最常见的波浪,全都因风而起。海啸则是地震所造成。海风吹人水面翻起涟漪,涟漪不断堆起。风力把它们越推越高,同时振荡也越来越深。
风浪的大小,受风速、风吹的时间长短、海面阔窄等因素影响。波浪的稳定度,也就是波浪的陡度,决定于波长(前后两个波浪波峰间的距离)。一个波浪如果高度超过其波长约1/7,就要散开,形成白帽浪。在风暴中形成的波涛,高达40~60英尺的,在公海上并不罕见。更高的“滔天巨浪”,也曾有人遇到过。
科学家解释这样的巨浪说,海是许多不同风暴形成的波浪汇集之地。在大海上任何一点看到的波浪,有遥远地区旧风暴形成的涌浪,也有在较近海域产生的涌浪。这些来自不同方向的波浪相遇时,力量不是抵消,就是加强。一个波浪的波峰,往往会吞噬另一个波浪的波谷,二者的力量就互相抵消,在湍流之中呈现一片风平浪静的景象。但是有时候,两个、三个甚至四个波峰会加在一起,在短短一两秒钟内重叠起来形成一个巨浪。
冲上岸边海滩的波浪,一般说来,要比在海洋中的小得多。北美沿海的自记测波仪录得,约有80%的破碎波高度不到4英尺,只有冬天风暴季节的波浪才达到10英尺高。夏威夷欧胡岛的背风面,一向以有拍岸巨浪著称。在那里,能掀起20英尺波浪的涌浪,已经可以写入记录簿了。在北美北部太平洋沿岸一带,冬季的破碎波往往高达35~40英尺,世界各地最高的波浪也不过如此。
波浪为什么有时在离岸还远的地方就破碎了?答案很简单。波浪中能的脉冲底部一碰到海底,整个波浪的动态就大为改变。
站在岬角上观海,可以看到波浪接近海岸时形态和速度怎样改变。首先,波浪碰到海底后,速度就会放慢。接着,在继续向海滩的斜坡滚滚前进时,整个波浪就从水里高高竖起。最后,因为不能支持下去,竖起的波浪就“轰”地一声落下来化为泡沫。波长大因而底部深的巨浪在越过水下的珊瑚礁时会稍起泡沫;底部不深的短浪在越过同一海底障碍时,却一点泡沫也没有。
波浪能远涉重洋,渡过大海。掀起波浪的风一旦平息之后,波浪就不再与风及湍流冲撞,而变为正常状态的“海浪”——在一定的风速下,海洋所起的最大波浪。从此以后,波浪就成了徐徐荡漾的涌浪,横过大海,向遥远的海岸涌去。
海浪威力有多大
海浪让人觉得神秘但美丽,引人遐思,但你是否想过:海浪的威力到底有多大?它的危险性有多大?
