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跌宕奔腾的海底瀑布

 大科技杂志社 2022-06-10 发布于海南

北极深海奇遇

  20世纪60年代,瑞士海洋学家、工程师雅克·皮卡德乘坐自己研发的深海潜水器下潜到北极附近的海域。

  这是一趟奇妙的旅程,皮卡德借着深潜器的灯光观察着海中的情形,突然,他看到前方的水变得有点浑浊,白色的气泡在水中翻滚,看起来就像是海水中出现了一条湍急的大河。还没等他反应过来,深潜器就被吸了过去,被水流带着向前移动了几十米,并随着水流向下落去。皮卡德完全不能控制深潜器,只能“随波逐流”,转眼间,深潜器已经从几百米深的海底落到了几千米深的海底。

  皮卡德回来后,便将他的奇遇告诉了众人,这引起了其他海洋科学家的好奇。1967年,美国伍兹霍尔大学的研究人员在皮卡德下潜的附近海域放置了30个测流仪,用于测量海水流速,但是由于水流速度太快,其中的20个仪表被水冲坏了。通过对剩余的10个仪表显示的数据进行分析,研究人员认为,在距海面约200米之下的海底,有一条从北向南流动的流速极快的“大河”。更奇特的是,这条“大河”由于海底地形的落差,竟然像瀑布一样从海面下200米深的位置直落到3700米深的海底,形成一座落差约达3500米的海底瀑布。据估计,这座瀑布每秒有超过500万立方米水冲下“悬崖”。由于它位于丹麦海峡的下方,因此被称为“丹麦海峡瀑布”。

  相比之下,被誉为世界上落差最大的委内瑞拉天使瀑布(落差979米)和平均流速最大的巴西-巴拉圭边境的瓜伊拉瀑布(流速每秒约1.3万立方米)显得相形见绌。即使每秒向大西洋注入20万立方米水的亚马孙河在丹麦海峡瀑布面前也是小巫见大巫。

  丹麦海峡瀑布颠覆了瀑布在我们印象中“飞流直下三千尺”的模样。但是这座看不见、听不到的瀑布让人困惑,海底怎么会形成如此雄壮的瀑布的呢?

  无声的瀑布在海底

  早在19世纪70年代,海洋科学家就知道海底也有瀑布,但是由于没有合适的研究设备,因此一直无法开展研究,直到20世纪60年代,随着科学技术的发展,科学家们才有机会通过测量海水温度、流速,以及海水中特定元素的含量等数据,来对这种奇特的现象进行研究。1972年,研究人员就是通过测量海洋不同深度的特定元素含量,来判断出丹麦海峡瀑布的落差。

  几十年来,海洋科学家对海底瀑布进行了不少的研究,虽然对这种海底奇观并未完全了解,但是他们已经能大致为我们描述海底瀑布是如何形成的了。简单来说,海底瀑布的形成与陆地上的瀑布相似,也需要有一定高度的悬崖峭壁和奔流的河水。在海洋中,洋底与陆地上一样,有高低起伏。而海中的“河流”则是因为海水存在密度(与海水的温度和盐度有关)差,当一股海水的密度比周围的海水密度大时,这股海水就会将自己“孤立”起来,形成一条海中的河流。

  如果具备了峭壁和河流,那么海底瀑布就有可能形成。以丹麦海峡瀑布为例,在这里,来自格陵兰海的海水从宽阔海域流入海峡,水流速加快。由于格陵兰海的海水温度较低,因此形成一条相对独立的“河流”。在即将出海峡的位置,海峡不仅变得更窄,而且那里还横着冰岛-格陵兰海岭,这就为丹麦海峡瀑布提供了快速流动的水和峭壁。这样的地形就使得来自格陵兰海的“河流”需要从狭窄的海峡口冲出去,并从冰岛-格陵兰海岭落下,从而形成瀑布。

  但是,不要以为海底瀑布落到海底之后就结束了,研究人员发现,海底瀑布在奔涌前进的过程中会不断将周围的水“拉”入它的队伍,使自己的体积不断增大。因此它能维持一定的流量和一定的流速向前流动。

  事实上,海底瀑布并不罕见。几十年来,研究人员仅在大西洋就发现了6处海底瀑布,除了丹麦海峡瀑布,其他的还有冰岛法罗群岛瀑布、塞阿拉深海平原瀑布、费尔奇纳冰架瀑布、南设德兰群岛瀑布,以及直布罗陀海峡瀑布。

  这些海底瀑布不仅奇特,而且在海洋中充当着重要的角色。

  海底中的运输线

  事实上,海底瀑布是洋流的一部分,它们在海洋中具有调节沿途地区气候的作用。我们都知道,洋流可以调节途径地区的气温。就拿丹麦海峡瀑布来说,研究显示,丹麦海峡瀑布的“河水”能从极地到达赤道,为赤道带去凉爽。

  除此之外,海底瀑布还充当着海底“物资”的高速运输线。比如在南极洲附近的南设德兰群岛海域,海底瀑布就是磷虾的高速交通工具。磷虾通常聚集在南极洲附近的南设德兰群岛附近产卵,这里靠近向东流淌的巨大的南极环极洋流。然而,生物学家发现,磷虾卵并没有被南极环极洋流带到产卵地东边,而是莫名其妙地出现在了磷虾产卵地以西几百千米的地方。磷虾卵是如何逆流而行的呢?经过研究,生物学家们发现,磷虾会将卵产在海面之下约50米深的地方,但是在孵化前,这些卵会下沉到1000米左右的水下。他们认为,这将使磷虾卵完美地躲过了在洋面附近活跃的南极环极洋流,而落入向西流动的南设德兰群岛海底瀑布。这样一来,磷虾卵就会被海底瀑布运到更适宜孵化的西边,并在那里孵化。

  不仅是磷虾,其他的海洋生物、海洋中的营养物质也能随着海底瀑布到达其他海域。可以说,海底瀑布影响着海洋生态环境。

  然而,随着全球气候变暖,海底瀑布正在逐渐失去活力。如果气温继续升高,未来,一些海底瀑布可能会消失。这对于依赖这些海底瀑布来维系海洋盐度和温度平衡的海域的环境自然会造成伤害,而生活在那里的海洋生物可能会因此减少,甚至灭绝。这对于深海捕捞行业的人来说,可能是个坏消息。

  要保护这些海洋中重要的运输线,保护海洋环境,现在就开始减少温室气体的排放,爱护我们的地球环境,或许还为时不晚。

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