高中地球科学/海洋运动
海洋水始终处于运动状态（图 14.7）。从北到南，从东到西，以及从海岸向上和向下，海水在全世界范围内流动。这些运动可以解释为许多单独力量的结果，包括风、水、月球和太阳的位置、地球的自转以及陆地地形的局部条件。
- 定义波浪并解释它们的形成
- 描述导致潮汐的原因。
- 描述表面洋流的形成方式以及它们如何影响世界气候。
- 描述深层洋流的成因。
- 将上升流区域与其对食物链的影响联系起来。
波浪是一种通过物质或空旷空间传递能量的扰动。声波通过空气传播，地震通过固体地球发送强大的波浪，宇宙飞船的无线电波穿过数百万英里的真空空间传播，海浪通过水传播。所有这些类型的波都能够将能量传递到很远的距离。波浪的大小及其传播距离取决于波浪携带的能量大小。
最常见的波浪出现在海洋表面。冲浪者在这些波浪上玩耍，滑板爱好者在这些波浪上骑行。这些波浪主要由风产生。影响波浪大小的风有三个因素：1）风速，2）风吹过的距离，以及 3）风吹过的时间。这些因素越大，波浪就越大。
波浪可以通过其振幅来衡量，振幅是从波峰（波浪的顶部）到波谷（波浪的底部）垂直测量的距离。它们还可以通过其波长来衡量，波长是两个波峰之间的水平距离（图 14.8）。当风吹过水面时，能量就会传递到水中。这种能量的传递可能会产生微小的涟漪，这些涟漪在风停下来时会消失，也可能会产生较大的波浪，这些波浪会一直持续到它们到达海岸。大多数波浪都会到达海岸。
科学家有时通过测量波浪的速度来描述波浪。波浪的速度是通过测量一个波长通过所需的时间来确定的。有趣的是，海洋中的粒子并没有被波浪明显地移动；尽管它们被波浪上下翻动，但粒子往往会停留在它们所在的位置。
当海底地震、滑坡或陨石撞击海洋导致海洋水快速变化时，也会形成波浪。这些波浪被称为海啸（图 14.9），可以以每小时 800 公里（每小时 500 英里）的速度传播。海啸在深海中的波高很小，往往不易察觉。然而，当海啸接近大陆架时，波高就会增加。波浪速度也会因与较浅海床的摩擦而减慢，这会导致波长减小，从而形成更高的波浪。许多被海啸袭击的人都没有意识到它即将到来。海啸预警系统对于保护沿海地区和低洼国家非常重要。
波浪在靠近海岸时会破碎。这是由于波浪与海床的相互作用。当波浪撞击海岸时，波浪底部能量会传递到海床，这会减慢波浪底部速度。然而，波浪顶部，即波峰的能量，则继续以相同的速度前进。由于波浪顶部比底部移动得快，因此波峰会倾倒并向下崩溃。
风是导致海洋表面波浪的主要力量，但它不会导致潮汐。潮汐是任何特定地点海洋水位每天的变化。导致潮汐的主要因素是月球和太阳的引力（图 14.10）。
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| 图 14.10: 北美缅因湾芬迪湾的高潮（左）和低潮（右）。芬迪湾拥有地球上最大的潮差之一。 | |
月球如何影响海洋？由于月球是太空中一个相对较大的天体，它离地球很近，因此它的引力实际上会将地球的水拉向它。无论月球在哪里，当它绕地球运行时，都会有一个与月球保持一致的高潮“凸起”。地球上远离月球的一侧也存在一个高潮“凸起”。这是因为地球比其远侧的水更靠近月球。月球的引力对地球的拉力比对另一侧水的拉力更大。这两个与月球保持一致的地球两侧水凸起是高潮。由于海洋水在两个高潮区域被拉得更高，因此两个高潮区域之间的水位较低。这些区域是低潮（图 14.11）。
潮差是高潮时海平面与低潮时海平面之间的差异（图 14.12）。有些地方的潮差比其他地方大。高潮每天大约出现两次，大约每 12 小时 24 分钟出现一次。
月球的引力是造成潮汐的主要原因，但太阳也发挥作用（图 14.13）。太阳比我们的月球大得多。它的质量大约是月球的 27,500,000 倍。如果一个像太阳这样巨大的物体像月球那样靠近地球，它将产生巨大的潮汐。然而，它离地球太远了，因此它对潮汐的影响只有月球的一半左右。当太阳和月球对齐时，它们的影响会叠加在一起，产生比正常更高的潮汐，称为大潮。
