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海水“粘”船之謎

來源:網(wǎng)絡 2009-07-02 15:20:49

智能內(nèi)容

  100多年前,在大西洋西北洋面上,有一艘漁船正在進行捕撈作業(yè)。漁船把網(wǎng)撒到海里,便拖著漁網(wǎng)前進。突然,船速明顯降低,仿佛從沙灘上奔向大海的人一下水就走不動似的。

  船員們大吃一驚,腦海里立刻閃出一系列海怪的傳說,莫非自己的船被海怪攫住了?植栏辛⒖袒\罩全船。

  船長命令全速前進?墒侨螒{機器怎么吼.螺旋槳怎么轉(zhuǎn)。這船卻一步也不能移動了。會不會是漁網(wǎng)拖住了什么東西?船長下令:“收網(wǎng)!’t船員們拼命地往上拉漁網(wǎng)。可是,越拉,大家越害怕:從來都是撒開的漁網(wǎng),今天卻被卷成長長的一縷,仿佛有一只巨手扯著漁網(wǎng)。要把漁船拖向可怕的深淵。 “棄網(wǎng)!”船長膽怯地下令。

  船員們操起斧頭。三下兩下就把漁網(wǎng)砍斷了。然而,這一切都無濟于事,漁船仿佛被粘性無窮的膠水粘住了,一點也動彈不了。

  船員們驚恐萬狀,有的祈禱上帝保佑,有的哀求海怪寬恕 正當船員們絕望的時候,突然有人發(fā)現(xiàn)漁船開始動彈了,起先是慢慢移動。接著越來越快.終于脫離了這個令人恐怖的地方。

  漁船返港了。船員們向親人訴說著這次奇遇。可船為什么會被海水“粘”住?他們除了解釋是海怪作祟外。誰也說不清到底是怎么回事。

  無獨有偶,海水“粘”船的事也被挪威著名探險家南森遇到了。

  自小就立志做一個北極探險者的南森,為了證實北冰洋里有一條向西的海流經(jīng)過北極再流到格陵蘭島的東岸,不顧親人的勸阻,設計制造了一條沒有龍骨、沒有機器的漂流船。這條船好像切成兩半的椰子殼,船壁堅厚。船頭上伸出一根又粗又硬的長角。南森給船命名為“弗雷姆”號,翻譯成中文就是“前進”號。

  1893年6月19日,南森率船從奧斯陸港出發(fā)向北極方向駛?cè)ァ?月29日,當船行駛到俄國喀拉海的泰梅爾半島沿岸時,突然走不動了,船被海水“粘”住了。

  頓時,船上一片混亂,有的人在絕望地呻吟,有的在祈禱: “死水,死亡之水呀,我們就要葬身在這里了,上帝救救我們吧!”

  畢竟是探險家,南森卻沒有一絲驚慌的表情。他環(huán)視了海面,只見四周風平浪靜,離岸也很遠,不是擱淺,也沒有觸礁。那么,問題出在哪里呢?南森想,可能就是碰上傳說中的 “死水”了。他認真測量了不同深度的海水,記錄下了觀測的結(jié)果。

  船員們對南森的行動不解.有人問。“隊長,你在海水里測了半天,這到底是怎么回事?海水里有海怪嗎?”

  南森回答道:“不是海怪作祟。這‘死水’的奧秘總有一天會弄明白的。”

  不一會兒,海上刮起了風,“弗雷姆”號風滿帆張又開始移動。船員們歡呼雀躍,慶幸自己死里逃生。

  此時,南森仍在琢磨著。他發(fā)現(xiàn),當船停在“死水”區(qū)不能挪動一步時,那里的海水是分層的,靠近海面的是一層不深的淡水,下面才是成成的海水。他想,船被海水“粘”住的原因可能在此。

  南森在寒冷的北極海洋中漂流了3年零2個月,終于弄清了北冰洋中心區(qū)的冰層和極地冷水下面,確實有大西洋流來的一條海流;同時.他還總結(jié)了浮冰的規(guī)律。

  1896年8月15日,南森經(jīng)歷了千辛萬苦之后,終于回到了挪威。他沒有陶醉在一片恭維聲中,而是請來了海洋學家埃克曼,共同探索“死水”的奧秘,終于弄清了其中的道理。

  原來.海水的密度各處不同。一般說來,溫度高的海水密度。鴾囟鹊偷暮K芏却;鹽度低的海水密度小,而鹽度高的海水密度大。如果一個海域里有兩種密度的海水同時存在,那么,密度小的海水就會集聚在密度大的海水上面,使海水成層分布。這上下層之間形成一個屏障,叫密度躍層”。這“密度躍層”有的厚達幾米。這種穩(wěn)定的“密度躍層”可以把海水分成兩種水團,分別位于躍層的上下,并以躍層作為界面。如果有某種外力(如月亮、太陽的引潮力,風、海流的摩擦力等)作用在界面上,界面就會產(chǎn)生波浪。這種波浪處于海面以下,人的肉眼完全看不見.因此稱之為內(nèi)波。

  在海岸附近,江河入?谔帲3P纬“7|fl淡水”,鹽度和密度顯著降低,它們的下面如果是密度大、鹽度高的海水,就會形成“密度躍層”。夏季寒冷地區(qū)海上浮冰融化了。含鹽低的水層浮動在高鹽高密度的海水之上=時。也會形成“密度躍層”。南森遇到的就是后一種情況。

