南半球盛行的西风带促成了南极环流的形成。在强劲西风的作用下,产生了强大的风海流。由于这股海流环绕着南极大陆,在南纬35°—65°的海域流动,所以被称为南极环流。南极环流对太平洋、大西洋和印度洋的深层水混合起着重要作用,它又把这三大洋的水连成一体,堪称世界海洋中的最强海流之一。同时,它对世界气候也产生了非常重大的影响。
升降流
上升流往往发生在近岸海域,由于风海流运动时使表层海水离开海岸,这引起近海岸的下层海水上升,形成了上升流;而远离海岸处的海水则下降,形成了下降流。上升流和下降流合在一起被称为升降流,它和水平海流一起构成了海洋总环流。上升流在上升的过程中,把深水区的大量营养物质带到了表层,这为浮游生物提供了丰富的养料,而浮游生物又为鱼类提供了饵料。因此,许多著名的渔场多分布在上升流很显著的海域一秘鲁渔场的形成就与该海域的上升流密不可分。
地中海升降流
地中海处于欧洲、亚洲、非洲三块大陆包围之中,人们发现:大西洋海水成年累月注人地中海中,却不见流出,也不见海水增力,这着实令人费解。后来,科学家发现了地中海密度流,才知道地中海与大西洋之间的海水相互交换的方式。原来,温度较高、密度较小的大西洋海水从表层进人地中海;而温度较低、密度较大的地中海海水则从海洋底层流向大西洋。这一进一出,使地中海水量保持了平衡。直布罗陀海峡是大西洋与地中海相通的狭窄通道,当滔滔的大西洋海水急速流经海格利斯神柱附近时,由于地理环境特殊形成漩涡、急流,一不小0,小型船只便会因掉进“无底洞”而“粉身碎骨”。在探险家大胆冲出直布罗陀海峡之前,地中海沿岸国家的绝大多数航船不敢冒失地驶人地海。
奔腾的海流
很久很久以前,美国旧金山市有一个童工,他在海滨浴场拾到一只瓶子,其中有张纸条写着:“我的遗嘱:将我的遗产平分给拾到瓶子的走运人和我的保护人巴里·科辛。”这是哪里来的东西呢?经调查得知,写遗嘱的人是英国一个拥有12亿美元财产的资本家,瓶子从英国怎么会漂洋过海到达美国呢?
一百多年前,美国探险船“珍尼特号”探险北冰洋,刚出白令海峡就遭冰块挟持,漂流到东西伯利亚海上,最后被压碎。船员有的葬身海底,有的到了西伯利亚岸边。但奇怪的是,“珍尼特号”破碎的残物和船上的生活用品,却漂到几千里以外,出现在大西洋格陵兰岸边的冰块上,这又是怎么一回事呢?
大洋中新形成的岛屿,开始时无任何生命迹象,但是过了几年,岛上草木繁盛,并出现蛇、蜥蜴等动物,这些生物是从哪儿来的呢?天上掉下来的吗?美国海洋学家富兰克林也碰到了一个难题:美国轮船横越大西洋,通常比英国船大洋个,这是道?
