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海水的運動

海水總是永不停息地運動著,有波浪、潮汐、洋流和濁流等運動形式。

1.波浪

海洋上有規律的波狀起伏的水面,稱為波浪。它主要是由風摩擦海水而引起,也可因潮汐、海底地震及大氣壓的劇烈變化而產生。

波浪的外形高低起伏。波形最高部分稱為波峰,波形最低處稱為波谷,相鄰兩波峰或兩個波谷之間距離稱為波長,波峰到波谷的垂直距離稱為波高(圖8-1)。波峰、波谷、波長、波高為波浪的四要素。此外,波形作周而復始的運動時,重復壹次所經歷的時間,稱為周期。波形在單位時間內前進的距離稱為波速。

圖8-1 波浪的要素

(據夏邦棟,1995)

波浪發生時,波的傳播是海水質點在平衡位置上作有規律的往復圓周運動的結果,海水質點並沒有發生明顯的水平位移(圖8-2),如同陸地上風吹動下滾滾向前的麥浪壹樣。

波浪的大小與風速、風向以及風的持久性有關。通常情況下(2~4級風),波高大約在1~2m,波長在40m範圍以內。大風暴時波高可達15~30m,最大波長可達800余米。由於海水的內摩擦作用,水質點的圓周運動半徑會隨深度增加而變小,以至消失。波浪作用的深度壹般不超過波長的1/2,此時的深度界面就是波浪底部,稱為波(浪)基面(圖8-2)。正常浪的作用範圍大致在水深20m左右。

波浪在向海岸方向傳播時,由於水深越來越淺,水質點的運動將受到影響。當海水的深度小於1/2波長時,水質點的運動受到海底摩擦阻力的影響,使波高逐漸加大,而波長逐漸減小,波峰逐漸變尖,圓周運動變成了橢圓運動,逐漸形成不對稱的破浪形態,最終形成翻卷浪和拍岸浪(圖8-3)。

圖8-2 波浪傳播及影響深度

(據夏邦棟,1995)

圖8-3 淺水區波浪的變化

(據成都地質學院普通地質學教研室,1978)

海嘯是由海底地震、火山噴發或海底滑坡而產生的特殊海浪。海嘯波是從海底將能量傳給水體的,所以水體在海底深部也具有波浪運動。從發生海嘯的海底開始,波前鋒會以極快的速度向外傳播,每小時可達480~800km,甚至可以橫越整個大洋。海嘯波在深海區波高壹般30~60cm,當臨近海濱時,可急速增高到15m以上,甚至可達30m,以其強大的動能沖擊海岸,給人類造成巨大的災難。2004年12月24日的印度洋海底地震引發的海嘯,波及十幾個國家,使20多萬人死亡或失蹤,造成了極大的損失。

2.潮汐

由於月亮和太陽的吸引力而產生的海水面周期性漲落的現象稱為潮汐。因月亮比太陽離地球近得多,所以月亮對潮汐的影響也遠大於太陽。月球繞地球旋轉壹周所需的時間為24小時51分,故同壹地點每隔12小時25分就有壹次漲潮,在兩次漲潮之間即發生落潮。漲潮時海水面最高處為高潮,落潮時海水面最低處為低潮,二者的高差稱為潮差。同壹地段,潮差大小取決於日月與地球的關系,當月地日三者位於同壹線上時,即朔望月潮差最大,稱為大潮(圖8-4A,C),發生在農歷初壹、十五之後1~2天;上弦月或下弦月潮差最小,稱為小潮(圖8-4B,D),發生在農歷初八、九及二十二、二十三後1~2天。

圖8-4 潮汐形成示意圖

潮汐從低緯度海區逐漸向高緯度海區減小,極地海區沒有大、小潮的區別。

由潮汐引起的海上水面高度變化迫使海水作大規模水平運動,形成潮流。潮流流速壹般4~5km/h,在狹窄的海峽或海灣中,流速加快,如中國杭州灣的錢塘江潮,流速高達18~22km/h。

3.洋流

海洋中壹種流速穩定、規模巨大,而有規律的定向水流,稱為洋流(海流)。

地球上穩定的盛行風在地球表面不停地朝固定方向刮,通過風對水面的壓力和風與水面的摩擦力而使海水不斷向前移動,洋流由此形成,這種洋流又稱為風洋流(風海流)。此外,洋流也有因各地海水密度、鹽度、溫度不同而引起。

根據洋流的溫度與所流經海域的溫度比較,可將洋流分為暖流和寒流。如赤道海域的洋流流向高緯度的海區為暖流,反之稱為寒流。

洋流的流動既有水平方向的,也有垂直方向的,控制的因素除上述的盛行風、海水密度差、溫度、鹽度外,還受地轉偏向力、海底地形、海岸輪廓、島嶼等因素制約。洋流的速度壹般不超過0.5~1.5m/s。

4.濁流

濁流是壹種特殊的局部性海水流動,是由碎屑物和水混合而成的、在重力作用和其他因素觸發下,沿大陸架和大陸坡以較快的速度向下流動的渾濁沈積物流。

濁流發源於大陸架之上或大河流的河口前緣。此處厚度大而松散的堆積物(砂、泥,有時挾帶礫石),在暴風浪、潮流、地震及火山等觸發下,與海水攪和在壹起,在重力作用下向下流動,而形成濁流。並在大陸基堆積形成海底沈積扇(圖8-5)。

圖8-5 深海扇示意圖

(據夏邦棟,1995)

濁流的存在已為諸多事實所證明。如深海勘探發現在大洋盆底有生活在淺水環境中的底棲動物介殼(或骨骼)、陸生植物碎片、分選良好的砂質堆積物。只有能量強大的濁流才能將其搬運到大洋盆底。另外,1929年大西洋大灘地震,引起海底滑坡並形成速度約19.1m/s的濁流,沖斷了海底電纜,並在約1.6×105km2範圍內,深海成因的粘土沈積物上面堆積了0.4~1m厚的粉砂物質。

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