书城科普读物自然的奥秘
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第8章 海洋的奥秘(4)

船员们大吃一惊,脑海里立刻闪现出一系列海怪的传说,莫非自己的船被海怪攫住了,恐怖感立刻笼罩全船。船长命令全速前进,可是任凭机器怎么吼,螺旋桨怎么转,船却一步也不能移动了。会不会是渔网拖住了什么东西?于是船员们砍断了渔网,仍无济于事。

正当船员们绝望的时候,突然有人发现渔船开始动弹了,开始是慢慢移动,接着越来越快,终于脱离了这个令人恐怖的地方。

渔船返港了,船员们向亲人诉说着这次奇遇。可船为什么会被海水“粘”住?他们除了解释是海怪作祟外,谁也说不清到底是怎么回事。无独有偶,海水“粘”船的事也被挪威著名探险家南森遇到了。

自小就立志做一个北极探险者的南森,为了证实北冰洋里有一条向西的海流经过北极再流到格陵兰岛的东岸,不顾亲人的劝阻,设计制造了一条没有龙骨、没有机器的漂流船。

1893年6月19日,南森率船从奥斯陆港出发向北极方向驶去。8月29日,当船行驶到俄国喀拉海的泰梅尔半岛沿岸时,突然走不动了,船被海水“粘”住了。

顿时,船上一片混乱。毕竟是探险家,南森却没有一丝惊慌的表情。他环视了海面,只见四周风平浪静,离岸也很远,不是搁浅,也没有触礁。那么,问题出在哪里呢?南森想,可能就是碰上传说中的“死水”了。他认真测量了不同深度的海水,记录下了观测的结果。

不一会儿,海上刮起了风,“弗雷姆”号风满帆张又开始移动。船员们欢呼雀跃,庆幸自己死里逃生。此时,南森仍在琢磨着。他发现,当船停在“死水”区不能挪动一步时,那里的海水是分层的,靠近海面是一层不深的淡水,下面才是咸咸的海水。他想,船被海水“粘”住的原因可能在此。

其中的奥妙

南森回国后,终于弄清了其中的道理。原来,海水的密度各处不同。一般说来,温度高的海水密度小,而温度低的海水密度大;盐度低的海水密度小,而盐度高的海水密度大。如果一个海域里有两种密度的海水同时存在,那么,密度小的海水就会集聚在密度大的海水上面,使海水成层分布。这上下层之间形成一个屏障,叫“密度跃层”。

这“密度跃层”有的厚达几米。这种稳定的“密度跃层”可以把海水分成两种水团,分别位于跃层的上下,并以跃层作为界面。如果有某种外力(如月亮、太阳的引潮力,风、海流的摩擦力等)作用在界面上,界面就会产生波浪。这种波浪处于海面以下,人的肉眼完全看不见,因此称之为内波。

“密度跃层”的形成

在海岸附近,江河入海口处,常常形成“冲淡水”,盐度和密度显著降低。它们的下面如果是密度大、盐度高的海水,就会形成“密度跃层”。夏季寒冷地区海上浮冰融化了,含盐低的水层浮动在高盐、高密度的海水之上时,也会形成“密度跃层”。南森遇到的就是后一种情况。

一旦上层水的厚度等于船只的吃水深度时,如果船的航速比较低,船的螺旋桨的搅动就会在“密度跃层”上产生内波。内波的运动方向同船航行方向相反,内波的阻力就会迅速增加,船速就会减低下来。当两者大致相当的时候,船就像被海水“粘”住似的寸步难行。

当年南森的“弗雷姆”号被“粘”住时,船速就由4.5节突然降低到1节。后来,是风的推力超过了内波的“粘”力,才使南森的船脱险。“死水”区的内波,由于水质运动的方向不同,不但会把渔船的渔网拧成一缕,还会使船舵失灵,甚至会使船只迷航。

科学家经过计算,得出内波的速度一般在2节左右。如果航速大大超过内波速度时,海水就无法把船“粘”住了。如今舰船速度大大超过内波速度,因而海水“粘”船现象就成为了历史。

海底玻璃之谜

我们每天都要与各种各样的玻璃制品打交道,如玻璃杯、玻璃灯管、玻璃窗户等等。

普通的玻璃,以花岗岩风化而成的硅砂为原料,在高温下熔化,经过成型,冷却后便成为我们所需要的玻璃制品了。

然而,在很难找到花岗岩的大西洋深海海底,居然也发现了许多体积巨大的玻璃块,这真是一件非常奇怪的事。

为了解开这个海底玻璃之谜,英国曼彻斯特大学的科学家们进行了多方面的分析和研究。

首先,这些玻璃块不可能是人工制造以后扔到深海里去的,因为它们的体积巨大,远非人工所能制造。

有些学者认为,这种玻璃的形成,有可能是海底玄武岩受到高压后,同海水中的某些物质发生一种未知的作用,生成了某种胶凝体,从而最终演变为玻璃。如果这种设想属实的话,今后的玻璃生产就可以大大改观了。现在我们制造一块最普通的玻璃,都需要1400~1500摄氏度的高温,而熔化炉所用的耐火材料受到高温玻璃溶液的剧烈侵蚀后,会产生有害气体,影响工人的健康。假如能用高压代替高温,将会彻底改变这种状况。

