人们常以为海底是寂静、安宁的,但是多次的研究表明海底深处常常风暴、席卷海底,带起大量沉积物。了解这种扰动的性质可以影响到环境、军事及公共政策的制定。
在传统的印象中,海底给人的感觉是绝对黑暗、寂静。海面三英里以下的巨大压力可以将一泡沫塑料咖啡杯压扁成一个嘎吱嘎吱响的白色环状物。很少有生物体可以从黑暗的海底幸免于难。人们通常可以找到沉积物软层,有条纹的尘埃和碎石小山。看上去好像没什么东西来打扰这深深的大西洋。
而实际上,深海处除了安宁什么都有。海底深处不仅有强流,而且经常有飓风般的力量带起大量的沉积物并形成旋涡,即使海面平静,天空晴朗也是如此,由于发生在海底深处,所以学术上称之为风深海暴风,研究它们的科学家将其描述为实质上的暴风雪。
这些结果是被称之为高能深海边界层试验(HEB BLE)的十年研究计划的最新成果。这项研究由海军研究所发起,基地设在马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)。HEBBLE的科学家已证明过去的唯一一个疑点:北大西洋某些区域的海底每两三个月被深海暴风冲刷一次。
“十年前我们就相信深海处可能有暴风,但是我们不知道他们是持续一天还是一个月。”西雅图华盛顿大学的海洋地理学家,本项目报告《深海沉积拘迁移暴风》的合著者之一Arthur R. M Nowell说。现在海洋地理学家知道深海暴风可持续几天到几个星期,有些情况下要聚集大气层中台风或飓风那样大的力量。这些海底暴风的能量极大,有时足以席卷海底的全部区域。
“我们看到一幅在海底生成的引人注目的软层照片。”Nowell说“但看不出其生成的作用过程。我们猜想那儿一定有能量(运动)的减少,虽然有人坚持说不会有”。“如果有人要在其中找到与大气层中的类似物”,他又说,这些暴风“可能看上去更像一个大锋面系统而不是龙卷风。当锋面作用时,最初有薄云,而后是厚云。海洋比大气层更稳定,层次更分明,因此,这种暴风比之空气中的暴风拉得更长更像一带状,并且范围也要小。”
获得这些暴风的形象感觉是不易的。气象学家可以借助卫星照片建立大气暴风的模型。但卫星探测不到深海的海流。研究人员须通过设在海底的电子传感器传出的信息研究这种暴风。
新斯科舍(加)以东四百五十多英里处,研究器皿knorr轻轻地浮在波浪中,全体工作人员等待着深海仪器出现在充满泡沫的大西洋表面。他们一直工作了30多个小时,通过蓝蓝的海水从这个装置上采集数据,这个仪器已在4800米深的泥泞海底呆了几个月。当钟形监视器浮出海面时,他们又进一步探测更深处的深海綦风,这时,天空是晴朗的。
据深海暴风的报告合著人之一,萨凡那Ga Skidway海洋地理学会的科学家Thomas F Gross说:“就好像我们站在一个地方,看到暴风走近了,持续了5天。”仪器感觉到了水的湍流,速度、混浊、温度、含盐量的变化,然后,暴风隆隆地慢慢消失了。“但是这之后暴风到哪去了呢?”Gross问“它只持续了5天呢?还是持续了100天而我们只观察到5天呢?这个问题很难回答。”令Gross特别感兴趣的是各种各样的暴风。“有些看上去像彩色焰火能持续四个星期。还有的像上下倾斜波动的污水带,移进这个区域然后又消失。
伍兹霍尔老资格的科学家、深海暴风研究项目的主持人Charis D · Hollister相信这种暴风在世界范围内都有发生。他用许多方法证明海洋与一般的大气环流十分相似。他又说:“实际上,深海暴风本身好像是与海平面相联系的。”
“看起来,大海比我们预计的要浓些。”Hollister说“如果你搅动表面,不久海底也会开始旋转,就像茶杯底上的茶叶一样。在广阔的海洋中,海底附近的深海处的水与海平面是不相隔离的。”
