NO.1270 怎样给“海洋”下一个定义?


你好,这里是罗胖精选。

今天推荐给你的是田丽艳老师的课程《海洋科学10讲》。

这门课程属于得到App的科学通识课。我们既然要建设终身大学,那人类所有重要的学科,我们得到App里都要有。我们不会因为一门课不热门、就不生产,而是要用日拱一卒的精神,建立学科和知识图谱的完备性。

那自然科学方面,目前得到App已经上线的有《数学通识》《医学通识》《化学通识》《天文学通识》《生命科学》,还有科技前沿课和科学人物课,现在又增加了《海洋科学》。可以说,我们朝着学科完备性的方向,又迈出了一步。

这门《海洋科学》课的主理人田丽艳老师是一位海洋学者,在三亚的中国科学院深海科学与工程研究所工作,每天和海洋朝夕相处。那在这样的学者看来,如果要给“海洋”下一个准确的定义,这个定义是什么?

接下来,让我们一起听听田老师是怎么说的。

课程的第一讲,我们先来解决一个最重要的问题——海洋究竟是什么?

你可能觉得,这不是个问题啊?看到海滩,我就知道到了海边;看到海浪,我就知道那里是海洋。但是请注意,我和你聊的不是渤海、黄海,或者太平洋、印度洋这样具体的海洋,而是当谈到一个星球上有海洋的时候,我们指的到底是什么呢?该怎么看待它呢?

作为一名海洋科学工作者,我可以负责任地告诉你,如果缺少了圈层的视角,不理解全球海洋是连续的一个圈层,你就没法理解海洋。这一讲,我就带你从三个层面,看看怎么从圈层的视角科学地认知海洋。

海洋是连通的

就像刚才说的,提到海洋,大多数人第一反应想到的都是渤海、黄海这些近海,或者是太平洋、印度洋这些大洋。按常规的理解,大海大洋已经很辽阔了吧?但这个视角仍然是局限的,这些都只是海洋的一部分。那我们应该怎么理解海洋呢?

如果你去网上查海洋的定义,会得到一句话,“地球表面被各大陆地分隔为彼此相通的广大水域称为海洋”。看似简单,其实蕴含了一个重要的条件,代表了海洋的一个重要性质——全球的海洋是彼此连通的,而不是孤立的。

不管是太平洋、印度洋,还是大西洋、北冰洋,都是连在一起的。相应的,我们就知道,只要和这些连在一起,不论多远,就都是海洋;而只要和这些不连在一起,不管多像,也不能叫海洋。

比如地中海,四周几乎全是陆地,仅仅通过直布罗陀海峡和大西洋相连,海峡最窄的地方只有14公里,你从地图上几乎看不到,但只要这个海峡存在,地中海就仍然是海。相反的,位于亚洲和欧洲交界处的里海,面积可大了,水也是咸的,咱们也都里海里海这么叫,但因为它四周都被陆地环绕,和全球海洋不连通,所以不好意思,它只能是湖,而不是海。

为了你更好地理解“全球的海洋是连通的”这句话,我再给你说个真事:

1992年,一艘装满了黄色塑料玩具鸭子的货船从中国出发,在太平洋遭遇了强烈风暴,装着近3万只小黄鸭——就是给小孩洗澡用的那种玩具——的集装箱坠入大海。

咱们不妨设想一下,如果这些小黄鸭掉进一个池塘里会怎么样呢?最远就是漂到池塘边,一定不会从这个池塘飘到另一个池塘,因为池塘是孤立的、封闭的。但海洋不一样,全球的海洋都是连通的,这些小黄鸭可能漂流到世界任何角落。

所以当时真实的情况是,有近2万只小黄鸭顺着太平洋到处漂流,经过了印度尼西亚、澳大利亚、南美洲。还有大概1万只挥师北上,去了俄罗斯和美国阿拉斯加之间的白令海峡,进入北冰洋,绕过北极,再经过格陵兰和冰岛,最终进入北大西洋。当然,如果它们能抵御侵蚀,3000多年后,这些小黄鸭没准还能漂回风暴的事发地,因为根据今天对洋流的理解,大洋的水3000年会换一次。

地球是个球体,半径大约是6371km,而海洋的“厚度”只有11km左右,只是地球表面薄薄的一层,不过这个圈层是连通的,而不是孤立的,这是我们应该建立的第一个整体认知。理解了这句话,我们就真正从整体的视角理解了海洋,也就能把海洋和地球上的其他水体区分开了。

