神秘的海洋動物

我們生活在地球上，在太陽系的九大行星中，你也許可以說出我們這個(gè)“老家”的許多特點(diǎn)，但是有一個(gè)很不尋常的特點(diǎn)你可能反而不會注意，那就是只有地球表面具有的溫度，能使水同時(shí)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)3種狀態(tài)存在。而且，地球還是太陽系中惟一擁有巨大海洋的天體。這個(gè)連成一片的海洋的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)字讓你吃驚：總面積為362億平方千米(占地球總面積的70.8%)，平均深度3795米，海水總體積達(dá)137億立方千米。難怪有人說我們所在的星球與其叫“地球”，不如稱它為“水球”更合適。

覆蓋在地球表面的這層連續(xù)的海水，根據(jù)它們的分布特點(diǎn)，可以分成太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。剩下不到20%的大陸地區(qū)，有地表水?dāng)嗬m(xù)分布，這就是江河湖泊。在地表以下的土壤和巖石里，還存在著連續(xù)不斷的地下水。地表水、地下水互相連接，最后又都跟海水相通。這樣，地球表面包括地表以下一定深度的水，實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)完整的圈層。這就是水圈。

幾乎可以百分之百地肯定，地球上的生命起源于海洋，海洋是生命的搖籃?，F(xiàn)在海洋中還有20多萬種生物，依靠光合作用，它們每年的生長量約占全球生物量的43%。

但是，在人類誕生以后的絕大部分時(shí)間里，人類的活動始終局限在陸地上，海洋對他們來說似乎是個(gè)不可逾越的“水的王國”，是位神秘莫測的“陌生巨人”。

人們對海洋的探索長期以來停留在很低的水平上：觀察海浪的起伏，記錄海潮的漲落，嘗嘗海水的味道，觀測近海的深淺……直到不久以前，人們對于海洋的認(rèn)識依然十分膚淺，甚至可以說，地質(zhì)學(xué)家對于海底表面的了解，比天文學(xué)家對于月球表面的了解還少得多。

近代海洋學(xué)的奠基人是美國學(xué)者莫里。他原本是一位美國海軍上尉軍官，30歲那年的一次事故使其腿瘸致殘，這對一個(gè)年輕人來說實(shí)在是極大的不幸，但他卻把它變成了好事。傷殘以后，莫里被派去從事海圖和儀器的保管工作，這個(gè)閑職不僅沒有使他灰心喪氣，相反使他得到了一展身手的機(jī)會，從此他全身心地投入到了有關(guān)海洋的研究工作中去。

莫里是最早研究海洋與氣象相互關(guān)系的學(xué)者。他收集了大量關(guān)于風(fēng)、海流、水溫等觀測記錄，于1846年編寫了《海洋氣象觀測報(bào)告》第一卷。第二年，他又繪制出精確的導(dǎo)航圖，圖上詳細(xì)地記載了風(fēng)力、風(fēng)向、信風(fēng)、赤道無風(fēng)帶、表面水溫，以及不同月份的暴風(fēng)次數(shù)、雨和霧的頻度等。1855年出版的《海洋自然地理學(xué)》是莫里的代表作，它第一次系統(tǒng)地?cái)⑹隽撕Ａ鳌L(fēng)、鹽度、溫度、海洋與大氣關(guān)系等自然地理現(xiàn)象，成為近代海洋學(xué)的第一部重要著作，莫里也因此成了近代海洋學(xué)的奠基人。

莫里的重要貢獻(xiàn)之一是對海流進(jìn)行了系統(tǒng)、詳細(xì)的記錄和研究。具體來說，他特別研究、論述了墨西哥灣暖流。這條海流最早是由美國學(xué)者富蘭克林于1769年發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行研究的。莫里研究了這條海流之后，在《海洋自然地理學(xué)》一書中形象地寫道：“在海洋中有河流，它在最大干旱的情況下不會干涸，在最大洪水的情況下不會溢出兩岸。這河流的兩岸和河床是由冷水組成的，而河里的流水則是溫水，墨西哥是它的源頭，北冰洋是它的河口?！?/p>

陸地上任何地方也找不到這樣雄偉的水流。一般海流的寬度為幾十千米至幾百千米，深度是幾百米，流速每分鐘幾十米，流量可達(dá)每秒幾百萬、幾千萬立方米。墨西哥灣暖流不僅比陸地上任何一條江河都大得多，而且也是海洋里“河流”的冠軍。它在佛羅里達(dá)海峽處的水流量為每秒2600萬立方米，接近切薩皮克灣時(shí)已達(dá)每秒八九千萬立方米，相當(dāng)于幾千條密西西比河的入海水流量。