大西洋的上空、狂风四起、太阳加热海面,月球产生的万有引力——所有这些因素互相影响产生了巨大的旋流或旋转,可以波及半个大西洋。这些旋流直径有2000英里,产生了复杂的潜流、流动和涡流,然后又产生其他波浪运动。旋转和涡流都能使沉积物流动加快和淤积并产生引起深海暴风的深海流。
由于那些力是由地球的旋转而产生的,这些暴风一般发生在海洋的西部。按照伍兹霍尔的地理学家Nelson Hogg的理论,将这种暴风的产生与大规模的高尔夫流联系起来,高尔夫流是沿北大西洋流向北极的一股强流。在墨西哥的高尔夫、大风和太阳在海水中产生了驱动高尔夫流的温度和盐浓度差。当推向北边时,海流就趋于波动起伏。
当它到处波动时,也使其周围的水运动起来、这就导致了某种深海暴风。”Hogg说“当它们运动时带起了沉积物、看上去像雪一样。大气中与高尔夫流的类似东西是喷气流。……你可在浴盆中做类似的实验。你的手在盆中来回摆动、盐中就会出现波浪。高尔夫流就是这样形成的。在佛罗里达海峡每秒有3000万立方米的水由高尔夫流到北极,相当大一部分是由风和太阳推来的。当你到了新斯科舍附近的HEBBUE基地时,七倍于上述的水在运动、这不是由太阳和风推动,而是由高尔夫流的曲折运动推动的。”
了解深海暴风——他们如何表现,在哪里形成,持续多长时间,有多么猛烈——不只具有学术价值。这些知识与环境决策有重大的关系,如:有毒或放射废料的安置在有害废物管理方面有网个主要策略,Hollisfer说:“一个是消散和稀释,有人使用这个短语稀释是污染的—种解决办法,另一个是控制。为了知道哪里可_垃圾、哪里不可以倒,找出并在地图上标出这些暴风是必要的。”例如,人们不会情愿把放射性废料堆放在已经知道经常要发生深海暴风的区域。
海军也对知道关于深海暴风的情况感兴趣。由于担负着控,制和保卫美国海域的任务,海军在海底安装了监听装置或叫水听器以监视北大西洋深海的情况。海底暴风可能会破坏这个声音监视系统,甚至将海底暴风的噪音与敌人活动的声音混淆起来、使水听器上当。海底结构的变化,也会干扰海军导航系统,这个系统中由于有雷达和声呐“信号”。可以认出一定的海域、暴风扰流中的任何水下区域的剧烈变化都会迷惑舰船和潜艇。
不久要开始的是北加利福尼亚近海的新的观测计划,这个计划称为“大陆架、坡沉积物迁移活动”(STRESS),将集中了解圣 · 弗朗西斯科北部沿大陆架的风浪活动情况。海洋地理学家将使用深海边界实验中的技术于更浅的水域以观察大气中的暴风对当地沿海的影响。
“现在,我们对深海暴风有了一定的了解,我们还想知道影响大陆架上的大气风暴的因素。研究大陆架风暴比研究5000米海下深处具有更重大的经济和军事意义。”Nowell说,他将负责十月份开始的沉积物研究。”直到5、6年以前,我们才有了关于大陆架风推动不稳定流的比较合适的理论模型。现在,有了这些模型◆我们就可以观察他们如何影响大陆架底。我们选择加利福尼亚大陆架作为基地是因为这里是只有猛烈冬季暴风的简单区域。
“在长时间内,我们想找出近海和远海沉积物迁移之间的关系如何。”Nowell说“由于化学物依附于沉积物,所以这个关系很重要。能够预言从深海到近海甚至是到浅滩的迁移路线具有重大的实际意义。军事上,尤其是用于舰船的高频武器系统需要知道当海底变化的时候大陆架变化的声学系统。”
“这些风暴会影响安装在海底的构件的稳定性,不论是石油平台还是矿山。迁移的沉积物还是许多深海生物体的食物,这些生物体许多都是我们喜欢吃的鱼类和海洋生物等食物。”
[Insight,1988年3月28日]