原来海洋中有条条“大河”,它们比长江、黄河还要大。“珍尼特号”的残物是由一条自东向西的“河流”把它从太平洋带过北冰洋,到达大西洋北部的;岛上的生命是因为“河流”从遥远的地方带来了植物种子,动物幼卵,使它们在岛上生根、开花和繁殖后代。至于美国轮船航行快是因为船长利用了时速为4.8千米的“河流”的缘故。
这种河流跟陆上河流一样,沿着一条比较固定的路线流动着,长度有几千千米的,甚至上万千米的(宽度从几千米到几百千米,深度从几百米到上千米;流速一般是每小时几千米,快的达到九千米,越深流速越慢。
人们不禁要问,这么大的河流怎么看不到呢?原来,陆上的河流有河岸做参照物,人们一眼就能看到了。但海洋“河流”的岸边仍是海水,所以用眼就不容易看到。这种河流处于海洋中,故把它叫做海流或洋流。
那么,海洋中的海流又是怎样形成的呢它是风吹拂海面引起的。风对海面的摩擦力,以及风对海浪迎风面所施加的压力,迫使海水向前移动,从而形成了风海流。表面海水在风力作用下,沿着风的方向流动,紧靠着表面的下层海水也将一起流动。不过,由于地球自转偏向力和摩擦力的作用,流动方向会产生偏向。在北半球,表面的流向偏于风向右面45°。从表面往下,由于继续受到摩擦力和地转偏向力的作用,其流向与表面风向之间的偏夹角越来越大,到了某一深度,其流向终将与表面流向相反。海流的速度,则随着深度的加大而减小,在流向刚好与表面流相反的深度上,其速度只有表面流速的1/23左右。这一深度作为风海流的底边界,再向下就没有风海流了。一般说来,风海流所能涉及的深度是不大的,为200—300米,这个深度和大洋整个深度比起来,只能算是很薄的水层。
不过200米以内的浅海风海流,由于海岸、海底的摩擦作用,表面流向与风向的夹角很小,而且随深度的变化比较缓慢。海的深度愈浅,偏角愈小,在深度很小的海区内,风海流的方向几乎与风向一致。
既然风可以形成海流,那么地球上风的情况如何呢?
由于地球上各地气温高低不同,这样就形成了各种气压带。在赤道和低X度地区,气温高、空气受热膨胀上升,这样就形成了赤道低气压带;而两极地区的气温低,寒冷而稍重的空气下沉,形成了极地高气压带。同样,地球上还有副热带高气压带、副极地低气压带。它们之间相互流动构成了一个环,由于受地球自转偏向力的影响,形成了赤道无风带、信风带、西风带和极地东风带。
在赤道附近到大约南纬5°之间的地区,太阳终年直射或近于直射,气温高,空气膨胀上升,地面出现了赤道低气压带。这里空气平流作用微弱,风力极小,形成赤道无风带。赤道空气膨胀上升了,其高空气压高于附近上空气压,于是向两边流动。由于地转偏向力的影响,到了南°C纬30°附近,气流不再前进而发生大量堆积与下沉,形成了副热带高气压带。这里空气又分向南北两边流动,流向赤道低压带的气流在地球自转偏向力的影响下,北半球的北风向右偏转成东北信风,南半球的南风向左偏转成东南信风,两种信风所在地就形成信风带;流向副极地低气压带的气流,由于地球自转偏向力的影响,北半球与南半球的北风到了纬度40°—60°都偏转成西风,这个地区形成西风带。南北两极附近所得到的太阳辐射能特别少,那里的气温特别低,空气密度很大,因而形成了极地高气压带,从这里吹向副极地低气压带的风,受到地球自转偏向力的影响,都偏转成极地东风,形成极地东风带。
既然风有流向一定向风,自然要推着海水跑起来了一定向流。但是却不要忘记“地球自转偏向力”,海水一旦被风推动,开始流动,这个力就起作用了,它总是把海流扭转,在北半球偏到风向的右方,在南半球偏到风向的左方。北半球的东北信风和南半球的东南信风,把海水推动起来造成宽达几百千米的南北赤道暖流,在赤道无风带,夹在南北赤道暖流之间的是一条窄小的赤道流。
