神秘的海洋

我们生活在地球上，在太阳系的九大行星中，你也许可以说出我们这个“老家”的许多特点，但是有一个很不寻常的特点你可能反而不会注意，那就是只有地球表面具有的温度，能使水同时以固态、液态、气态3种状态存在。而且，地球还是太阳系中惟一拥有巨大海洋的天体。这个连成一片的海洋的一些统计数字让你吃惊：总面积为362亿平方千米(占地球总面积的70.8%)，平均深度3795米，海水总体积达137亿立方千米。难怪有人说我们所在的星球与其叫“地球”，不如称它为“水球”更合适。

覆盖在地球表面的这层连续的海水，根据它们的分布特点，可以分成太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。剩下不到20%的大陆地区，有地表水断续分布，这就是江河湖泊。在地表以下的土壤和岩石里，还存在着连续不断的地下水。地表水、地下水互相连接，最后又都跟海水相通。这样，地球表面包括地表以下一定深度的水，实际上构成了一个完整的圈层。这就是水圈。

几乎可以百分之百地肯定，地球上的生命起源于海洋，海洋是生命的摇篮。现在海洋中还有20多万种生物，依靠光合作用，它们每年的生长量约占全球生物量的43%。

但是，在人类诞生以后的绝大部分时间里，人类的活动始终局限在陆地上，海洋对他们来说似乎是个不可逾越的“水的王国”，是位神秘莫测的“陌生巨人”。

人们对海洋的探索长期以来停留在很低的水平上：观察海浪的起伏，记录海潮的涨落，尝尝海水的味道，观测近海的深浅……直到不久以前，人们对于海洋的认识依然十分肤浅，甚至可以说，地质学家对于海底表面的了解，比天文学家对于月球表面的了解还少得多。

近代海洋学的奠基人是美国学者莫里。他原本是一位美国海军上尉军官，30岁那年的一次事故使其腿瘸致残，这对一个年轻人来说实在是极大的不幸，但他却把它变成了好事。伤残以后，莫里被派去从事海图和仪器的保管工作，这个闲职不仅没有使他灰心丧气，相反使他得到了一展身手的机会，从此他全身心地投入到了有关海洋的研究工作中去。

莫里是最早研究海洋与气象相互关系的学者。他收集了大量关于风、海流、水温等观测记录，于1846年编写了《海洋气象观测报告》第一卷。第二年，他又绘制出精确的导航图，图上详细地记载了风力、风向、信风、赤道无风带、表面水温，以及不同月份的暴风次数、雨和雾的频度等。1855年出版的《海洋自然地理学》是莫里的代表作，它第一次系统地叙述了海流、风、盐度、温度、海洋与大气关系等自然地理现象，成为近代海洋学的第一部重要著作，莫里也因此成了近代海洋学的奠基人。

莫里的重要贡献之一是对海流进行了系统、详细的记录和研究。具体来说，他特别研究、论述了墨西哥湾暖流。这条海流最早是由美国学者富兰克林于1769年发现并进行研究的。莫里研究了这条海流之后，在《海洋自然地理学》一书中形象地写道：“在海洋中有河流，它在最大干旱的情况下不会干涸，在最大洪水的情况下不会溢出两岸。这河流的两岸和河床是由冷水组成的，而河里的流水则是温水，墨西哥是它的源头，北冰洋是它的河口。”

陆地上任何地方也找不到这样雄伟的水流。一般海流的宽度为几十千米至几百千米，深度是几百米，流速每分钟几十米，流量可达每秒几百万、几千万立方米。墨西哥湾暖流不仅比陆地上任何一条江河都大得多，而且也是海洋里“河流”的冠军。它在佛罗里达海峡处的水流量为每秒2600万立方米，接近切萨皮克湾时已达每秒八九千万立方米，相当于几千条密西西比河的入海水流量。

海流是怎样形成的。经过科学家多年来的大量观测研究，总算基本上弄清了它们的成因和某些规律。地球上海流的分布主要受盛行风、海水密度、地球偏转力、海底地形、海岸轮廓和岛屿等的影响，按它们的成因，海流可分为风海流、密度流、梯度流、倾斜流、补偿流；按它的水温高于或低于所流经的海区，海流又分为暖流和寒流。

在海流研究方面，瑞典海洋学家埃克曼做出了最大的贡献。他首先提出了风海流(漂流)理论，并在1905年设计制造了能同时测量海水流速和流向的“埃克曼海流计”，这种仪器以后经过3次改进，一直是测量海流的主要工具。他还研究了密度流、梯度流、深层流、混浊流等理论。埃克曼以研究海流动力学闻名于世，是物理海洋学的先驱。

世界各大洋近表层的一些主要海流都属于风海流。风吹水动，这里的水流走了，邻近的水过来补充；如果风总是朝着一个方向吹，它就会推动海水顺着风的方向在海洋里作长距离的远航，连续不断，这就是风海流。比方说，北半球盛行东北信风，南半球盛行东南信风，这些风都是定向风，有了定向风就有定向流，所以一般的风海流都是有规律地流动的。

海流还受地球自转的影响。由于地球在不停地自西向东旋转，地球上运动的物体就将受到一个惯性力的作用，这个惯性力最早由法国数学家科里奥利于1835年开始进行了研究，为此又叫做科里奥列力。拿地球这个自西向东自转的旋转体来说，在科里奥利力的作用下，北半球运动的物体将向右偏，南半球运动的物体将向左偏，所以北半球的钢轨右方磨损较大，河流右岸冲刷较多，南半球则正好相反。同样的道理，北半球海洋的表面流向总是偏于风向右面45度，形成顺时针方向的环流，南半球海洋的表面流向总是偏于风向左面45度，形成逆时针方向的环流。