1966年,“米盖朗奇罗”号邮船在狂风怒号、浪高30尺的大西洋上航行时,夜里突见一个巨浪渐渐升起。据船长估计,约有60英尺高。巨浪以雷霆万钧之力打到船上,把船首3寸厚的钢板打扁,在桥楼上撞开了一个大洞,冲歪了轮船内部几块舱壁的钢板,还死了3个人。
在浅水的沿岸海底潜水的人,见得到这样的力量:涌浪在上边的海面上经过时,水中的海藻来回摆动。英国的“长涌浪”曾把1磅重的石块,从海底冲进设在水下100英尺深处的捕龙虾用的篓里。爱尔兰西部近岸的海底一带,几百磅重的岩石常被海面的长涌浪打得像保龄球那样滚来滚去。
即使是小浪冲上海滩消散,也放出大量的能。防波堤上的测力计显示,波浪往往以每平方英尺50吨(每平方英寸差不多100磅)的压力向障碍物猛击。有时波涛疯狂施威。俄勒冈海岸曾受到8级风的袭击,波涛掀起一块重135磅的石头,把它抛到空中,落在海拔100英尺的提拉木克灯塔守望人住宅的房顶上,击穿一个直径20英尺的大洞。在苏格兰维克地方,波浪从防波堤把重达2600吨的坚实混凝土块冲走。
海边形成强力回卷的机会通常并不太大。泡沫进溅的破碎波看似一条白水冲上沙滩,其实流上沙滩的水并没有多少。等到这点水追着拍岸浪退回时,又给第二个浪打回沙滩。换句话说,回卷并不能把人冲出海去;最坏也不过是强大的回卷力把人冲倒,使他躺卧在拍岸浪边缘的海水上。
曾有泳者陷身在回卷里,因无法游回岸边而溺毙。这些确有真凭实据的报道又该怎样解释?有时波浪在海滩外面造成一道沙堤,把回卷回流的海水困在这条长沟里。这里的水随后会向旁游,遇到沙堤上的缺口就流返大海去。在缺口流出大海的水,事实上形成了一股强大的海流,叫作“裂流”。这股裂流一旦冲过破波浪,就会流人海消失。裂流和回卷不同,主要区别是裂流很窄,大约只有10~20英尺宽。泳者只要与沙滩平行地游一短程,然后跟着拍岸浪回来就可以躲开裂流。
所以,躺在夏日沙滩上倾听拍岸涛声时,切记不可轻视波浪的威力。不错,平稳时的波浪可以是最好伴侣。如果怒涛汹涌时,在波浪中乱闯,随时可能有50吨重的海水以泰山压顶之势打下来。
海水为什么是咸的
当我们在海里游泳的时候,如果不小心喝了口海水,就会发现它的味道既成又苦,同人们平常饮用的自来水、井水和河水的味道完全不一样。
那么,海水为什么是咸的呢?
这是因为海水里溶解了多种盐类。我们可以做一个试验:盛一盆海水,再盛一盆自来水,把它们放在阳光下晒干,就会发现,自来水晒干后,盆底什么也没留下;但海水晒干后,在盆底却留下了白花花的一层,那就是盐。
海水中究竟含有多少盐呢?据试验,平均每千克海水中约含有35克盐。其中最主要的是氯化钠,即通常所说的食盐,正是因为有大量氯化钠存在,所以海水才有咸味。其次氯化镁、硫酸钙、硫酸镁、溴化镁和硫酸钾等,它们的存在使海水有了苦味。
那么,海里的盐又是来自哪里呢?对于这个问题,现在科学家们还没有达成一致的意见,主要有两种说法:
一种说法认为,最初的海水就是咸的。提出这种说法的科学家经过长期观测海水中盐分的变化,发现随着时间的变化,海水中的盐分并不是增加的。但在地球发展的各个时期中,海水中盐分的数量和成分都是不同的。为什么会产生这种变化呢?人们至今还找不到原因。
另一种说法认为,最初海水中所含的盐分很少,甚至是淡水。而现在的海水中含有很多盐,是因为陆地上岩石、土壤中的盐分受到雨水的浸洗溶解,流入河流,最终流人海洋,经过天长日久的水分蒸发,盐分逐渐积累起来。根据一些观测结果,现在每年经江河流入海洋中的盐分有39亿吨。
可是,人们在古巴东北部不远的大西洋里,却发现了一片直径约30米的淡水区域,来往的船只还常到这里补充淡水呢。这是怎么回事?