大潮是潮差最大的潮汐。尽管它们的名字，大潮并不只发生在春季；它们全年都会发生，只要月球处于新月或满月阶段，大约每 14 天发生一次。
小潮是潮差最小的潮汐，发生在当地球、月球和太阳形成 90° 角时。它们发生在大潮之间，即月球处于上弦月或下弦月时。这是因为月球的高潮发生在与太阳的低潮相同的位置，而月球的低潮则被太阳的高潮叠加。
吹过海洋水的风会产生波浪。它还会产生表面洋流，表面洋流是水平的水流，可以流动数千公里，深度可达数百米。表面洋流是海洋中重要的一个因素，因为它们是决定全球气候的主要因素。
地表洋流受三个主要因素的影响：全球主要的大气环流模式、地球的自转以及海洋盆地的形状。
当你吹过一杯热巧克力时，你会在它的表面产生微小的波纹，这些波纹在你停止吹气后会继续移动。杯子里的波纹就像风在海洋表面形成的波浪一样。热巧克力在杯子里的运动形成一股流或洋流，就像海洋水在风吹过它时流动一样。
但是什么让风开始吹呢？当阳光加热空气时，空气会膨胀，这意味着空气的密度降低，变得更轻。就像气球一样，轻的暖空气向上浮动，在下方留下一小片真空，这会从侧面拉入更冷、密度更大的空气。进入暖空气留下的空间的冷空气就是风。
由于地球赤道被太阳最直接的光线照射，赤道的空气比更北或更南的空气更热。这种较热的空气在赤道上升，当较冷的空气移动进来取代它的位置时，风就开始吹，并将海洋推入波浪和洋流。
风并不是影响洋流的唯一因素。“科里奥利效应”描述了地球自转如何引导风和地表洋流（图 14.14）。地球是一个球体，从北极看，它以逆时针方向绕其轴自转。从赤道向任一极移动的距离越远，地球周围的距离就越短。这意味着赤道上的物体比远离赤道的物体移动得更快。当风或洋流移动时，地球正在其下方旋转。因此，沿着地球南北方向移动的物体看起来似乎是弯曲的，而不是直线移动。从赤道向两极移动的风或水向东偏转，而从两极向赤道移动的风或水向西弯曲。科里奥利效应使地表洋流的方向发生弯曲。
决定地表洋流方向的第三个主要因素是海洋盆地的形状（图 14.15）。当地表洋流与陆地发生碰撞时，它会改变洋流的方向。想象一下，你将浴缸里的水推向浴缸的尽头。当水到达边缘时，它必须改变方向。
地表洋流在决定气候方面发挥着重要作用。这些洋流将赤道的暖水带到海洋中较冷的部分；它们传递热能。让我们以墨西哥湾流为例；你可以在图 14.15 中找到位于北大西洋的墨西哥湾流。墨西哥湾流是一股洋流，将赤道的暖水输送到北美东海岸附近，然后横跨大西洋到达欧洲。它运输的水量超过世界所有河流的总和的 25 倍，它传递的能量超过世界能源需求的 100 倍。它大约宽 160 公里，深约 1 公里。墨西哥湾流的暖水使欧洲的气候比其他位于相同纬度的地方温暖得多。如果墨西哥湾流受到严重干扰，欧洲的气温将急剧下降。
地表洋流发生在海洋表面附近，主要影响透光层。在海洋深处，存在着同样重要的洋流，称为深层洋流。这些洋流不是由风产生的，而是由水团密度的差异产生的。密度是指给定体积内的质量。例如，如果你取两个装满一升液体的瓶子，其中一个可能更重，也就是说它的质量比另一个更大。由于两个瓶子的体积相同，所以较重的瓶子中的液体密度更大。如果你将两种液体放在一起，密度较大的液体将沉到底部，密度较小的液体将上升。
有两个主要因素决定了海水密度：盐度（溶解在水中的盐的量）和温度（图 14.16）。溶解在水中的盐越多，水的密度就越大。温度也会影响密度：温度越低，密度就越大。这是因为温度会影响体积，但不会影响质量。冷水比暖水占用的空间更小（除了冰冻时）。因此，冷水的密度比暖水更大。
