书城科普读物新编科技大博览(B卷)——蔚蓝旖旎的海洋
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第12章 海洋环境篇(5)

波浪也可以引起回转流,尤其在陡峭的海滩,从而形成沿岸流。回转流通常是波浪带到岸边的水回流向大海而引起的。波浪以一定的角度撞击海滩,就会形成微弱的沿岸流。沿岸流并不具危险性,但它们在沿岸泥沙的搬运中起着重要的作用。与岸平行的海流通常会给构筑沿岸防波堤造成麻烦。防波堤是一种垂直于海滨的人工构筑物,用来防止沿岸泥沙的流失。然而,泥沙在防波堤的一边堆积的同时会导致另一边受到侵蚀。正如一个人的河滩变得越来越宽敞时,他的邻居的河滩则会逐渐变小甚至消失。

每年,人们要花费上千万元来防止海岸侵蚀,但是海岸沉积物的流失是海洋自身运动的自然结果。比如在很多地方,冬天强烈频繁的波浪将大量的泥沙从海滩冲刷到离岸处形成沙洲,而到了夏天,相对较为平和的海浪又将泥沙搬运回海滩。有趣的是,某一海滩在冬天消失的话,一定能在下一个夏季得以恢复。对离岸沙洲的挖掘或者是人工构筑物都可能破坏这种自然平衡,从而导致海滩泥沙的流失。我们永远也不可能完全杜绝这种海岸侵蚀,因为它是大海运动的一种形式。虽然可以通过沙滩再造,构筑海墙沙洲,沙滩绿化等方法暂时减缓这种流失,但是一旦流失开始发生,就有可能再次发生。我们所有的最好的办法就是更好地了解海岸带大海的运动规律,找出与其自然规律相适应的解决方法,而不是徒劳无功地去阻止其自然运动。

冲浪带是一个极不利于进行考察研究的区域,无论是人还是实验仪器在这里都容易受到侵蚀和伤害。因此,我们对这一区域波浪动力学以及沉积物运动的研究很有限。到了今天,随着更小巧更抗腐蚀性的仪器以及大型计算机系统的出现,人们可以获取更多关于海浪和海岸形成的信息。

近岸上升流

在某些地区,风向与海岸平行。埃克曼输送导致表层水离岸运动,为补偿离岸的表层水,富含营养的下层冷水上升,这就是近岸上升流。近岸上升流区域是海岸中最肥沃的区域之一。在这里,浮游植物利用上升流带来的营养进行光合作用,大量生长繁殖。只要上升流持续,浮游动物及较小的鱼类就能依靠不断更新的食物大量繁殖。在南美洲西海岸的秘鲁,向北的风产生的上升流使该地区成为世界上最丰富的渔场之一。近岸上升流也出现在夏季的加州沿岸及非洲的东北沿岸,当发生严重的厄尔尼诺现象时,近岸上升流下沉,主要的渔场将受到毁灭性的打击。

上升流也发生在赤道地区的海域以及最南端的海域(南极北部)。赤道附近由东向西的信风及埃克曼输送导致表层水向南北偏移,远离赤道,由下至上的富含营养的冷水上升,在赤道附近形成一个窄窄的富含营养的生物带。

海洋旋转流

由风驱动的大洋表层水运动以及陆地分布影响的共同作用,使大洋表层水沿着一系列的大环流方向运动,称之为旋转流。这些环流表明了世界大洋不同的内部特征,它们在赤道处分离,在大气和海洋的热输送中扮演着重要的角色。北大西洋环流能很好地说明该系统的形成及其运行状况。

北大西洋北半部的风吹向东,南半部风吹向西。令所有研究海洋学的学生感到困惑的是,一直以来关于风的命名的争论,海洋学家根据风和海流的去向来命名,而气象学家则依据其来源命名。这样由东吹来的信风对气象学家而言是东风,对海洋学家却是西风。由于风在北大西洋的北部从西吹来,而在南部从东吹来,科氏力和埃克曼输送导致表层水向北大西洋的中部输送。这些表层水的集中导致了它在中部的堆积,这个地区就是我们所熟知的马尾藻海。

海洋表层能形成环形的山峰或山谷来驱动海流的运动。通过卫星测高仪,我们现在能准确地测量海洋表层高度相对较小的变化。海洋表面高度的测量表明,在马尾藻海的中部,大约有一米高的水层堆积。漂浮的物质,比如塑料、焦油、马尾藻,漂浮的海藻都聚集在海水集中的马尾藻海中部。在历史上,正是由于马尾藻在北大西洋形成厚密的丛簇,因此将其命名为马尾藻海。