原来这里的海底有一个巨大的泉眼,泉水从地层下面能透水的岩层滔滔涌出,每秒钟涌出的水量达到40立方米,咸水被它排开,形成了一个淡水区域。
但是,这些条件。并不是随便什么地方都能恰好具备的,海中有淡水的奇迹终究是罕见的现象。
为什么说海洋是气候的调节器
地球上气候变化的原因非常复杂,最基本、最主要的是大气的受热状况和大气中所含水汽的多少。某地大气热量增多了,人们就会感到热;热量减少了,就会感到冷。同样,某地大气中水汽多了,就潮湿;水汽少了,则干燥。
大气中的热量来自哪里?人们常说,地球上的热量来自太阳。从根本上来说这是对的。但它必须要经过海洋这个“转运站”才能影响气温。因为太阳光辐射是短波辐射,当它通过大气时,大气直接吸收的只有很少一部分,大部分射到地球表面,使地球表面增温。温度增加了以后,地球表面会不断向外发出辐射,这种辐射不发光,只发热,属长波辐射,也称热辐射。大气正好“喜欢”热辐射,容易吸收这种热量,以提高自己的温度。
所以说,大气是从底部开始增温的。占地球表面近71%的海洋,也就成了大气热量的主要供应者;而且海水的热容量要比空气大得多,1立方厘米的海水温度降低1℃所放出的热量,能使3000多立方厘米的空气温度升高1℃。还有海水是透明的液体,太阳辐射可以传到较深的地方,使相当厚的水层贮存热量。假设全球100米厚的表层海水温度降低1,所放出的热量可以使全球大气增温60℃。
所以,海洋长期积蓄的大量热能,使它成了一个巨大的“锅炉”,通过能量的传递,就能不断影响天气和气候的变化。
大气中的水汽,也是主要来自海洋。因为海水蒸发时,大量的水汽会被带人大气,约占地表总蒸发量的84%。每年,海洋约有100厘米厚的水层转化为蒸汽,这100厘米厚的水层相当于36000亿立方米水。这是个多么巨大的数字呀!
综上所述,海洋是大气热量和水汽的主要供应者。大气的热量和水汽的含量与分布,在很大程度上取决于海洋的热状况和蒸发情况。所以,把海洋比作气候调节器一点也不过分。
在海洋调节气候的过程中,海洋里的海流起着非常关键的作用,要是没有它,气候调节器的工作就不那么理想了。如果说海洋是气候调节器,那海流就是调节器的运输管道。
因为在赤道地区,一年到头,太阳辐射都很强,而两极地区则很弱,但因为海流不停地流动,把赤道地区多余的热量,源源不断地运往高纬度、极地海区,并辐射出去,使那里寒冷的气候也能间接享受到太阳的温暖,也使赤道等热带地区不至于过热。
奇异的海底有什么
自从人类第一次怀着忐忑的心情出海后,便一直想了解海洋。他们用迷信的头脑想解释海上发生的灾难,推论说天神故意用暴风雨来折磨他们;海怪把船只攫到海洋深处;船队不小心驶出了地球边缘。人类妄做解释,误把看不见的洋底说成布满沉积物的平地。
直到20世纪以后,科学家们通过探测,才惊讶地发现洋底有山有谷,并不是以前所想像的一片平坦。人们从没想到在未经探测的海底上也有奇景。
洋底可分为3个不同部分:大陆架、大陆斜坡、深海盆地。
大陆架是大陆的延伸部分,地形宽缓,深度最浅。若干国家已同意,大陆架是延伸到海面下200公尺为止,但实际上它有时从水陆的边缘在海中伸出数百英里。大陆架的形状各有不同,有平坦如台地的平原,也有高低不平的地域。
大陆架上尽是岩石、沙粒、泥土、淤泥、黏土和砂砾等沉积物。沙粒尤多,主要是直接从陆地上侵蚀而来的粗沙,被河流、海流、冰、风以及火山爆发的力量送人海中。
大陆架是有阳光射入的浅海域,滋养大量各种动植物。各种藻类及其他海生植物(包括微小的矽藻类),构成浮游植物,是海洋的基本“生产者”。所以这里是海洋生物最多的地方。