密度更大的水团将沉向海底。就像空气中的对流一样，当密度更大的水沉下去时，它的空间会被移动进来的密度较小的水填满。这会产生对流洋流，在海洋深处移动大量的水。为什么有些地方的水温更冷？水在通过地表洋流从赤道向两极移动时会冷却。较冷的水密度更大，所以它开始下沉。因此，地表洋流和深层洋流是相互联系的。风会导致地表洋流将水输送到海洋周围，而密度差异会导致深层洋流将这些水返回到全球各地（图 14.17）。
正如你所见，密度更大的水通常会沉到底部。然而，在合适的条件下，这个过程可以逆转。深海中密度更大的水可以在上升流中上升到地表（图 14.18）。一般来说，当风将水强烈地从海岸吹走时，在海岸附近就会出现上升流。当地表水被吹离海岸时，来自深处的较冷的水会上升来取代它的位置。这在加州、南美洲、南非和阿拉伯海等地是一个重要的过程，因为从深海水带来的营养物质支持了浮游生物的生长，而浮游生物反过来又支持了生态系统中的其他成员。上升流也发生在赤道南北赤道流之间。
- 海浪是通过水传播的能量。
- 波浪的最高部分是波峰，最低部分是波谷。
- 两个波峰之间的水平距离是波长。
- 海洋中大多数波浪是由风产生的波浪。海啸是波长异常长的波浪，通常是由地震引起的。
- 潮汐是由月球和太阳对地球海洋的引力产生的。
- 大潮发生在满月和新月，此时地球、月球和太阳全部对齐。
- 小潮是潮汐范围低于正常水平的潮汐，发生在月相为上弦月和下弦月时，此时月球与太阳成直角。
- 海洋地表洋流是由全球主要的大气环流模式、科里奥利效应和每个海洋盆地的形状产生的。
- 海洋地表环流将赤道的温暖水域带到两极，并将两极的较冷水域带到赤道。
- 深海环流是密度驱动的环流，是由水团盐度和温度的差异产生的。
- 上升流区域是生物学上重要的区域，形成于海洋地表水被吹离海岸，导致寒冷、富含营养的水上升到地表。
- 影响海浪大小的哪些风力因素？
- 定义海浪的波峰和波谷。
- 为什么飓风会造成大浪？
- 海啸有时被错误地称为“潮汐波”。解释为什么这不是海啸的准确术语。
- 潮汐的主要成因是什么？
- 什么是潮差？
- 你认为为什么有些地方的潮差比其他地方更大？
- 大潮或小潮的潮差更大？解释一下。
- 海洋表层洋流的主要成因是什么？
- 海洋表层洋流如何影响气候？
- 什么是科里奥利效应？
- 一些科学家推测，如果格陵兰岛的冰川融化量过大，墨西哥湾流可能会停止流动。如果没有墨西哥湾流将温暖的海水带向北方，欧洲将变得更加寒冷。解释为什么格陵兰岛的冰川融化可能会影响墨西哥湾流。
- 什么过程可以让密度更大的水上升到顶部？
- 为什么上升流区域对海洋生物很重要？
- 振幅
- 海浪的垂直高度，从波谷到波峰测量。
- 科里奥利效应
- 地球自转导致的水或空气等运动物体的明显偏转。
- 波峰
- 海浪的最高点。
- 深层洋流
- 海洋深处的洋流，由于密度差异（由水温盐度差异引起）而流动。
- 高潮
- 一天中潮汐达到的最高点。
- 低潮
- 一天中潮汐达到的最低点。
- 小潮
- 当月球、太阳和地球以90°角相互作用时发生的潮汐。在小潮期间，潮差最小。
- 离岸流
- 从海岸返回海洋的强表层水流。
- 大潮
- 当月球、太阳和地球在一条直线上时发生的潮汐。在大潮期间，潮差最大。
- 表层洋流
- 由表层风引起的海洋水平运动。
- 潮差
- 高潮和低潮之间的差值。
- 潮汐
- 海水每天的涨落。
- 波谷
- 海浪的最低点。
- 海啸
- 由海底地震、海底火山喷发或滑坡或陨石撞击引起的海洋底部垂直运动产生的地震海啸。
- 上升流
- 当风将上覆表层水吹离或沿着赤道吹动时，来自海洋深处的冷而富含营养物质的水上升到表面，通常靠近大陆。
- 波浪
- 由于能量通过水移动而引起的水的形状变化。
- 波长
- 海浪中两个波谷或两个波峰之间的水平距离。
- 海洋底部是什么样的？
- 如何研究海底？
- 海底如何促进海洋生态系统？