由于这个设想,有些化学家把发现海底玻璃地区的深海底的花岗岩放在实验室的海水匣里,加压至400个大气压力,结果根本没有形成什么玻璃。奇怪的海底玻璃到底是怎样形成的呢?迄今仍然是一个未能解开的自然之谜。

大海的呼唤

神秘的海声

大海发出的声音有多种多样,比如波浪翻腾和惊涛拍岸发出的鸣响;大气降水、地震和火山活动引起的喧嚣;鱼类和其他海洋生物发出的声音等等。但有些海鸣的声源至今还是个谜。

在我国广东省湛江硇洲岛的东南海面,每当风暴即将到来时,海面上就会发出一阵阵有节奏的“呜呜呜”的声响。这声音好似闷雷滚动,一高一低,错落有致。当地人对这种声音早就听惯了,但谁也说不清声音来自何方。

调查与进展

据当地老人说,在很久以前建造硇洲岛国际灯塔的时候,法国人曾在海中沉放一个大水鼓,相当于海况探测报警器,专门做海上天气预报用。它能随时向人们发出风浪异变的信息,这“呜呜呜”的声音就是它发出来的。可是,谁也没看见过那水鼓是什么样子的,更不知道它被放置的具体位置。有关部门曾专门派出船只到硇洲岛东南一带的海域巡视搜索,结果什么也没发现。

1969年,有人曾在这片海域发现过一群海豚在游动,于是当地人认为“呜呜呜”有可能是海豚的嚎叫声,或许是海豚游动过程中相互之间联络的信号。但这种说法也不能令人完全信服,因为在没有海豚活动的地方也有海鸣产生。

1976年,硇洲岛东南海面上的“呜呜呜”的声音比以往减弱了,持“水鼓说”的人认为,这是水鼓年久失修、功能日益减退的结果;持“海豚说”的人则认为,这是近年来人们在这一带海域的活动明显增加,影响了海豚的正常活动和生活,使海豚迁移的结果。

观点与解惑

有人认为,这是一种类似于“海市蜃楼”原理一样的回声,是大陆的声音在海中的折射与反射,再混合以远方海浪的声音。再例如,当我们在寂静的夜空下漫步在广阔的草原上,也会听到类似的“呜呜”或“嗡嗡”声,这应该是天地之间所有声音混合发出的一种组合体。当然了,这种声音都不会很大。如果声音相当大,那就另当别论了。看来,这个谜一时之间还难有结果。

海水温差发电

海水水温的差异

海洋像个热水瓶,可以把热量贮存起来。可海洋毕竟不是热水瓶,海水温度是随着水深而变化的。这种变化可分为三层:

第一层是从海面到深度60米左右,称做表层。这一层海水表面吸收太阳的辐射能,且受到风浪的影响,使海水互相混合。因此,这一层海水温度变化比较小,水温约在26.7摄氏度左右。

第二层大约水深60~300米左右,由于海水温度随着深度增加而急剧递减,海水温度变化较大,称做主要变温层。

第三层深度在300米以下,称为深层海水。这一层海水因为受到极地流来的冷水影响,温度降低到4摄氏度左右。再往下到1500米深处时,水温几乎就没有变化了,常年维持在-1~2摄氏度之间。

能量的来源

赤道附近的海水受到太阳的直射而变热,除了蒸发而散发到大气中的能量外,还有将近13%的太阳能以热的形式被海洋吸收而贮藏起来。这样,在赤道海域中海洋热能的收支平衡就遭到了破坏,出现了吸收多于放出的现象。

而在极地海域,情况正好相反,是放出多于吸收,这就在整个地球上形成了新的热量平衡。这种新的热量平衡,是通过赤道海域不断向极地海域输送能量而建立起来的。在极地海域,受冷的海水密度增大下沉到深处,再流向赤道海域。这种循环形成了海水垂直面上的水温变化,也为人类从海洋中取得能量创造了条件。科学家告诉我们,不要小看表层海水和深层海水相差20摄氏度的温差,它正是人类寄以莫大希望的巨大能量之源。

早期的海水温差发电

1881年,法国科学家德尔松瓦第一个提出了温差发电的方案。他认为,稀硫酸的水溶液在锅炉内加热到30摄氏度所产生的蒸气压,与在冷凝器内冷却到15摄氏度所产生的蒸气压,两者在温差为15摄氏度的条件下,蒸气压力差约为两个大气压。这个蒸气压力差就可以用来作功。