大陆地壳止于大陆架向洋底陡降的地点附近。陡降的部分称为大陆斜坡,是深海真正开始的地点。一般来说,斜坡每1英里约下降100~500英尺不等。斜坡上面通常都有一层沉积物,主要是泥土,还有些细沙和少量碎石。
有些地区极陡峻。如沿南美西岸从安第斯山脉顶部到秘鲁至智利海沟底部的陡坡约为4.2万英尺。在这里,从海岸线到海沟边缘之间,没有大陆架那种平缓的斜坡,在不足100英里的水平距离间,便下降了近8英里深。这个斜坡的陡度,使地球上的所有其他大陆斜坡相形见绌。
洋底海沟通常都与大陆斜坡平行。海沟的位置常在一排排活火山附近,地震多在其邻近地区发生,证明深海海沟是有强烈地质活动的地方。难怪最深的洋底海沟都在“火环”周边上。火环是围绕太平洋盆地的活火山地带。目前许多地质学家相信,海是洋底地壳板块因遭大陆板块重叠压在上面而插入地球内部所形成的陷窟。
大陆斜坡继续下降,到达深海盆地,平均深度为1.5万尺。深海盆地占了地球表面的一半。海洋学家估计,太平洋深海盆地地形90%高低不平,与大西洋盆地一般为平坦“深海平原”的情形,恰好相反。
每个深海底都有一条大山岭横贯其间。它们互相连通形成环绕世界的山系,称为“洋底山岭”,长4万英里。许多水下地震都发生在这山岭中线的一条裂谷中。
在海底,还有耸立的大山,现在都淹没在海水中,离海面几千英尺。有些孤立的山峰,从基部隆起达数千尺,称为“海山”;顶部平坦的,则称为“平顶海山”。这些平顶海山都是火山,由炽热的玄武岩熔岩构成。初时,这些火山多半凸出海平面。熄灭后,锥状顶部遭受侵蚀,变成平顶。后来,因为海洋板块伸展、冷却和收缩,海底降低了,使截了顶的火山降到海平面之下。
海底峡谷、山脉及山岭,都影响海水循环。但地质学家至今未能充分了解海沟的成因,也不晓得平顶海山如何被冲平,更不知道洋中裂谷如何触发海底地震……海洋的奥秘,还有待我们慢慢揭开。
人们是怎样知道海底的情况的
在过去,人们一向把大海视为神秘的世界,古代的人们还为海洋编出了许多美丽动人的神话。在现代人看来当然是十分幼稚可笑的。随着现代科学技术的发展,人们已经逐渐了解了海底世界的情况。
那么,人们是怎样了解海底情况的呢?
最初,人们为了从事航行、晒盐、捕鱼等生产活动,在沿海用竹竿、测深锤等测量海洋深度,但这样的测量既费力又费时,而且测得的结果也不一定准确。
20世纪20年代,人们开始采用“回声测深仪”来测量海洋深度。从此,世界海底的测深记录飞速增加。声音在水里的传播速度,接近于每秒1500米,这个仪器就是根据这个原理来测量海深的。
“回声测深仪”在船舶航行中,可以不断向海底发出声音,当声音碰到海底后会立刻反射回来。这样,只要看一下声音来回一次需要多少时间,用这个时间乘以声音在水里传播的速度,再除以2就可以算出海洋的深度了。
如今,这个计算已由计算机操作了,可以把测得的海深直接绘出海深曲线图,即使测量一个万米深渊,也只需要十几秒的时间。除了专门的海洋调查船外,任何船舶只要装上这个仪器,都能测出航线。
根据众多航线上的测深记录和专门调查船的测深记录,经过集中分析,发现海底也像陆地一样,也是崎岖不平的,有高原、山脉、盆地、丘陵、谷地等。
此外,要想了解海水的温度、透明度、水质以及海洋生物的情况,可以采集水样、标本或利用各种仪器来测定。
在浅海,可利用各种采泥器采集各个海区大量的海底沉积物标本,以及钻探得到的海底地质标本,结合附近大陆地质情况,进行综合研究、分析。在深海,现在有一种可以沉到世界上任何深度的潜水探测船,利用机械手采取标本。利用这种探测船还能了解海底生物世界的情况。
观代科学技术的发展,为海底调查提供了更多的现代化仪器,如水下潜望镜、水下电视摄影机、超声波探测装置和各种地球物理设备,使人类对海底情况的了解更方便了。