
我们都习惯了定义我们所居住的土地的郁郁葱葱的绿色景观和坚固的山脉景观,但是从太空中,我们很明显我们生活在一个蓝色的星球上。尽管具有极高的咸味,不可预测的性质和对我们天气的前所未有的影响,但这种令人难以置信的水对于地球上的所有生命至关重要。
英国海洋学家兼广播公司的海伦·切尔斯基(Helen Czerski)的职业生涯都在研究海洋。在她的新书《蓝色机器:海洋如何运作》(WW Norton&Company,2023年)中,她探讨了我们星球周围的大量水如何创造我们今天生活的世界,为什么有些地方却充满了生活,而另一些地方不熟悉,而另一些地方则不围绕着洋流的文明形成,以及它为地球电池的电池,为其天气系统提供动力。
在这次采访中,她与我们谈了驱动这款海洋发动机的原因,将其与精美的鸡尾酒进行了比较,并解释了下一个伟大的海洋边界是什么。
亚历山大·麦克纳马拉(Alexander McNamara):在您的书中,您将海洋描述为引擎,但这实际上是什么意思?
海伦·切尔斯基(Helen Czerski):发动机的定义是将任何热能变成运动的东西,这就是海洋的作用。
顶部有一个温暖的层,最多可以厚100米[330英尺],下面的水更冷,并且内部有层。
但是,尽管海洋的顶部和底部是分离的,但在它们连接的两极附近有这些塞子孔,并且这种连接驱动了水流下来的循环,沿着海底的沿着海底延伸了几百年,然后又回到其他地方。
这就是发动机在其最大规模上所做的事情,从赤道移动到杆子。这种具有所有这些特征和所有解剖结构的物理引擎是使事情发生的原因,然后动物和人类受到结果的影响。地球文明的整体形状是由海洋发动机所做的。
AM:对于大多数人来说,休闲观察者会看着海洋,看到它很平坦,也许是有大风的一天,那有点波动,但是通过它的声音,下面还有很多事情要做。
HC:因此,有两件事可以推动发动机 - 地球正在旋转和水密度的事实。
我们倾向于认为,因为我们可以用勺子搅拌它,所以水很容易混合,但是总的来说,这不是,您必须将能量放入,而勺子只是一种转移它的方式。海洋是一样的。
想象一下一个分层的鸡尾酒,如果您小心,可以让一个[液体]坐在另一个液体上。只有在正确的顺序上,这才能起作用,因为顶部的密度不如下面的密度低,它的密度不如下面的密度。
[在海洋中],如果您的水较温暖(浓密的水),它将位于顶部。然后,如果下面有冷水,它将停在底部,它们不会混合。它们就像鸡尾酒中的层一样 - 没有能量将它们混合在一起,所以它们只是呆在那里。
因此,海洋上有一个温暖的盖子,这被称为混合层,因为水是内部自身内部的混合物 - 但它并没有与下面的东西混合在一起,而且重要的是,事情是从混合层中掉出来的。这通常是生活的碎片,生命的含量含有营养。这些就像您需要生命所需的原子,对吗?您需要一些硝酸盐,需要一些磷,需要一些铁 - 您需要这些东西,它们往往会掉出混合层。
问题是,如果他们摔倒,他们将无法回来。因此,从理论上讲,地球上不应该有任何生命,因为阳光在顶部,而且您已经有了这种温暖的盖子,营养素就掉了。然后一段时间后,您用完了 - 您已经在没有阳光的底部有养分,而没有营养,所有东西都停滞不前。
这就是为什么在太平洋中部的大海盆地的中间,没有太多的生活,这是因为这种分离非常强。没有什么可以活的。
海洋中生命的唯一原因是因为您可以打破这种悖论。这发生在边缘附近,您可以在其中获得上升的周期,并靠近电线杆,然后可以连接顶层和底层。这就是为什么分层很重要,而密度是设定层的原因。
当然,海洋的侧向移动远远超过上下移动,通常是因为风在地面上推,并且因为我们在旋转的星球上。然后,您进入了漩涡和圆圈的世界,在那里您可以创造出有趣的形状的电流,当然是大陆和大陆之间的差距。
当涉及到加热时,显然在赤道上,太阳在头顶上,因此有很多能量的输入,这些循环电流将温水拉向两极,将冷水推回深度。您将热量净运输到杆子上,这就是热量分布的方式。
确实,海洋是地球的电池。那就是太阳的能量存储的地方,然后用来推动天气。它可以通过加热天气来回馈天气,这就是燃烧飓风的原因,并且可以影响冰的位置。因此,热量确实是一个能量商店,海洋决定了热量在哪里以及它的移动位置。
AM:您说这些电流需要数百年的时间才能慢慢走动,但是那怎么了?因为我认为如果您将水放在一起,它会粘合,并且会根据我搅拌的速度而混合在一起 - 海洋是否以不同的方式工作速度较慢?
