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直到 1853 年,人們才決定要跨國交流洋流的知識,并將這些數據儲存在水文站,如此一來,所有航海國家都可以利用這些資料。這些地圖具有極大的誘惑力,短短的時間內,坊間便出現了有關洋流走向的詳細地圖。有了這些地圖,即使是業余的航海愛好者也可以真正付諸實行。除此之外,航海之所以具有如此大的吸引力,還在于人們可以在航行過程中欣賞到美景。1500 年 4 月,如果葡萄牙航海家卡布羅在前往印度的路上沒有被赤道暖流沖離原來的航線,那么他就不會發現巴西。而對那些友好的土著來說,還有什么比被披盔戴甲的人發現更有意思呢!
今天,正確的洋流知識可以協助我們作預測,比如預測漏油會流向何處,另外還有一個妙處:如果有人因小新沒有把盤子里的東西吃完而恐嚇他說,不吃完東西,天公就要發怒了,那么只會招來聰明的小新的嘲笑。因為小新在學校里學到,只有洋流才能讓天氣變壞。
大海儲存熱量,也傳輸熱量。墨西哥灣暖流從熱帶吸足了熱量,然后把這些熱量送給歐洲,因此人們也把這股暖流稱為歐洲的遠程暖氣。拜這股暖流所賜,在溫暖的夜晚,法國人、西班牙人及德國人可以在露天喝啤酒。寒流則造就了沙漠,非洲西南部的納米比亞和智利北部的阿塔卡馬就是很好的例子。福克蘭寒流在智利,以及本格拉寒流在非洲,都創造了十分惡劣的環境——它們通常在緊貼地面的位置讓溫暖的信風冷卻下來。看一看高低壓地區的特點,我們就能明白冷空氣與暖空氣之間無法進行對流,因為密度高而且潮濕陰冷的空氣層處在下方,冷空氣無法流向上空,也無法凝結成雨,因此無法促成云的形成,這些地區也就不會下雨。于是,一個云霧繚繞的沙漠形成了,沙漠里的霧氣倒是促進了風濕藥的生產。
在長久的歲月中,洋流似乎成了自己的發動機。這么說來,它豈不是永動機了嗎?但如果有一天,所有的力量都互相抵消,這個洋流系統就會停止運行。那時怎么辦呢?當然,風在吹著這輛滿載上躥下跳的乘客的火車,可是,如果有一天風也停了下來,我們又該怎么辦呢?
一場公平的賽跑——科氏力
好,下面我們就要談到科氏力了。
19 世紀 30 年代,法國的物理學家、數學家及工程師賈斯帕-古斯塔夫·科里奧利發現了一個令人驚奇的現象:在北半球,每一個運動的物體都會向右偏移,在南半球則向左偏移。他想知道是什么導致了這種偏移。根據牛頓的慣性定律,他發現問題的答案與地球上最大的陀螺——地球本身有關。
為了理解科氏力,我們得想象一下地球是如何在宇宙中旋轉的,想象它的旋轉會對地球上的人、汽車、網球、空氣分子及水分子產生怎樣的影響。分子在緯度 80°的極地地區跟著地球旋轉,要比在赤道地區時從容得多。
在赤道地區,如果分子想跟上地球自轉的速度,就得使出吃奶的力氣。為什么會這樣呢?我們以運動場上的比賽為例,問題就會豁然開朗了。400 米賽跑永遠激動人心,但是橢圓形的跑道上有一個美麗的錯誤。原則上,占據內跑道的運動員非常占優勢,因為內跑道的長度要比在外跑道短,以此類推,占據最外側跑道的選手需要跑的路程最長,我們一般會建議他還是別跑了。于是為了公平起見,人們就把選手的起始點按階梯式排列,這樣大家就公平了。
地球表面的情況與運動場的跑步比賽類似,當然,地球表面沒有階梯式起跑線。地軸相當于運動場的中心,物體愈靠近地軸,軌道就愈短,離地軸愈遠,跟著地球完成一次完整的轉動(地球自轉一次需 23 小時 56 分 4 秒)就需要走更多的路。為了能在相同時間內完成一次轉動,地球上各個地區的物體都以不同的速度運動。赤道上的物體,比如說空氣分子吧,需要狠狠加油,才能不落后于離地軸較近的分子同胞們。然而它們總會稍微落后一點,因此身在赤道的空氣分子,就會產生一種與地球自轉方向相反的偏向。