在菲律宾附近,北赤道暖流北上形成世界闻名的“黑潮”。这股势力强大的暖流,给亚洲东岸带来丰富的雨水、温暖的空气和肥美的鱼虾。由于地球自转偏向力的影响,“黑潮”到达日本群岛东南之后,在北纬40°—50°的水域进人西风带。西风迫使它向东流动,形成西风漂流或太平洋海流。
当它碰到北美大陆时,分出一股“小部队”上,而“主力部队”则顺势南下。由于已经在西风漂流阶段失去了热量’使它成为一股“寒流”一“加利福尼亚寒流”,补偿了北赤道暖流带走的海水,同时又与北赤道暖流衔接起来,这样,就构成了北太平洋顺时针方向的环流。
再说那支°C上的“小部队”,向北绕到阿留申群岛,一直把温暖的海水送给北冰洋。这时,在北极极地东风的推动下,一个逆时针方向的海流在北冰洋里转动着,形成北太平洋寒流。碰上亚洲陆地后,沿堪察加半岛南下,成为亲潮或千岛寒流。亲潮南下不断地把冷海水从北冰洋带人太平洋。由于它的水温低,密度大,在与西风漂流相遇时,一部分潜人西风漂流之下,另一部分跟随西风漂流向东流,因而在高纬和极地附近,形成一个水温较低的冷水环流系统。
同样道理,在南太平洋里,有南赤道暖流、澳大利亚暖流、秘鲁寒流和西风漂流构成的反时针方向的温水环流系统。
风吹在海上推动着表层海水流动,但并不是那里的海水上下一齐以同样的速度流动。不难想象越向深处,风的作用就越小,风海流的流速随着深度的增加而减小,在摩擦力和地转偏向力的影响下,海流的流向和风向的夹角越往深处越大,在一定的深度就出现相反的流向。
风把一个地方的海水带走了,邻近的海水就要来补充,这种为了补偿流失而流来的大量海水,就是“补偿流”。补偿流可以是水平流动,也可能是深层海水的上升运动一上升流。
上升流来自100—300米的深度上,上升的速度非常缓慢。速度虽小,但其作用却不可低估。它源源不断地把营养盐输向表层,使得海水格夕肥沃。
据调查,上升流地区的生产力比大洋的其他海区高得多。高生产力导致浮游生物大量繁殖,又为鱼类提供了丰富的饵料,所以上升流区也是重要的渔场。
例如秘鲁渔场,就是处在上升流区,因此,形成了世界第一大渔场,每年能捕到1100万吨鱼。
由于某一海区的增水,或者是下雨,或者是大量的河水注人,这里的水面就会增高些。“水往低处流”,就会产生“倾斜流”。气压的变化也会使得海面倾斜,气压高的海区,海面会低一些,这样气压低的海区里的海水就要向低处流动了。
海洋里海水的密度各地不同,上下有别。密度大的海区里海水要比密度小的海区里海水低一点,海水就会从密度小的海区向密度大的海区里流动了。由于密度水平差异而产生的海流,称为“密度流”。
当海水涨潮时,会出现涨潮流,落潮时又会出现落潮流。它们来回方向相反,流速也不同,这叫“潮流”。它们在海流的家族里也占着一定重要位置。因为潮汐总是涨了又落,落了又涨,因而潮流具有周期性,特别是在浅海近岸处,潮流的影响就更明显。
这里我们特别要提一下,印度洋里海流的情况。印度洋北部面积小,不利于环流的发展。另外,印度洋是世界上季风最显著的地区,夏季盛行西南季风,海水运动趋势呈东西一东°C方向,形成西南季风流。冬季盛行东°C季风,在东北季风的作用下,海水向西和西南方向流动,称风流。
中国古代航海家在远航南亚、西亚和东非时总是选择在冬春出航,夏秋返航,就是为了利用北印度洋海流的这一规律性。南印度洋在南纬10°以南与大西洋、太平洋南部相似,形成了反时针方向的大洋环流系统。