海洋中生命的唯一原因是因为您可以打破悖论
HC:好吧,你确实看到了。例如,如果您在热水的地方洗澡,然后决定它太热了,则必须将一些冷水放在一端。如果您在水完全静止并且去搅拌时这样做,那么两端开始混合了很长一段时间 - 那只是浴缸的大小。
基本上,海洋被漩涡搅动,形成漩涡需要精力。如果您没有任何漩涡,那么就没有理由混合水团,所以它们不会。但是关于海洋的事情是,系统中没有足够的能量将整个过程混合在一起。如果从来没有任何搅动,您将拥有完美的层,什么也不会动,什么都不会发生,但是如果它是搅拌的负载和负载,那就一切都一样。有这样的内心吉利克斯(Goldilocks)有足够的搅动以使其变得有趣,但并没有太多搅动以至于再次变得无聊。
AM:一直这样吗?
HC:不,实际上它的变化很大。显然,这是您进入非常聪明的约会技术的事情,看着海洋和冰芯底部的沉积物以及类似的东西。
在几乎所有的全球海洋中,不是北极,而是其他任何地方,温水都位于顶部,下面的水更冷。例如,在北大西洋的底部,即使在表面上可能是30度[C或86 F],它可能是4或5摄氏度[39至41摄氏度],因此它的冷很冷。但是,在地球过去有时候,热量更容易将其混合在一起,而深海在15摄氏度(59 f)中升起。
但是,该规则被损坏的地方在北极海洋中,因为它在地面很冷 - 足够冷以冷冻,很好 - 但是下面有一层温暖,并且它的温度足够温暖,可以融化当今所有的冰。这种温暖被深度隔离,原因是它真的很咸,使其比顶部的新鲜水变得浓密。即使在当今的海洋中,不仅温度会导致层,盐也会产生影响。
AM:我对北极下面有巨大的咸水感到惊讶。这是一个问题吗?如何到达那里?
HC:因此,由于冰的形成而变得咸。有两种类型:陆冰和海冰。当水从海洋中蒸发,侧向倾斜并降雪时,冰冰形成。但是海冰是海冰本身冻结的。
关于这个过程的事情是,因为水分子将自己锁定在冰的刚性结构中,而且由于水分子很奇怪,因此盐的结构中没有空间,用于钠或氯化物,这是两个成分和镁,以及所有其他盐,您就可以进入大洋。因此,发生的是水使其小的晶体和所有分子锁定在适当的位置,而盐就被挤出了。
因此,在冰层形成下,您正在下面产生咸水,而它只是下降了。因此,如果您停止生成冰,那么您会产生更少的盐,也许您会更改该系统。这真的很有趣,海洋可以拥有的这些不同的配置。
而且,当然,整个事情都在不断移动。如果您在北极的顶部看一个地球仪,它得到了这两个非常狭窄的入口,这是受到限制的,只有几种方式进出。那里的任何狭窄差距都必须出现,因此我们开始看到的是太平洋蔓延到北极海洋的影响。过去,大西洋和太平洋在外面,现在他们开始通过那些狭窄的缝隙挤进去,并改变了北极的结构。
AM:考虑海洋的未来,总的来说,下一个伟大的边界对我们来说是什么?
HC:显然,最大的问题是在气候变化下将如何变化。例如,海洋所携带的东西(例如氧气)会因海洋发动机变化而改变,因为它具有额外的能量,它正在改变它的作用,因此存在巨大疑问。因此,如果您减慢了循环的速度,则会改变氧气的量,例如,在深海中,这对于试图呼吸的任何东西都至关重要。
是的,我认为仍然有巨大的问题,但是我们必须务实。我们必须了解整个地球机器的工作原理,以便我们可以与之合作,而不是与之抗衡,这就是我们到目前为止未能做到的。
编者注:这次采访已被编辑和凝结,以清晰地进行。