在自然界中,要寻找温差为15摄氏度的热源和冷源是十分容易的,如温泉的水和河里的水就可能相差15摄氏度;海洋表层的水和深层的水也可能有15摄氏度以上的温差。他的设想提出以后,美国、意大利和德国的科学家为实现这个设想进行了不懈的努力,但都没有获得成功。整整过去了45年,直到1926年,才有人第一次用实验证明了德尔松瓦设想的正确性。证明这个设想正确性的人,是他的学生——法国物理学家克劳德和工程师布射罗。

1926年11月15日,克劳德和布射罗当众进行了温差发电的实验。他们取来两只烧瓶,在其中一只烧瓶中装入28摄氏度的温水,代表表层温热的海水作为热源;另一只烧瓶里则盛放冰和水的混合物,使温度恒定在0摄氏度,代表深层的低温海水作冷源。在连接两个烧瓶的一段粗玻璃管中,安装着一台十分精巧的汽轮发电机,组成了一个封闭的发电系统。

实验开始,当克劳德用抽气机把这个系统中的空气抽光,使内部的气压下降到原来的1/25时,28摄氏度的温水居然猛烈翻泡沸腾起来,水蒸气的强大气流,把气轮发电机冲得飞转,霎时间,连接在电路中的三盏电灯一下子亮了起来。终于使利用海水温差发电的设想,变成了看得见摸得着的事实。

现代的海水温差发电

1979年5月29日,世界上第一座海水温差发电站,在美国的夏威夷成功地投入运行,为岛上居民、车站和码头供应了照明用电。

夏威夷岛在太平洋中部,地处北纬20度,附近海域的表层海水温度常年很高,冬季为24摄氏度;夏季为28摄氏度。

在离岸只有1.2千米的地方,水深400米处就可获得10摄氏度的冷海水;水深800米处就有5摄氏度的冷海水,为海水温差发电提供了极为优越的自然条件。

这座海水温差电站安装在驳船型的海上平台上,平台锚系在夏威夷岛东部约2.4千米的海上,装机容量达1000千瓦以上。

世界上第一座海水温差发电站的建成和正常运行,不但证明了海水温差发电技术的可行性,并且提供了大量丰富的实践经验,还标志着海水温差发电已经开始从试验性发电转向大规模的开发利用阶段,它为21世纪新能源的开发指明了方向。

海水温差发电的前景

利用海水温差发电,不仅可以获得电能,而且还可以获得很多有用的副产品。如海水蒸发后留下的浓缩水,可以提炼许多化工产品;废蒸气冷凝后,可以变成大量淡水或廉价的冰。这些都可以供给沿海工农业生产的需要。

目前,美、印、日等国都建有海洋温差发电站。虽然我国海洋温差能源等新能源的开发前景还不容乐观,但相信,在不久的将来,利用温差发电在我国也一定会成为现实。

神奇的海底之花——美丽的珊瑚礁

美丽的海底之花

花一样的动物你见过吗?它们是由数亿个同类共同组成的一个色彩斑斓的壮观群体,即使是死亡之后,它们也是其他生命的栖息之地。这种神奇的像花一样的动物就是珊瑚。

当科学家潜入海底时,他们会对一片奇妙的景观着迷,那就是犹如海底仙境的珊瑚群,它们被视为地球上最古老的生命系统之一。由于它们的外貌非常漂亮,就像是生长在陆地上的奇异花草,因此,也就有了“海底之花”的美称。

它们看似一个整体的珊瑚,却是由无数个小小的珊瑚虫所组成,这些珊瑚虫通过一种奇特的方式合为一个整体,它们之间相互影响,却也各自独立,就像一个组织严密的庞大家族。“海底之花”给原本冰冷阴暗的海底世界增添了一份温暖,它们就是海洋中的热带雨林。

珊瑚礁的形成

珊瑚礁的主体是由珊瑚虫组成的。珊瑚虫是海洋中的一种腔肠动物,在生长过程中能吸收海水中的钙和二氧化碳,然后分泌出石灰石,变为自己生存的外壳。每一个单体的珊瑚虫只有米粒那样大,它们一群一群地聚居在一起,一代代地新陈代谢,生长繁衍,同时不断分泌出石灰石,并粘合在一起。这些石灰石经过以后的压实、石化,形成岛屿和礁石,也就是所谓的珊瑚礁。在深海和浅海中均有珊瑚礁存在。它们是成千上万的由碳酸钙组成的珊瑚虫的骨骼在数百年至数千年的生长过程中形成的。珊瑚礁为许多动植物提供了生活环境,是幼鱼的生长地。