海洋是运动的

连通自然就有交换,自然就有运动,这就带来了我们理解海洋的第二个认知——海洋是运动的,而不是静止的。这句话至少可以从三个角度来理解——

第一,海水是运动的,而不是静止的。

受到地球自转、月球引力等的牵制,以及不同区域海水的温度、盐度、密度等性质的差异,全球的海水是不断运动的,有潮汐,有海浪,有洋流。

拿洋流来说,世界各地海边几乎都有洋流经过,把温暖的海水带到寒冷的地区的洋流,叫作“暖流”;把寒冷的海水带到温暖的地区的洋流,叫作“寒流”。全世界著名的大渔场基本都处在寒暖流的交汇地区,就是因为寒流和暖流的交汇会使得海水发生搅动,把深层的营养物质翻到海表,从而给鱼类带来丰富的食物。

再给你讲一个利用海水运动的精彩案例。

我们知道,地中海和大西洋通过直布罗陀海峡相连,海峡北面是欧洲,南面是非洲。二战的时候,盟军在这里重兵布防,防范德军潜艇穿过海峡。但别看海峡狭窄又重兵布防,德国潜艇竟然总能悄无声息地进进出出,连雷达都侦测不到。

这是为什么呢?因为地中海的盐度比大西洋高,地中海的海水就比大西洋的海水密度大一些。这样一来,在直布罗陀海峡这个地方就会出现一种情况——密度大的地中海海水在海峡的下层,密度小的大西洋海水在海峡的上层。大西洋与地中海的海水进行交换时,就会出现上层海水向着地中海流,下层海水向着大西洋流的奇特现象。

二战时,德国潜艇就关闭发动机,借着海水的自然流动进进出出,需要进入地中海时,就上浮到海水的上层;需要离开地中海时,则下潜到海水的下层,神不知鬼不觉。

第二,海水的性质也是不断变化的。

不同的海洋,温度、盐度、密度、酸碱度等性质都会有差别。

拿盐度来说,赤道一带降水量大,所以海水的盐度低;高纬度地区溶解的冰降低了盐度,所以盐度也低;而中纬度地区蒸发量大而降水相对较低,盐度相对就更高。不同地区的温度,当然也不一样。赤道附近温度高,两极地区温度低。温度和盐度的变化,又会影响海水的密度。而有温度差、盐度差、密度差,海水肯定就会有运动,有交换,又会有变化。

即使不说不同海域的海水,就从整个全球大洋的角度来看,海水的化学性质也是不断变化的。拿海水的pH值来说,原始海洋时期的海洋其实是酸性的,演化着演化着就变成了偏碱性,而现在似乎又开始“酸化”了。这一点我们会在后面详细解释,这里就不多说了。

第三,海陆的格局也不是固定的,也是不断变化的。

在认识海洋的时候,千万不能忽视时间尺度。去年筹备这门课的时候,我有半个月专门去了新疆科考。为什么海洋研究要去新疆呢?因为沧海桑田。比如,现在的新疆西准噶尔地区,在6亿到3亿年前就是古亚洲洋的一部分,在那里我们可以寻找到代表古洋壳的残片,研究古亚洲洋的历史。

从海洋内部来看,海水是不断运动的,海水的化学性质是不断变化的,就连海陆格局都是不断变化的。所以,当我们说一个地方是海洋,或者描述海洋的化学性质的时候,一定要加上时间定语,“某某时期这里是海洋”“某某时期海洋是这样的”,因为它过去不一定是,未来也不一定是。

海洋是开放的

最后,因为海洋是连通的,是地球表面薄薄的一层,所以当我们从海洋跳出来就会发现,海洋并不是封闭的。

你应该知道,地球表面可以分为大气圈、水圈、生物圈、岩石圈等几个圈层。地球表面所有的水,不管是海洋、河流、冰川,甚至是小池塘、地下水,共同构成了水圈。只不过,其中97%都是海洋。所以从宏观来看,海洋简直就是地球的一个水圈,而这个圈是开放的而不是封闭的,它时时刻刻都在和大气圈、岩石圈互动。

海洋和大气圈的互动很好理解。

比如,太阳辐射会把海水蒸发,水蒸气就会进入大气,顺便把热量带入大气。据统计,海洋每年都要蒸发掉1米厚的水进入大气层。同时,大气里的水蒸气遇冷凝结又会形成降雨,重回海洋。

而海洋和岩石圈也是在不断互动的。

日本经常发生地震,就是因为它位于两个板块交界的俯冲带。当板块发生俯冲时,除了引发地震,甚至海啸之外,还会把一部分海水带入地球内部。同时,地球内部的物质也会通过各种地质活动重回地表。除了海底火山喷发,在海底深处的裂隙里,还有向上流出的“热液”和“冷泉”,把地球内部的物质源源不断地输送到海洋。

总之,地球的各个圈层都是“漏”的,海洋也是,所以它们能持续互动,进行物质和能量交换。