海流是怎樣形成的。經(jīng)過科學(xué)家多年來的大量觀測研究，總算基本上弄清了它們的成因和某些規(guī)律。地球上海流的分布主要受盛行風(fēng)、海水密度、地球偏轉(zhuǎn)力、海底地形、海岸輪廓和島嶼等的影響，按它們的成因，海流可分為風(fēng)海流、密度流、梯度流、傾斜流、補(bǔ)償流；按它的水溫高于或低于所流經(jīng)的海區(qū)，海流又分為暖流和寒流。

在海流研究方面，瑞典海洋學(xué)家?？寺龀隽俗畲蟮呢暙I(xiàn)。他首先提出了風(fēng)海流(漂流)理論，并在1905年設(shè)計(jì)制造了能同時(shí)測量海水流速和流向的“?？寺Ａ饔?jì)”，這種儀器以后經(jīng)過3次改進(jìn)，一直是測量海流的主要工具。他還研究了密度流、梯度流、深層流、混濁流等理論。埃克曼以研究海流動力學(xué)聞名于世，是物理海洋學(xué)的先驅(qū)。

世界各大洋近表層的一些主要海流都屬于風(fēng)海流。風(fēng)吹水動，這里的水流走了，鄰近的水過來補(bǔ)充；如果風(fēng)總是朝著一個(gè)方向吹，它就會推動海水順著風(fēng)的方向在海洋里作長距離的遠(yuǎn)航，連續(xù)不斷，這就是風(fēng)海流。比方說，北半球盛行東北信風(fēng)，南半球盛行東南信風(fēng)，這些風(fēng)都是定向風(fēng)，有了定向風(fēng)就有定向流，所以一般的風(fēng)海流都是有規(guī)律地流動的。

海流還受地球自轉(zhuǎn)的影響。由于地球在不停地自西向東旋轉(zhuǎn)，地球上運(yùn)動的物體就將受到一個(gè)慣性力的作用，這個(gè)慣性力最早由法國數(shù)學(xué)家科里奧利于1835年開始進(jìn)行了研究，為此又叫做科里奧列力。拿地球這個(gè)自西向東自轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體來說，在科里奧利力的作用下，北半球運(yùn)動的物體將向右偏，南半球運(yùn)動的物體將向左偏，所以北半球的鋼軌右方磨損較大，河流右岸沖刷較多，南半球則正好相反。同樣的道理，北半球海洋的表面流向總是偏于風(fēng)向右面45度，形成順時(shí)針方向的環(huán)流，南半球海洋的表面流向總是偏于風(fēng)向左面45度，形成逆時(shí)針方向的環(huán)流。

海水受風(fēng)和地球自轉(zhuǎn)的影響形成的風(fēng)海流，深度一般不超過數(shù)百米，屬“表層海流”。表層海流往往憑直觀就能感覺出來，用普通海流計(jì)即可測定流速和流向。但是，要直接了解深層的海流可不那么容易。過去有人認(rèn)為，既然海洋里的大海流差不多都是風(fēng)吹起來的，而所涉及的深度又不過幾百米，那么再往深處，沒有風(fēng)的作用，當(dāng)然就不會有海流，那里只是死水一潭?？蛇@又很難想像，特別是當(dāng)人們了解到海洋的深處也存在著生物之后，更使人相信深層的海水也是流動的，否則怎么能向海洋深部輸送氧氣和養(yǎng)料，以滿足海底生命的需要呢。

接著出現(xiàn)的問題是：海洋深部的海水算什么流動。最容易使人想到的一個(gè)因素是海水的密度。由于溫度和含鹽量(鹽度)不同，海水的密度也不一樣，密度大的海水流向密度小的地方，這樣就形成了與風(fēng)海流相應(yīng)的密度流。

深層海水是怎么流的。早先說法很不一致。由于缺乏實(shí)際觀測資料，一時(shí)難以測定，大家各持己見，誰也說服不了誰。深層海水的流動太微弱了，當(dāng)時(shí)還沒有足夠精密的儀器可以用來測定它們的流速和流向。

進(jìn)入20世紀(jì)以來，科學(xué)家們開始想到采用間接的方法，比如根據(jù)海水密度的大小以及它的水平分布和垂直分布，來分析和追蹤深層海水究竟流向何方和流至多遠(yuǎn)。隨著海洋觀測資料，特別是海洋深層溫度資料的增多，深層海流的研究工作也有了長足的進(jìn)展。海洋學(xué)家斯費(fèi)德魯普和烏斯特等，根據(jù)海流動力學(xué)理論以及對海水溫度、鹽度、溶解氧等資料的分析，提出了更符合實(shí)際的海洋深層環(huán)流模式。

