂运油加添油料。可见,湾流的热量非常庞大,人们形象地称它为永不停息地输送热量的“暖水管”!

庞大的“暖水管”,使流经地区的水温和气温显著上升。这样,西欧和北欧的西部,便形成了典型的温带海洋性气候。所以,西北欧的斯堪的纳维亚半岛上生长着郁郁葱葱的针叶林和混交林,而北美东北部的格陵兰岛则绝大部分是白雪皑皑的冰封世界。湾流对西北欧气候的影响,以冬季为最明显。

挪威西部沿海1月平均气温为0℃左右,北极圈内的巴伦支海西南部终年不封冻,位于北纬69℃附近的苏联科拉半岛的摩尔曼斯克,成为举世罕见的高纬地区的不冻港。你如果到那一带地区去,会发现许多奇特的自然现象:那里有南面吹来的凛冽寒风,有北方刮来的习习暖气;有夏季纷纷飘扬的六月雪,有冬天阴云缠绵的元月雨;有大雁春天向南飞行,海鸥则秋天向北展翅。

受湾流的影响,北大西洋东西两侧海域,气候迥然不同;英国设得兰群岛以东海域,1月平均气温约为3.4℃;而同纬度的加拿大拉布拉多半岛东北海域,却为-19℃,二者相差22.4℃!

“转向”环流和北冰洋洋流

印度洋的大洋环流,受地理环境的影响,南、北具有不同的组成和特点。

印度洋南部的大洋环流比较稳定。低纬海区在盛行东南信风的吹送下,南赤道洋流自东向西横过印度洋。势力强大,流向稳定。而印度洋北部因受大陆限制和季风环流的影响,冬夏洋流要“转向”,形成随着季节转换而变换流向的洋流系统。从10月到第二年4月,这里受东北季风的影响,北部海水自东向西流动,形成反时针方向的冬季环流,尤以12月和1月表现得最为明显。从5月到9月,这里受西南季风的影响,北部海水自西向东流动,形成顺时针方向的夏季环流,尤以7月和8月最为典型。

北冰洋地处高纬,面积最小,气候严寒,冰覆盖广,即使是夏季,冰雪覆盖的面积也在2/3左右。那么,北冰洋里有没有洋流呢?回答是:有。

北大西洋暖流有一支流向东北。同时,北冰洋海水经过格陵兰岛附近海域,分别形成拉布拉多、东格陵兰等寒流。这样,组成了北冰洋这一海域反时针的大洋环流。

洋流的“功”与“过”

总的来说,洋流对气候、海洋交通、海洋生物、海洋沉积和海洋环境等方面都有巨大的影响,其中有“功劳”也有“过失”。

洋流对气候的影响很大,它不仅使沿途气温增高或降低,延长或缩短暖季或寒季的持续时间,而且能够影响降水量的多少和季节分配。

北太平洋西部的黑潮暖流,尽管没有贴近亚洲大陆边缘流动,但对中国的气候却有明显的影响,有这样几件事引人深思:1953年,黑潮的平均位置向南移动了大约170公里,第二年,我国的江淮地区雨水滂沱,出现了百年未见的水灾;1957年和1958年,黑潮的平均位置又较之往年北移了,结果1958年,我国的长江流域梅雨减少发生旱灾,而华北地区大雨倾盆形成水灾。

有些科学工作者研究了黑潮变动与旱涝灾害的相互关系,发现中国东部沿海地区的气候受黑潮暖流的影响很大。

洋流还可以影响海洋生物资源的分布。在寒、暖流交汇的海区,海水受到扰动,可把下层丰富的营养盐类带到表层,使浮游生物大量繁殖,各种鱼类到此觅食。同时,两种洋流汇合可以形成“潮锋”,是鱼类游动的障壁,鱼群集中,形成渔场。在有明显上升流的海域,也能形成渔场。此外,洋流的散播作用,是对海洋最直接和最重要的影响,它能散布生物的孢子、卵、幼体和许多成长了的个体,从而影响海洋生物的地理分布。

鳗鲡,是生活在欧洲河流和湖泊中的一种鱼类,体型圆长,又粘又滑,样子似蛇。人们发现,它们虽然生活在淡水中,可秋季完全成熟以后,就成群结队地离开淡水到大洋中产卵,繁殖后代。鱼群游向大海的意志非常坚决,当沙洲挡住去路时,它们会趁黑夜跃上河岸,在洒满露水珠的草地上滑行,绕过障碍重新跃入水中,继续勇敢地向前游去。人们又发现,每年春季长仅6—7厘米的小鳗,又成千上万地从欧洲沿海涌入河川之中生活。几个世纪以来,关于鳗鲡到哪里产卵,小鳗又怎样游回河湖之中,一直是个费解的谜。

本世纪初,有人在地中海发现了一种透明的叶片状小鱼,经研究是鳗鲡的子鱼。根据这个线索,海洋生物学家从1904年开始,进行了长期的调查工作。

他们在北大西洋不同地点,采集了数百个浮游生物的样品,发现鳗鲡仔鱼的个体,自东向西逐渐变小,到百慕大岛的东南方海域,个体长度还不足1厘米,这就是鳗鲡洄游4000—5000公里而集中“生儿育女”的场所。同时刚孵化出来的幼鳗又必须从降生地开始,游经遥远的路程,到欧洲大陆的淡水中生长。这种游泳能力很弱的幼鳗,很难靠自己的力量完成漫长的游程。它们就借助北大西洋暖流缓缓东去,大约经过3年左右的时间,幼鳗才能到达欧洲沿岸,此时幼鳗已发育成小鳗,于是进入河川栖息。在淡水中生活5—8年以后的鳗鲡,又要奔向新的征程,再游到海洋中产卵。可见,强大的湾流系统,已成为欧洲鳗鲡生活周期不可缺少的条件。

洋流对海洋航运也有显著的影响。一般,顺着洋流航行的海轮,要比逆着洋流行进的海轮速度明显加快。例如,1492年,哥伦布第一次横渡大西洋到美洲,用了37天才到达大洋彼岸;1493年,哥伦布再次作环球旅行,从欧洲出发后,他先向南航行了10个纬度,然后再向西横渡大西洋。结果,只用了20天就完成了横渡的全部航程,其实是洋流帮了他的大忙。原来,第一次航行时,哥伦布的船队是从加那利群岛出发,逆着北大西洋暖流航行的,所以,航速较慢;第二次航行时,先是顺着加那利寒流向南航行,然后又顺着北赤道洋流一直向西。同时,哥伦布船队远航时,正好偶然进入了盛行的东北信风带,顺水顺风,速度自然比较快。

人们认识和掌握了洋流的特点,可以把洋流运行的规律应用到航运上,从而节约航运时间,缩短运转周期,节约燃料和减少不必要的海上事故。潜艇还可以利用表层和深层洋流潜航。

当然,有的洋流给海上航运也带来了不少麻烦。例如,北大西洋西北部从加拿大北极群岛与格陵兰岛附近海域南下汇聚成的拉布拉多寒流,在纽芬兰岛东南海域同墨西哥湾暖流相遇。冷暖海水交汇,使这里经常存在一条茫茫的海雾带。它还从北冰洋或格陵兰海每年带来数百座高大的冰山,有许多漂浮着进入湾流或北大西洋暖流中,给海上航行带来严重的威胁。

此外,陆地上许多污染物随着地表流入大海,洋流可以把污染物携带到更加广阔的海洋之中,从而扩大海洋污染的范围,以致造成更大的灾害。

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