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散落的橡皮鸭

橡皮鸭是最具标志性的浴缸玩具,它们的使用范围从未超出白色浴缸高高的四周。然而,1992 年 1 月,装载着 28000 只小橡皮鸭的集装箱在从中国香港去往美国的运输途中意外落入大海,这些橡皮鸭因此踏上了一场意外之旅。这些橡皮鸭逸散开来,漂流在海上。然而,这个故事才刚刚开始,它们之后“遭遇”的故事让我们对海洋强大的洋流有了新的认识。

在接下来的 15~20 年,这些鸭子环游了半个世界,它们的征程被科学家和公众记录了下来。据估,自从落入大海以来,它们已经漂浮了超过 27000 千米。在太平洋西北部、美国夏威夷州、美国阿拉斯加州、南美洲、印度尼西亚和澳大利亚的海岸边,都能看到它们的身影。它们甚至飘过了白令海峡,出现在北极的冰雪中。一些从北极出发的橡皮鸭突然出现在大西洋中,最终到达了英国的海滩。

就这样,这些富有冒险精神的沐浴玩具从太平洋中部的一个中枢点出发,陆续造访了七大洲----这就是这个故事的真正意义所在。这些橡皮鸭不可思议的旅程帮助海洋学家进一步了解了不同的洋流。已知橡皮鸭旅程的起点,科学家们绘制了它们之后 20 年里的行程,据此确定了一些洋流的规模以及它们完成一个循环所需的时间。这些信息帮助我们建立了计算机模型,这些模型可以预测鱼类和浮游生物的分布,或者石油大规模泄漏的大概流向。



研究人员称这些鸭子为“友好漂浮物”,它们还提供了有关海洋环流的重要信息。海洋环流是一种大型的循环洋流:特别是从日本延伸到美国阿拉斯加州的北太平洋环流,据说仍有数千只橡皮鸭在阿拉斯加的海浪中沉浮。多亏了这些鸭子,研究人员发现,环流中的洋流需要大约 3 年的时间才能完成一个完整的循环。这项工作也让人们关注到当今海洋面临的严峻问题----塑料垃圾。大量塑料被卷入了这些洋流中,因此,北太平洋环流也被称为北太平洋垃圾带或垃圾游涡。

葡萄牙海岸,一条翻车鲀把漂在水中的塑料袋误认为是水母,正要把它吃下去

涌动的海洋

橡皮鸭的故事也揭示了一个重要的事实----地球上只有一个海洋,而不是四个。举例来说,如果你把脚趾伸进英国康沃尔海岸边的冰冷海水里,就会立刻加入到这个全球循环系统中。在这片唯一的海洋中,海水在一个巨大的洋流网络中不断流动,“友好漂浮物”的海上之旅已经证明了这一点。

如同河流一样,洋流在地球上四处流动,并受到多种力量的驱动:风、海水密度差和潮汐都会对其产生影响。不同洋流的温度差异很大,有些冰冷刺骨,有些温暖宜人;有的洋流流动距离很短,有的却长达数万千米;有些洋流很窄,有些则宽达数百甚至上千千米。许多洋流的强度在一年中都会有所变化。洋流对于海洋乃至整个地球的健康都起到了至关重要的作用。它们影响着海洋中营养物质的分配以及世界气候的稳定。

以墨西哥湾暖流为例,这股温暖的洋流在信风的驱动下,从墨西哥湾出发流向美国东海岸,随后穿过大西洋到达北欧。墨西哥湾暖流是世界上最强大的洋流系统之一,输送的水量相当于陆地河流总量的 30 倍。它将亚热带的温暖海水输送到了北欧。如果没有这股暖流,不列颠群岛冬季的温度会更接近与英国纬度大致相同的加拿大东北部,要比现在冷得多。




从国际空间站向地球望去,加拿大圣劳伦斯湾海面上的漩涡闪烁着阳光

全球传送带从两极开始,促进了全球水循环


作用最大的是那些在海面表层流动和在深海流动的洋流。表层流很大程度上是被风推动的,而风向主要取决于地球自转或者说科里奥利效应。在地转偏向力的作用下,风和洋流会发生偏转:在北半球,风和洋流会向右偏转,在南半球则会向左偏转。另一方面,深海洋流受海水密度差的驱动,主要发端于两极海域。