  一旦上層水的厚度等予船只的吃水深度時,如果船的航速比較低,船的螺旋槳的攪動就會在“密度躍層”上產(chǎn)生內(nèi)波.內(nèi)波的運動方向同船航行方向相反,內(nèi)波的阻力就會迅速增加,船速就會減低下來,船就像被海水“粘”住似的寸步難行。當年南森的“弗雷姆”號被“粘”住時。船速就由4.5節(jié)突然降低到l節(jié)。后來,是風的推力超過了內(nèi)波的“粘”力,才使南森的船脫險。

  “死水”區(qū)的內(nèi)波.由于水質(zhì)運動的方向不同,不但會把漁船的漁網(wǎng)擰成一縷,還會使船舵失靈,甚至會使船只迷航。

  科學家經(jīng)過計算,得出內(nèi)波的速度一般在2節(jié)左右.如果航速大大超過內(nèi)波速度時,海水就無法把船“粘”住了。如今艦船速度大大超過內(nèi)波速度,因而海水“粘”船現(xiàn)象就成為了歷史。

  雖說“密度躍層”產(chǎn)生的一般性的內(nèi)波“粘”不住現(xiàn)代艦船了,可“密度躍層”卻能壓住水中下潛的潛艇。

  一次,有一艘潛艇奉命巡航,來到預定海域后,潛艇均衡完畢,艇長下達了下潛的命令。不一會兒,潛艇順利下潛,5 米、10米、20米……一直到40米時都很正常,當潛艇下潛到 50米時,升降舵手報告說,已經(jīng)到達海底了。艇長說:“不對呀,這個海區(qū)深度100多米,怎么下潛一半就到底了呢?”

  艇長下令停船檢查,深度計完好無損,其他儀器也都正常。到底是怎么回事呢?

  艇長一拍腦門:“準是碰上‘液體海底’啦!”

  果不其然,這艘潛艇被“液體海底”托住了。

  “液體海底”就是“密度躍層”。海水密度一大,浮力就大。加上這“密度躍層”又有幾米厚,這么厚的“屏障”,再加上均衡好的潛艇在水下力矩又小,因此。就被這“液體海底”托住了。

  這時,只要潛艇用升降舵造一個傾角,開足馬力,就可以擺脫“液體海底”的巨掌。

  1960年1月23日,瑞士的雅克·皮卡爾乘坐“的里雅斯特”號深潛器,開始了人類首次潛入世界大洋中最深的地方 ——馬里亞納海溝時,多次遇到“液體海底”的粘托。

  那天上午。“的里雅斯特”號以每秒l米的速度緩緩向l 萬多米深的海溝潛去,幾分鐘后,深潛器突然停止下潛。難道這么快就著底了?不,不可能,這里是萬米深淵,離海底還遠著哩。那么,是深潛器出故障了嗎?也不會.因為“的里雅斯特”號久經(jīng)考驗,況且下潛前又經(jīng)再三檢查,絕不會有什么問題。。

  雅克·皮卡爾又檢查了一遍機械,沒發(fā)現(xiàn)異常。當他觀察海水溫度表時,發(fā)現(xiàn)海水的溫度變化劇烈。這時,他才明白,原來是“密度躍層”在作怪。

  皮卡爾放掉一些汽油,放進一些海水。從而增加了深潛器的重量。這樣,深潛器就突破了“液體海底”的阻擋,繼續(xù)下潛了。

  令人驚異的是,下潛僅10米,深潛器又一次被“粘”住了。他不得不再次調(diào)整壓載重量,又一次突破“液體海底”的阻擋。 下潛20米后,深潛器第三次被¨粘”住。

  這樣折騰了4次,深潛器才完全沖破“液體海底”設置的 “封鎖線”,一路順暢游到萬米海底,創(chuàng)造了人類探險史上的新紀錄。

  雖然“密度躍層”已不能“粘”住現(xiàn)代艦船,但對“密度躍層"的研究卻極有軍事價值。“密度躍層”厚達幾米,海水的密度增大,仿佛筑起一道厚厚的“墻”,聲納發(fā)出的聲波碰到這堵 “墻”,就被反彈回去。當潛艇遇到水面艦艇的追捕時,如果鉆到“密度躍層”下面,水面艦艇聲納發(fā)出的聲波穿透不了“密度躍層”,就會成為“聾子”和“瞎子”,而潛艇卻能安全撤離或發(fā)起反擊。

  在“密度躍層”中,躍層的上下界面使聲波產(chǎn)生折射,造成聲波只能在“密度躍層”中向前傳播,于是形成了一條水下“聲道”。聲波在聲道中衰減很少,可謂暢通無阻,傳播的速度和距離令人驚嘆。1960年3月1日,在澳大利亞西南附近海中投下6枚深水炸彈,爆炸聲波在水下1200米的“聲道”里向外傳播,繞過好望角,折向赤道,經(jīng)3小時43分鐘,被北半球百慕大群島的水聲站收到。爆炸聲波傳播繞地球半圈,并無明顯減弱?梢娐暤勒媸锹暡▊鞑サ“高速公路”。

  利用“密度躍層”中的“聲道”,可以進行遠距離水下通訊。例如在海軍基地裝上水下測聽和通訊系統(tǒng)’,遠航的潛艇裝備相應的設備,就可以與基地指揮機關進行通訊聯(lián)絡.最大通訊距離可達4000多公里。

  另外,由于“密度躍層”如屏障橫亙海中,影響了上下層海水交換,造成下層海水缺乏溶解氧,再加上硫細菌使沉積海底的大量有機物產(chǎn)生高濃度的硫化氫氣體,海洋生物難以在下層海水中生存。因此,“密度躍層”強烈的地方,生物主要生活在上層海水中。而且,內(nèi)波引起的水文變化,迫使海洋生物活動的區(qū)域和范圍也發(fā)生變化。可見,對“密度躍層的研究,在軍事和經(jīng)濟上都有重要意義。

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