总之,海流可以说有这样几种:风海流、补偿流、倾斜流、密度流、潮流,从它们的温度上可分为寒流和暖流。暖寒流交汇的水域可形成渔场,例如北大西洋的暖流和北冰洋南下的寒流交汇的海域,从北海、挪威海一直延伸到斯匹次卑尔根群岛的海流,形成了北大西洋渔场,即J匕海渔场。这里盛产鳕鱼、緋、和。
这里,湾流值得单独说一说,它是北大西洋西部最强大的暖流,势力强盛,每小时有高达8千米的速度,宽度为110—120千米,最大深度可达800米,所挟水量每分钟有40亿吨之多,千倍于密西西比河的流量,表层水温约27°C,温度向北递减。
湾流像条巨大的、永不停息的暖水管,以巨大的热量温暖着所流经地区的空气。西欧和北欧沿海地区,在它的温暖下成为暖湿的海洋性气候。据估计,湾流每年供给北欧1厘米长海岸线的热量,大约相当于600吨煤的热量。
这些热量使欧洲西北部的气候温和,在冬季最冷的月份,那里的平均气温也要比同纬度其他地区的平均气温高出16—20°C。在欧洲°C冰洋沿岸,g使是亚寒带地区的港湾也能保持终年不冻,苏联摩尔曼斯克一月平均气温在11°C以上就是湾流的功劳。
海流的运动是相当复杂的,即使在同一海域里,也并不是只有一种海流存在,而是好几种海流同时存在。此外,又受沿海陆地和岛屿的阻隔、海底地形的起伏、气象变化等因素的影响,这样就构成了同一海域海流的多样性。
但是在一定的时间、空间里总有占主导地位的海流。为了了解它们的状况,就需要做详尽的观测,绘制出海流图来。
这里所说的海流图只是海洋表层的海流情况,那么在几千米的深处是否也存在海流?经过多次海洋调查,人们逐渐认识到,在表层流之下,也存在着多层次的海流。它们是由海水密度不同引起的。比如说南极水域、亚热带水域。由于这个海区的降水量大大地超过蒸发量,所以底层水有明显的低盐特征,虽然这里的盐度很低,但是温度也比较低,因而比表层水有更大的密度,所以它在表层水之下形成了中层流。大西洋挪威海海水下沉形成了深层流,南极威德尔海的海水下形成了底流。
当然底层海流流动是很慢的,有人估计,南极底层水流到赤道就要花1500年,而大洋表层流循环一周只需一年时间。
暧流与寒流
在地图上,科学家用不同的颜色标示海流,这是因为海流有冷暖之分:冷的叫做寒流,因其海水温度低于所流过海区海水的温度而得名,它的流向特点是由地球两极附近的高纬度海区流出,流向低纬度海区;反之,暖的洋流称为暖流,它所“携带”的海水温度高于流过海区的海水,流向特点是由赤道附近的低纬度海区,流向高纬度海区。由于地理环境等因素的影响,海流不像河流那样稳定、长久,而是时常变化的。所以,不论是暖流,还是寒流,都是相对而言的。
它们对流经海区和附近的陆地气候会产生很大影响,从而直接影响人类的生产和生活。
黒潮暖流
黑潮位于北太平洋西部,它如一条巨河般强劲无比,由南向b,昼夜不停地滚滚流动着。由于黑潮是由北赤道流转化而成的,所以它具有较高的水温和盐度,即使是在冬季,它的表层水温也不低于20°c,所以被人们称为黑潮暖流。黑潮的流速为3—10千米/小时,流量约3000万立方米/秒,这比我国第一大河一长江的流量要高近千倍以上。
秘m寒流
秘鲁寒流是世界上行程最长的寒流。它从南纬45°开始,顺着南美大陆西海岸向北奔流,一直到达赤道附近的加拉帕戈斯群岛海域附近消失,全程约为4600千米。秘鲁寒流的流速并不大,一昼夜约6海里,水温在15—19°C,比流经海区的海水温度要低7—10°C。这股强大的寒流在智利附近海区的平均宽度约为100海里,流到秘鲁附近海区时其宽度达到250海里。秘鲁海域非常有利于浮游生物大量繁殖,为喜寒性鱼类提供了充足的饵料,因此在这里形成了世界上最著名的秘鲁大渔场。
墨西哥暖流