地理科普:带你认识我们的家园-行星地球 38. 海水的运动

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地球十分之七的表面积被海洋覆盖,所以宇航员眼中的地球是颗蔚蓝色的“水球”。海洋除了是水循环的源头,源源不断地为陆地补充淡水资源之外,其水体本身也处在不断运动之中。海水的运动形式主要有三种,波浪、潮汐、洋流

海水中的水分子在其平衡位置附近上下波动的现象叫作波浪。如果我们向水面平静的小池塘里扔一颗小石子,一圈圈水波就会从小石子落水的地方向四周荡漾开来,波纹在向岸边移动,但水分子并没有全部涌向岸边,它们只在自己原来位置的附近上下波动,以这种形式来消耗和传递能量。海中的波浪与此类似,只不过浪头更大更猛烈。有风时形成的波浪也叫风浪;无风时,海水仍然在惯性作用下继续波动,或者波浪从有风的地方运动到无风的地方,这种波浪叫作涌浪。所谓“无风三尺浪”说的正是涌浪。

波浪越靠近岸边,因为海岸的阻挡不断积累能量,浪头会变得越来越高。这是因为,当海水变得越来越浅,波浪底部受到海底沙石的摩擦而速度减慢,波浪上层却还保持着较快的运动速度,使得波浪上层在惯性作用下向岸边卷曲、长高、倾斜,最终摔碎在沙滩或岩石上。

海岸附近的波浪蕴藏着巨大的能量,波浪能就像太阳能、水能、风能等天然能源一样,清洁无污染而且可再生,能够用来发电。但这些能源共同的缺点就是不稳定,波浪本身还有惊人的破坏力,要想充分利用波浪等天然能源,还需要投入更多的研究。

潮汐是由于太阳和月亮对地球的引力而引起的海水周期性涨落的现象。潮汐可以被准确地预测,一般每天出现两次涨落,我们把白天出现的潮水涨落现象称为“潮”,夜晚的则为“汐”。当太阳、地球和月球位于同一条直线上时,太阳和月亮的引潮力联合起来,产生大潮,大潮一般在农历初一和十五,此时,潮水涨落幅度达到最大。当日地月三者连线呈直角时,太阳与月亮的引潮力相互影响,产生小潮,一般在农历初七、二十二前后,潮水涨落幅度小。

著名的钱塘江大潮发生在农历八月十五到八月十八,此时,日地月三个天体大致位于同一直线,引潮力达到最大,海岸边的东南风与潮流前进的方向一致,加强了潮势,助力了额高潮的形成,再加上钱塘江喇叭口的地形,江面宽度由海洋向内陆急剧缩小,奔涌而来的潮水受越来越窄的堤岸限制,只能向上叠起,潮头一浪高过一浪,"滔天浊浪排空来,翻江倒海山为摧",景象蔚为壮观,中秋佳节观潮已经成为当地的重要习俗。 

与波浪一样,潮汐现象也蕴藏着巨大的天然能量,人类可以开发潮汐能来发电。潮汐发电的基本原理跟普通江河上的水力发电类似,将高潮时的水截住,利用水位落差的势能来带动发电机运转。世界上已经建成了几座潮汐发电站,如加拿大安纳波利斯潮汐电站,法国朗斯潮汐电站,中国浙江温岭江厦潮汐电站等。只不过潮汐的水位落差远不如江河中水的落差大,潮汐能能量密度小,而且是间歇性存在的,其全面有效的开发利用还存在一些困难。

洋流也是重要的海水运动形式,并且它的规模和涉及的地理空间范围更加广阔。洋流是海洋中的表层海水在盛行风的吹拂下进行大规模流动的现象。洋流由水温高的海域流向水温低的海域叫作暖流,暖流一般从低纬度向高纬度流;由水温低的海域流向水温高的海域叫作寒流,寒流大多从高纬度流向较低纬度。

在寒流与暖流交汇的地方,密度较低的温暖海水会被密度较高的冷海水抬升,类似于冷暖气团相遇时形成锋面,冷暖海水相遇致使大量海水携带着浮游生物上升到海洋表面,浮游生物是鱼类的饵料,加上暖水鱼类和冷水鱼类汇集,寒暖流交汇处往往形成世界著名的大渔场,例如日本暖流与千岛寒流交汇处的北海道渔场,加拿大东部由墨西哥湾暖流与拉布拉多寒流交汇形成的纽芬兰渔场,以及英国附近由北大西洋暖流与北冰洋沿岸流过来的冷海水交汇形成的北海渔场等。

此外,寒流和暖流还会影响沿岸的气候类型和气候特征,寒流对沿岸气候起到降温减湿的作用,热带沙漠气候之所以主要分布在大陆内部和西海岸,就是因为低纬度大陆西岸往往有寒流经过,致使附近海岸虽然距海很近,但气候仍然很干燥。暖流对气候的作用是增温增湿,西欧温和湿润的温带海洋性气候就深受北大西洋暖流的影响。

洋流除了影响渔场和气候的形成,还广泛影响地球上的各圈层和各纬度之间的热量输送,对维持全球热量平衡起到重要作用。


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