在南極地區(qū)，人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)深入南極大陸的威德爾海。冬季，這里低溫、高鹽的表層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，沿著海底北上，充溢于三大洋的大部分海底，并保持著來自威德爾海的低溫高鹽特性。在大西洋，這種南極“底層水”可以北上到紐芬蘭淺灘；在太平洋，它到達(dá)阿留申群島；在印度洋，它來到孟加拉灣和阿拉伯海。

在北大西洋，人們也找到了一個(gè)高密度海水區(qū)域——挪威海，不過它與大西洋之間有海檻分隔，所以當(dāng)挪威海的下層高密度水越過海檻俯沖溢出時(shí)，會同周圍的海水發(fā)生強(qiáng)烈的混合作用，使其密度降低，不能沉到大西洋底部，而只能位于南極底層水之上的1500米至4000米之間，并向南擴(kuò)散，形成所謂的“深層水”。深層水可以向南越過赤道，進(jìn)入南大西洋，然后圍繞南極大陸流動，來到威德爾海，成為南極底層水的補(bǔ)償流；它也可以繞過好望角進(jìn)入印度洋，再由印度洋進(jìn)入太平洋西部北上，做順時(shí)針回轉(zhuǎn)，越過赤道，從太平洋東部南下，在南極海區(qū)上升，同樣成為南極底層水的補(bǔ)償，從而形成一個(gè)巨大的南北間的海洋深底層環(huán)流。

除了威德爾海和挪威海內(nèi)有海水下沉，其他海區(qū)也有海水“輻聚”下沉，這就是南極輻聚和亞熱帶輻聚。南極輻聚圍繞南極大陸，這里的海水密度不是很大，因而這部分海水只能下沉到800米至1500米的中層，叫做南極中層水，它也像南極底層水一樣自南向北擴(kuò)展，充溢于各大洋的深層水之上。亞熱帶輻聚下沉的海水密度更小，只能沉到表層水之下、中層水之上，稱為上層水。

就這樣，整個(gè)海水被分成了5層：表層、上層、中層、深層、底層。除了表層海流主要是風(fēng)海流，其余各層基本上是密度流。各層海流之間，也像表層海流一樣，首尾相接，連綿不斷，構(gòu)成一個(gè)完整的海洋環(huán)流。

1957年，英國和美國的海洋學(xué)家組織了一次聯(lián)合海洋考察，獲得了許多更直接的證據(jù)，證明深層的海水確實(shí)是這樣流動的，從而推翻了長期以來盛行的大洋環(huán)流的理論。他們主要采用了英國海洋學(xué)家斯瓦洛發(fā)明的特種浮子，適當(dāng)重量的浮子能在預(yù)定深度的海水里漂浮前進(jìn)；根據(jù)它所發(fā)出的超聲波信號，即可得知它的運(yùn)動方向和速度。另外，用它還可同時(shí)進(jìn)行溫度、鹽度以及深度的測量。

各種海流有各自的運(yùn)動方式。1973年，美國發(fā)射的“天空實(shí)驗(yàn)室”航天站上的第一批宇航員，用遙感儀器發(fā)現(xiàn)墨西哥等海岸水流中有大渦旋，接著又在美洲東西海岸，澳大利亞、新西蘭、非洲和夏威夷群島等地的附近海域發(fā)現(xiàn)有大渦旋存在。這些渦旋是海流之間海水交換的渠道，它們大大小小，形形色色，有人稱之為“渦流大觀園”?！皽u流大觀園”的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是20世紀(jì)50年代以來海洋學(xué)的重大進(jìn)展之一。

所有的海水都在一刻不停地運(yùn)動之中，海浪、海潮、海流……海流對地理環(huán)境和人類活動都有重大影響，它是航行的助手，又是旱澇預(yù)報(bào)員和氣候調(diào)節(jié)器。墨西哥暖流像一道巨大無比的暖氣流，橫越大西洋流向寒冷的北冰洋，一路上春意盎然，給極地帶來常年不凍的良港，給高緯地區(qū)帶來暖和的冬天。還有，寒流和暖流交匯的海區(qū)——輻聚區(qū)，營養(yǎng)豐富，水溫溫和，魚蝦匯集，幾乎都是世界上最著名的大漁場。