海洋內(nèi)波波浪的“孿生姐妹”

“海底風(fēng)暴”

海面的波浪和海洋內(nèi)波本質(zhì)上都是發(fā)生在不同密度流體交界處的波動(dòng)，其區(qū)別在于前者是發(fā)生在大氣和海洋之間的波動(dòng)，后者是發(fā)生在海洋內(nèi)部不同密度的海水之間的波動(dòng)。

相較于海面的波浪，海洋內(nèi)波的規(guī)模更加宏大、持續(xù)時(shí)間更久，振幅可達(dá)150米——相當(dāng)于50層樓的高度，因此又被稱(chēng)為“海底風(fēng)暴”。

海洋內(nèi)波是如何生成的

條件一：分層

想象有一杯分層的果汁，杯子中不同密度的果汁層次分明，沒(méi)有混合，這種果汁式的分層就是形成內(nèi)波的第一個(gè)條件——海水密度分布的穩(wěn)定層化。

具體來(lái)說(shuō)，海水的密度會(huì)隨著深度的增加而增大，輕的海水始終位于重的海水上方。當(dāng)這種分布現(xiàn)象較為穩(wěn)定時(shí)，海水在不同密度層之間不易發(fā)生混合或?qū)α?，便?huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

條件二：擾動(dòng)源

但僅有分層還不夠，還需要有“攪拌棒”來(lái)輕輕攪動(dòng)——它可能是潮流經(jīng)過(guò)凹凸不平的海底引起海水上下起伏，也可能是海風(fēng)吹過(guò)海面牽動(dòng)下層海水運(yùn)動(dòng)，甚至可能是潛艇在深處駛過(guò)將海水?dāng)噭?dòng)。這些來(lái)自海面、海底還有海水內(nèi)部的“攪拌棒”共同構(gòu)成了引起內(nèi)波的另一個(gè)條件——擾動(dòng)源。

這些“攪拌棒”在大海中隨處可見(jiàn)，加上本就存在的果汁式分層結(jié)構(gòu)，海洋內(nèi)波就像海面波浪一樣廣泛分布于海洋中。

海洋生態(tài)環(huán)境的好幫手

海洋內(nèi)波會(huì)像攪拌器一樣，將海洋中下層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、魚(yú)類(lèi)、磷蝦等帶到海面上。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)促進(jìn)藻類(lèi)和浮游植物的光合作用，提升海洋的初級(jí)生產(chǎn)力；而以魚(yú)類(lèi)、磷蝦為食的鯨類(lèi)則會(huì)在此處聚集，形成追逐索餌的壯觀(guān)景象。

此外，海洋內(nèi)波還會(huì)對(duì)近岸珊瑚礁產(chǎn)生影響。珊瑚對(duì)海溫的變化極其敏感，近年來(lái)受全球變暖的影響，海溫不斷上升，嚴(yán)重威脅珊瑚的生存，全球各地的珊瑚礁都出現(xiàn)了大面積的白化。而海洋內(nèi)波能夠?qū)⒑Ｑ笾邢聦印⒌蜏?、高營(yíng)養(yǎng)的海水輸送到岸邊，為珊瑚提供舒適的生存環(huán)境。

深海中的隱藏殺手

1963年，一艘潛艇在北大西洋作業(yè)時(shí)突然失控，急速墜向海底。科學(xué)家通過(guò)分析潛艇殘骸還原了整場(chǎng)事故——海洋內(nèi)波引發(fā)了海水浮力劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致其失事。

當(dāng)潛艇從高密度水層駛?cè)氲兔芏人畬訒r(shí)，受到的海水浮力會(huì)驟減。此時(shí)，潛艇的重力將大于浮力而無(wú)法在海水中保持懸浮，潛艇會(huì)如同掉下懸崖一般迅速失控下墜。在跌落到超過(guò)潛艇設(shè)計(jì)的極限深度后，潛艇外部的耐壓殼會(huì)因無(wú)法承受巨大的水壓而被海水“壓爆”。

捕捉內(nèi)波的身影

乘坐游船在海中航行，我們可以清晰地感受到海面波浪的上下起伏。而由于海洋內(nèi)波發(fā)生在深海，并不會(huì)影響海表面的水位高度，所以我們感受不到海洋內(nèi)波的起伏。

但海洋內(nèi)波會(huì)在海面留下特殊的“記號(hào)”。當(dāng)你乘坐飛機(jī)或通過(guò)衛(wèi)星俯瞰海面時(shí)，如果觀(guān)察到海面出現(xiàn)明暗相間、粗糙與光滑交替的條紋圖案，這說(shuō)明這片海域深處極有可能隱藏著海洋內(nèi)波。這是海洋內(nèi)波在深海活動(dòng)時(shí)，通過(guò)密度分層牽引表層水流所形成的獨(dú)特標(biāo)記。

科學(xué)家可以通過(guò)多種手段捕捉海洋內(nèi)波的身影，例如：使用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，持續(xù)監(jiān)測(cè)不同深度海水的溫度、鹽度變化；在水下布設(shè)傳感器；利用聲吶系統(tǒng)，實(shí)時(shí)繪制海洋內(nèi)波的三維結(jié)構(gòu)。而隨著人工智能的快速發(fā)展，海洋內(nèi)波的探測(cè)技術(shù)迎來(lái)了新突破，通過(guò)數(shù)據(jù)融合與算法開(kāi)發(fā)，研究人員正逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋內(nèi)波的精準(zhǔn)刻畫(huà)與預(yù)報(bào)。

海洋內(nèi)波，這一深海中的神秘存在，既是海洋生態(tài)的“守護(hù)者”，又暗藏危險(xiǎn)，如同雙面鏡般展現(xiàn)著海洋的復(fù)雜與深邃。隨著科技的不斷進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)它的了解將愈發(fā)深入，未來(lái)或許能更好地利用它的特性，趨利避害，揭開(kāi)更多海洋的奧秘。

（責(zé)任編輯 / 高琳" 美術(shù)編輯 / 周游）