地球上最重要的水运动是一条被称为“全球传送带”的深海洋流----科学家们称之为“温盐环流”(温即温度,盐即盐度)。这条传送带发起于冰天雪地的两极地区,冰冷、高盐度的极地海水会向深海下沉。这是因为海冰冻结时析出了大部分盐分,增加了周围海水的盐度和密度。当密度较低的海水涌入,取代更咸更重的海水时,一条在全球海洋中循环的洋流就形成了。

这条携带着大量海水的洋流在深海和浅海之间流动。它输送的水流量是亚马孙河的 100 多倍。据说地球上的每一滴海水都会经过这条传送带,不过流速非常缓慢。科学家们估计,流速为每秒几厘米的洋流完成一个完整的循环需要长达 1000 年的时间。在这个旅程中,这条洋流会运输热量、营养物质以及二氧化碳等溶解气体,是地球上当之无愧的生命维持系统之一。

漂流者

任何曾在远洋上航行,或者不幸遭遇船只失事而任由海风和洋流摆布的人都知道,这片海洋的大部分区域都是一望无际的“蓝色荒漠”。你可能在远洋上航行数百千米都看不到任何生物。生命的维持依赖于营养物质,而是否存在营养物质很大程度上取决于是否存在洋流。简单来说,有洋流的地方就有生命。

许多小型海洋生物终其一生或者大部分时间都在洋流中漂流。海龟就是一个典型。刚孵化的小海龟, 在它们生命的第一阶段,通常会进入面前任意一条洋流,随之漂流。欧洲鳗鱼也是如此,不过它们的旅程背负了更多使命。这些鳗鱼来自大西洋中部的马尾藻海(包含百慕大三角区),孵化之后不久,它们就会搭上墨西哥湾暖流的顺风车。

一只刚孵化的绿海龟离开了巢赴,前往阿拉伯湾的深水区



鳗鱼幼体将在这股巨大的洋流中漂流数千千米,一路来到英国和欧洲大陆,然后进入上游河流,在那里度过它们成年后的大部分时光。它们非常依赖墨西哥湾暖流和其他表层洋流,这些洋流最轻微的方向和流速变化都可能对鳗鱼的数量产生重大且往往是负面的影响。研究表明,鳗鱼的数量正呈稳步下降的趋势。人们认为是气候变化对墨西哥湾暖流产生了长远的影响,从而影响了鳗鱼的数量。

一群欧洲鳗鱼向下游游去

海洋中最重要的漂流者其实是浮游生物。数量最多的是浮游植物,比如硅藻和鞭毛藻。这些微小的海洋藻类漂浮在波光粼粼的海面上,和陆生植物一样,它们含有吸收阳光的叶绿素,通过光合作用将阳光转化为能量。目前已经发现的浮游植物的种类共计超过 4 万种,这些小生物制造的氧气比地球上所有森林产生的氧气加在一起还要多。




这种深海片脚甲壳类动物是一种凶猛的捕食者,它以樽海鞘、管水母和水母为食,它甚至可以藏在它们的胶状外壳中,将其充当“保护桶”



鞭毛藻依靠鞭状尾部在水中游动,但是它们的体型太小,只能在海洋中随波逐流。洋流对于浮游植物的重要性还体现在另一个方面。除了阳光,洋流从海底带来的营养物质是浮游植物另一个重要能量来源。在理想环境中,浮游植物能以惊人的数量繁殖,把海洋变成一片绿色。

硅藻:一种最常见的浮游植物

它们死亡时会与无数其他有机物颗粒组成海洋雪,一起沉入海底。这些颗粒可能需要长达 30 年的时间才能到达海洋的最深处,形成肥沃的沉积物海床,这是海洋营养循环的基础。寒冷的上升流会把这些营养物质带回到海面,为大量浮游生物提供养料,然后重启整个循环过程。