這種偏向就被稱為科氏力。北半球的物體運動時會偏向右邊,而在南半球則偏向左邊。海洋表面的洋流會跟著信風的方向走,直到撞上大陸邊緣被彈回大海。而海水愈深,受風的影響就愈弱,但仍然受到科氏力的影響,它會一直偏轉,直到在幾百米深處轉成與海面流向相反的弱流。由此可以看出,洋流才是真正的機會主義者。
如上所述,南北半球的巨大溫鹽環流就是這樣形成的。不管在大環流圈還是在小環流圈,水體都遵守同樣的規律。信不信由你,在南非和芬蘭,浴缸里的水流進出水孔時,會朝不同的方向打轉。一個人由東往西穿越澳洲南部,他的左腳鞋底會比他以相同方向走在西伯利亞時磨損得多,而如果他在西伯利亞,就得提前把右腳的靴子送到修鞋匠那里。對汽車輪胎、鐵路軌道甚至晶體管或玻璃纖維導管使用情況的研究證明,科氏力在納米世界也同樣存在。但英國人總是向左轉而非向右,卻不是因為科氏力,而是由于英國人長久以來的習慣。
也就是說,地球也會影響洋流的運動走向——只要地球繼續乖乖地轉著,這種作用就會持續。
我們很容易把洋流當做一種固定不變的東西。的確,與人類的生活相比,它們要穩定得多,在地質時間軸上,我們不過是滄海一粟。雖然四季風向會改變大洋渦流,使其流向發生一定程度的偏差,但其總體路線(也就是剛剛載著我們環游世界的洋流所經過的路線)似乎是永恒不變的。
很遺憾,這是個錯誤的假設。在地球發展史中,大陸位置的不斷變動已使洋流系統發生根本的改變,各種各樣的因素,諸如冰河期到來、隕石撞擊都能使洋流改變流向。而溫暖的墨西哥灣暖流恰恰屬于整個系統中最脆弱的部分,每隔幾千年就會小睡一會兒——如果我們愿意,也可以通過有效的干涉令它提前入睡。至于電影《后天》中所展現的恐怖場面,我們會在本書的最后一部分進行冷靜的評判。
盡管沒有搭乘我們的漂亮潛艇,漢堡-哈爾堡工業大學的吉澤爾赫·古斯特教授也已經進行了多次千年旅行。坐在這樣的潛艇里,作家可以在紙上的海洋中瀟灑漫游。我們所經歷的那次輕松旅行,古斯特已經多次在想象中體驗過了。在全球溫鹽環流的吸引下,他和自己的團隊組裝了一個機器人,由它代替那些怕冷的教授們潛入洋流中,尋找問題的答案。近年來,人們開始利用流動聲波探測儀和固定探測針跟蹤洋流動向,而古斯特的“自力更生”漂浮器能完成更多任務,這是一種數米長的細窄管筒,上頭帶有球形玻璃推進器。玻璃球能使漂浮器漂浮在洋流中,隨著洋流前進。為了增加它的穩定性,研究人員在漂浮器尾部加上重物。聽起來似乎很簡單,但事實并非如此,在這里古斯特利用了一個非比尋常的原理——水的可壓縮性。
一般說來,液體是不可壓縮的,但是人們依然可以把水體稍微壓縮一下,讓漂浮器隨意上升下降。這個管筒除了有一系列用于導航和測量的電子儀器外,還有一個平衡器,平衡器中有個容量十分精確的容器,其秘訣就在于平衡器里的水可以壓縮。里面的水比正常狀態更重,占據的空間卻更少,也正因為如此,外面的水才可以流進管筒。借助這一招,漂浮器在不改變容量的條件下改變了自身的重量,而這種變化完全不靠外力:管內的水被壓縮后,管筒就會下沉;水恢復原狀,管筒就會上升。下沉,上升,隨心所欲,一切都有程序控制,不用系繩子。這只電子警犬用這種方法可以長年隨著洋流漂流,并通過傳送聲波信號向主人講述它的精彩見聞,人們時刻知道它的位置,而且能根據它提供的數據得知洋流的溫度、速度和流向。當小警犬在南極環流圈東嗅西聞的時候,人們便可以分析大西洋的重要數據。
古斯特和其他許多海洋學家都期待,有朝一日人們能在所有洋流中放置這樣的漂浮器,如此一來我們對溫鹽環流就會更加了解。其實魚類對洋流的認識要比我們深得多,為了準確到達遠在幾千公里外的目的地,魚類會利用洋流的某些規律,就像交通導航系統一樣。但如果想讓魚類傳授點知識給我們,那可有得等了,因為眾所皆知,魚類是不會說話的。