马尾藻可以自由漂浮在海洋表面或者附着在较浅的暖水海域。细长的草莓形状的小须使之能漂浮在水面上。很多小的海洋生物就生活在这些马尾藻丛中,他们在海洋表面很难附着到其他生物上,因此不易受到保护。马尾藻鱼由于其颜色和形状都和马尾藻极其相似,人们很难将它们和马尾藻分开。虽然体形很小,马尾藻鱼却是一种很凶猛的捕食者,其个体之间的竞争也极为激烈。若将两条鱼放在一只鱼缸里,很快就会只剩下一条。通过吞食其同伴,剩下的那条鱼的体形很快就能达到它原来的两倍大。令人惊奇的飞鱼也是马尾藻海中比较常见的鱼类,这种鱼能浮出水面,在水面上轻松地滑行,用他们的尾巴作为桨,而其伸出来的鳍则作为翅膀。人们已经知道,飞鱼可以到达船的甲板上,通过敞开的舷窗,进入通气孔,甚至扑到正在熟睡的人的脸上。

马尾藻海中,由于海水不断地向中间堆积产生压力梯度,致使表层以下的水向外流动。

由于下部的水向外流动,科氏力开始产生作用,运动的水向右偏移。表层水堆积—向外流动—混合层以下向右偏移,这一过程导致了在北大西洋北部产生巨大的顺时针环流。同样的情形也发生在南大西洋,不同的是此时科氏力向左,环流方向为逆时针方向。大洋环流也发生在太平洋和印度洋,尽管印度洋体系受到季风的影响。在南极周围,因为没有陆地的边界阻挡,环流可以环绕整个南半球。此外在向西的赤道环流的下方有一股逆流,如果不包括墨西哥湾流及太平洋湾流之类的边界流,典型的海洋表面环流黑潮其速度大约为8公里/小时。

黑潮

在北太平洋西部海域,有一股强劲的海流犹如一条巨大的江河,从南向北,滚滚向前,昼夜不息地流淌着。它就是黑潮。

黑潮从我国台湾东侧流入东海,继续北上,过吐噶喇海峡,沿日本列岛南面海区流向东北;大约在北纬35°、东经141°附近海域,离开日本海岸蜿蜒东去。黑潮从太平洋的低纬度海域流向高纬度,南北跨越16个纬度,东西跨越115个经度,流经东海和日本南面海区,行程4000多千米,如果加上黑潮续流,全程约6000千米。

黑潮的流幅和厚度并不都是一样的。通常它的宽度为150千米,在日本列岛南面海域,黑潮的最大宽度可达200~300千米。它的厚度达1000米以上。

黑潮的流速比一般海流要强劲得多。它流速为每小时3~10千米,由此可以计算出黑潮在我国东海的流量为每秒钟约3000万立方米。这个流量相当于我国第一大河长江流量的1000倍,可见黑潮之流量极为可观。

其实,黑潮的水并不黑,甚至比一般海水更清澈透明,因为黑潮水质极少杂质,能见度达30~40米深。不过,当太阳的散射光照射到黑潮海面时,水分子偏重于散射蓝色光波,其他光波如红、黄等色为长波,被水分子吸收。所以,当人们从上往下看海水时,海水成了蓝黑色。这样,人们就习惯地称它为黑潮,以区别于其他的海水。

黑潮是由北赤道流转变而来的。由于北赤道流受强烈的太阳辐射,因此黑潮海流具有高水温、高盐度的特点。据调查,黑潮的表层水温都比较高,夏季27~30℃,冬季表层水温也不低于20℃,比邻近海水高5~6℃,因此,人们又把黑潮称之为“黑潮暖流”。因为黑潮暖流自身拥有大量的热能,黑潮的部分暖水直接或间接参与了陆架海区的环流。例如,流过东海的黑潮暖流,在重返太平洋之前,于日本九州南部海面分出一个小分支北上,形成对马海流。对马海流在流经济州岛西南海域时,又一分为二:一支折向东北,穿过朝鲜海峡,径直奔向日本海;另一支折向西北,沿黄海东侧北上,再转入北黄海,进而穿过渤海海峡,向渤海流去,人们称它为黄海暖流。尽管冬季渤海、黄海一带水温显著降低,黄海暖流仍然可显出其高温的特性。地处渤海内的秦皇岛沿岸,因受黑潮暖流的影响,通常能使海水温度保持在冰点以上,不致结冻。由于黑潮暖流的北上,整个黄海有一个明显的高温“水舌”存在,它自济州岛南方海域向北凸进,然后转向渤海海峡,一直扩展到整个渤海。