海水受风和地球自转的影响形成的风海流，深度一般不超过数百米，属“表层海流”。表层海流往往凭直观就能感觉出来，用普通海流计即可测定流速和流向。但是，要直接了解深层的海流可不那么容易。过去有人认为，既然海洋里的大海流差不多都是风吹起来的，而所涉及的深度又不过几百米，那么再往深处，没有风的作用，当然就不会有海流，那里只是死水一潭。可这又很难想像，特别是当人们了解到海洋的深处也存在着生物之后，更使人相信深层的海水也是流动的，否则怎么能向海洋深部输送氧气和养料，以满足海底生命的需要呢。

接着出现的问题是：海洋深部的海水算什么流动。最容易使人想到的一个因素是海水的密度。由于温度和含盐量(盐度)不同，海水的密度也不一样，密度大的海水流向密度小的地方，这样就形成了与风海流相应的密度流。

深层海水是怎么流的。早先说法很不一致。由于缺乏实际观测资料，一时难以测定，大家各持己见，谁也说服不了谁。深层海水的流动太微弱了，当时还没有足够精密的仪器可以用来测定它们的流速和流向。

进入20世纪以来，科学家们开始想到采用间接的方法，比如根据海水密度的大小以及它的水平分布和垂直分布，来分析和追踪深层海水究竟流向何方和流至多远。随着海洋观测资料，特别是海洋深层温度资料的增多，深层海流的研究工作也有了长足的进展。海洋学家斯费德鲁普和乌斯特等，根据海流动力学理论以及对海水温度、盐度、溶解氧等资料的分析，提出了更符合实际的海洋深层环流模式。

在南极地区，人们发现了一个深入南极大陆的威德尔海。冬季，这里低温、高盐的表层水密度要比它下面的海水密度大，于是它就一直下沉到海底，沿着海底北上，充溢于三大洋的大部分海底，并保持着来自威德尔海的低温高盐特性。在大西洋，这种南极“底层水”可以北上到纽芬兰浅滩；在太平洋，它到达阿留申群岛；在印度洋，它来到孟加拉湾和阿拉伯海。

在北大西洋，人们也找到了一个高密度海水区域——挪威海，不过它与大西洋之间有海槛分隔，所以当挪威海的下层高密度水越过海槛俯冲溢出时，会同周围的海水发生强烈的混合作用，使其密度降低，不能沉到大西洋底部，而只能位于南极底层水之上的1500米至4000米之间，并向南扩散，形成所谓的“深层水”。深层水可以向南越过赤道，进入南大西洋，然后围绕南极大陆流动，来到威德尔海，成为南极底层水的补偿流；它也可以绕过好望角进入印度洋，再由印度洋进入太平洋西部北上，做顺时针回转，越过赤道，从太平洋东部南下，在南极海区上升，同样成为南极底层水的补偿，从而形成一个巨大的南北间的海洋深底层环流。

除了威德尔海和挪威海内有海水下沉，其他海区也有海水“辐聚”下沉，这就是南极辐聚和亚热带辐聚。南极辐聚围绕南极大陆，这里的海水密度不是很大，因而这部分海水只能下沉到800米至1500米的中层，叫做南极中层水，它也像南极底层水一样自南向北扩展，充溢于各大洋的深层水之上。亚热带辐聚下沉的海水密度更小，只能沉到表层水之下、中层水之上，称为上层水。

就这样，整个海水被分成了5层：表层、上层、中层、深层、底层。除了表层海流主要是风海流，其余各层基本上是密度流。各层海流之间，也像表层海流一样，首尾相接，连绵不断，构成一个完整的海洋环流。

1957年，英国和美国的海洋学家组织了一次联合海洋考察，获得了许多更直接的证据，证明深层的海水确实是这样流动的，从而推翻了长期以来盛行的大洋环流的理论。他们主要采用了英国海洋学家斯瓦洛发明的特种浮子，适当重量的浮子能在预定深度的海水里漂浮前进；根据它所发出的超声波信号，即可得知它的运动方向和速度。另外，用它还可同时进行温度、盐度以及深度的测量。

各种海流有各自的运动方式。1973年，美国发射的“天空实验室”航天站上的第一批宇航员，用遥感仪器发现墨西哥等海岸水流中有大涡旋，接着又在美洲东西海岸，澳大利亚、新西兰、非洲和夏威夷群岛等地的附近海域发现有大涡旋存在。这些涡旋是海流之间海水交换的渠道，它们大大小小，形形色色，有人称之为“涡流大观园”。“涡流大观园”的发现被认为是20世纪50年代以来海洋学的重大进展之一。

所有的海水都在一刻不停地运动之中，海浪、海潮、海流……海流对地理环境和人类活动都有重大影响，它是航行的助手，又是旱涝预报员和气候调节器。墨西哥暖流像一道巨大无比的暖气流，横越大西洋流向寒冷的北冰洋，一路上春意盎然，给极地带来常年不冻的良港，给高纬地区带来暖和的冬天。还有，寒流和暖流交汇的海区——辐聚区，营养丰富，水温温和，鱼虾汇集，几乎都是世界上最著名的大渔场。