北極遇險
1893年的一天,“弗拉姆”號考察船正穿行在北冰洋巨大的白色冰山之中,由于沒有風(fēng),四周一片寂靜,只有當(dāng)船只駛過平滑的海面才泛起道道漣漪。挪威探險家弗里德約夫·南森是這艘船的主人,他正準(zhǔn)備向北極點(diǎn)接近,尋找傳說中的“北極陸地”。突然,考察船似乎遇到了阻礙,速度明顯慢了下來。船員們并沒有偷懶,船也沒有撞上冰山或海面浮冰,也沒有遭遇到逆風(fēng),船就這樣神秘地減速。
接下來,南森還發(fā)現(xiàn)他的船似乎被一種神秘的力量控制了,這種力量有時讓船無法轉(zhuǎn)向,有時會讓船自動拐彎,在海面上劃出一個大圓圈回到起點(diǎn)。在神秘力量的干擾下,考察船的航行速度比正常速度慢了1/4。許多船員對此感到非??謶郑詾樗麄兊暮叫畜@動了北極地區(qū)神秘的水怪。好在這種力量似乎并不想讓考察隊永遠(yuǎn)地留在冰冷的海面,考察船還是能夠克服神秘力量緩慢前行。過了一陣,當(dāng)逃離那片古怪的水域后,船只的航行速度又正常了。
那種神秘的力量不止一次地干擾南森的考察船,有時在這片水域,有時在那片水域。南森既是一位科學(xué)家,還是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的北極探險家,他和別人一道探索北極,證明北極并不存在像南極那樣的巨大陸地;他還在生物神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域頗有研究。此外,當(dāng)時世界主要國家組成了一個稱作“國際聯(lián)盟”的組織,類似今天的聯(lián)合國,處理國際事物。南森因?yàn)樵诋?dāng)時國際聯(lián)盟中的優(yōu)秀貢獻(xiàn),被授予了諾貝爾和平獎。就是這樣一位學(xué)識淵博的科學(xué)家、社會活動家,也難以解釋自己遇到的這個北極怪現(xiàn)象,于是他給這種現(xiàn)象起了一個名字,叫做“死水效應(yīng)”。
死水不死
為什么北極地區(qū)會出現(xiàn)死水效應(yīng)?調(diào)查發(fā)現(xiàn),北極地區(qū)并沒有大型的水生動物,不存在什么“水怪”。所以,死水效應(yīng)的解釋可能還要從海水入手。
南森發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)后,一些物理學(xué)家認(rèn)為,死水現(xiàn)象也許與海水的鹽度、密度有關(guān)。海水是咸的,密度也比淡水大。而冰川水其實(shí)是淡水,當(dāng)北極地區(qū)的冰山融化時,產(chǎn)生的淡水的密度比海水低,如果環(huán)境安靜無干擾,淡水會浮于海水之上,在一定時間內(nèi)形成淡水水層。整個海水從海面到水底,也許會出現(xiàn)2、3層鹽度、密度不同的水層。
如果船只突然碰到了密度很大的水體,行駛速度自然也就會慢下來。這個解釋有一定道理,但是卻無法解釋為什么有時候船舵會不聽使喚以及船只打轉(zhuǎn)的情況。
最近,法國科學(xué)家試圖在水槽中制造出死水效應(yīng),并揭示死水效應(yīng)的奧秘。他們在水槽中制造了鹽度、密度不同的水層,不同水層染上不同的顏色,并把電動玩具船放入水槽做實(shí)驗(yàn)。水槽中的水面十分平靜,但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn),水下卻并不平靜,在兩個水層的交界面上,會出現(xiàn)微微的波浪。而當(dāng)玩具船在水面行駛并搖晃時,深層的水體被攪動了,一部分水被吸引到了淺層,填充玩具船產(chǎn)生的漩渦。隨著船只向前行駛,這種水體的振蕩越來越劇烈,交界面處的波浪也越來越大,甚至大到影響了船只正常行駛的程度。而此時,水面其實(shí)還很平靜,可是波浪卻在船下面產(chǎn)生了一個低壓區(qū),船到了這個低壓區(qū)前行就比較困難了。法國科學(xué)家終于成功地在水槽中制造了死水效應(yīng),并發(fā)現(xiàn)這是由于水層的界面波造成的。
界面坡?lián)v鬼
我們知道,當(dāng)風(fēng)吹過水面時,水體會泛起波浪,從廣義上理解,波浪就是一種界面波,界面之上是空氣,之下是水,而波沿著界面?zhèn)鞑?,并有一定的振幅,出現(xiàn)波峰和波谷。其實(shí),在水體中也會出現(xiàn)多個水層,它們之間存在著界面。
在北極水域,由于光照變化,露出水面的冰山融化速度時快時慢,于是固態(tài)的水變成液態(tài)水并流入海水的量也就時多時少。海水的平均鹽度是0.35%,密度比淡水要大。因此當(dāng)大量的冰融化后,一時之間不會與海水混合,往往會在海水表面形成一個鹽度很低的淡水層,和高鹽度的海水之間形成了一個水面下的界面??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),有時水面下甚至不止出現(xiàn)一個界面,而是有數(shù)個界面。這些界面上同樣會出現(xiàn)界面波。當(dāng)水層界面波的振幅很大時,即使水面上似乎很寧靜,但界面波也足以干擾船只的航行。
水層界面波的發(fā)現(xiàn)對科學(xué)家真正理解海洋很有幫助。比如一些在平靜的海水中游泳的人會突然出現(xiàn)難以劃動的意外,這其實(shí)就是死水效應(yīng)造成的。此外,進(jìn)入海洋的污染物是如何在海洋中擴(kuò)散的?這是科學(xué)家希望了解的課題。而界面波的發(fā)現(xiàn),讓科學(xué)家知道了海水中的一種新的動力,對他們的研究將很有幫助。
揭開了死水效應(yīng)的奧秘,死水也就沒什么可怕的了。
(據(jù)《科學(xué)之謎》)