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同样是海洋科学,为什么人家的研究和结论这么有趣?

桔灯勘探2018-09-22 08:35:56

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什么是海洋科学?
海洋科学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律,以及与开发利用海洋有关的知识体系。它的研究对象是占地球表面71%的海洋,包括海水、溶解和悬浮于海水中的物质、生活于海洋中的生物、海底沉积和海底岩石圈,以及海面上的大气边界层和河口海岸带。因此,海洋科学是地球科学的重要组成部分。


从上面看起来海洋科学跟别的科学研究并没有么不同,对一般人来说咋看起来都是枯燥无味的,不过真正的行家才知道其中乐趣无穷,下面我们就来看看到底有哪些有趣的东西呢?



1
尺度

空间上,海洋的水平尺度(几千公里)与垂直尺度(几千米)的比值约是1000:1。拿起一张A4纸,像下图一样略微弯曲,你就获得了一个大概的三维海洋的尺度模型。



这说明了什麽?说明在大多数开放大洋,垂向的过程相对于水平过程,都是可以忽略的。而这也是为什么,只要达到10^-5 m/s的垂直流速,就可以被称为上升流。


2
永恒运动的海洋

第一次看到这个NASA 永恒的海洋 Perpetual Ocean视频的时候,很震撼于海洋中无止境的运动。



是不是有点像梵高的星空?



然而,海洋里面还有比图中的运动更小尺度的过程,也是现在物理海洋研究的前沿领域:亚中尺度(<10千米尺度)过程:


注意下比例,就可以发现框中的运动尺度远小于上图视频中的运动。


不同尺度的过程还会互相作用,产生不同的响应。比如亚中尺度过程,往往就具有强垂向流速、强水平混合的特征,会影响更大尺度上的能量传递和物质输运。


再比较平常看到的洋流图:



真实海洋远比我们所知道的、我们所了解的来得复杂得多。


3
温盐环流和气候

海洋在气候变化中起的是怎样的作用呢?海洋承载了地球系统中,90%的热量。而水是自然界中比热容最大的化合物,海洋能够吸收大量热量而不引起很大的温度变化。因此是地球气候的大中央空调,能制冷也能制暖。


而海洋对气候最重要的作用,就是通过洋流(就像海洋中的一条条河流,当然海洋的量级更大,所有河流的流量的总和,只是黑潮(一条比较大的暖流)”的1/20)调节气候。


整个地球行星尺度的洋流循环,是“温盐环流(Thermohaline Circulation)”,或者称为“大洋传送带(the conveyer belt)”。也就是电影《后天》气候变异的直接因素。



温盐环流示意图。红色表示表层流,蓝色表示底层流。


整个周期,达到了千年尺度。也就是说,从北大西洋下沉的水,需要数千年才能到达北印度洋和北太平洋,重新与大气接触(千年等一回,我无悔啊啊啊~~)。


这么慢的流速,实际上是观测不到的。那如何得知其存在?

事实上,最早也不是物理海洋学家,而是由海洋化学家Wallace Broecker在1987年通过同位素衰变的证据发现的。通过测定水团离开大气的年龄,推算深层水团的运动。


(插一句,该发现堪称海洋化学发现的明珠,Wallace 的创造力令人折服。)


4
大气影响海洋,还是海洋影响大气?

长时间尺度上,比如十年尺度,海洋很大程度上影响了大气的运动。比如上文提到的温盐环流,就可以通过吸收和释放热量,调整地球纬向的热量平衡。


然而近期有证据表明,在很短的时间尺度上,比如一天,海洋的热量也是可以调整和影响海表风的强度。


5
南极磷虾

关于南极磷虾,大家都知道南极磷虾的储量很大,是须鲸类摄食的主要初级生产力。关于磷虾的储量科学家主要是通过猎食磷虾的上层食物链如海豹企鹅须鲸的物种数量通过一定公式估算的。磷虾冬季可摄食的冰藻减少,它的身体会发生收缩,既负生长,但其头部大小却不会收缩,所以可以根据头部与身体的比例大小来估算磷虾的生长程度之类的。


6
中国的沙尘暴

一个挺有意思的海洋研究是说,中国的沙尘暴是美国夏威夷生物多样性的福利。一提沙尘暴大家都很唏嘘,但其实沙尘暴也是海洋生态系统营养盐的重要来源。虽然中国和美国远隔太平洋,但大洋环流和大气气溶胶的力量是很强大的,有相关同位素失踪或者类似研究证明中国的沙尘暴对美国,墨西哥等大洋彼岸都有影响。



7
蓝线条纹冰山


澳大利亚南极局南大洋生态系统项目负责人史蒂夫·尼科尔拍摄。


是不是很像条纹码? 扫描此条纹码,即可获得冰镇可乐一瓶( ´ ▽ ` )ノ
形成的原因是新冰由于大量微小气泡产生的影响呈白色,蓝冰条纹由灌入冰山裂缝的淡水所致,灌入之后迅速冻结。


条纹的分布则可能与它们反映出降雪和温度的季节差异有关。


8
鲸豚类的性行为

关于鲸豚类有非常多有趣的研究。

如 海豚平均每年会强奸14个人...
海豚用生殖器插死鱼嘴...
蓝鲸的阴茎可达2.5 -3米长...蛋蛋在性成熟期重量可达45千克



灰鲸的性行为是这样的... 因为X很容易脱落,第二头雄性会顶住雌性的背部来稳住雌性,然后几个小时后..  最下面的雄性会和性交完的雄性交换..  传说中的3p......



9
最孤独的鲸

这个应该很多人听过,还有一首歌《化身孤岛的鲸》。

一头灰色鲸鱼在以色列沿海突然出现,经过鉴定,发现这可能是世上最孤独的鲸。



她叫Alice,她1989年被发现,从1992年开始被追踪录音。在其他鲸鱼眼里,Alice就像是个哑巴。她这么多年来没有一个亲属或朋友,唱歌的时候没有人听见,难过的时候也没有人理睬。原因是这只孤独鲸的频率有52赫兹,而正常鲸的频率只有15~25赫兹,她的频率一直是与众不同的。


10
鳑鲏鱼和河蚌互换托儿所


进入繁殖期的鳑鲏鱼会选择合适的蚌作为托儿所,河蚌张开的鳃瓣,对于繁殖期的鱼来说是最大的诱惑。发情后,雌鱼会伸出长长的产卵管,一番仔细察看后,将产卵管探进蚌的鳃孔中快速产下卵粒。此时雄鱼也会变得格外艳丽,同时排出精子。鱼卵会在蚌的鳃瓣中孵化,小鱼将依托蚌的庇护,发育到能独立生活后才离开。


当然,蚌也不是无偿给当托儿所的,在产卵的同时,蚌会释放出大量“幼虫”,它们会用足丝和钩把自己牢牢固定在的鳍和鳃上,寄生到它们能独立生活以后才沉到水底,潜伏在泥沙中长大。这种看似“鱼蚌相争”的行为其实是一种互利共生现象,并不会给对方造成伤害,反而可以提高繁殖成功率,迅速扩大种群。



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