鐵達尼寂寞了80年的世界其實是活的

從北極說到南極 從水下談到天上

海洋大學海洋科學系 胡健驊 講

[回教學研究選單]

演講綱要:

 一、故事 六、聖嬰—海洋與大氣的關係
 二、背景 七、天氣異常及氣候變遷
 三、事實—深海的密度流  八、南、北極冰帽的重要性—地球村的概念
 四、平衡的結果—產生湧升流 九、台灣在全球海洋科學上的地理重要性—我們正在做的事
 五、兩個湧升流的例子   參考書目方向

演講人:胡健驊

海洋大學海洋科學系第一屆畢業生
美國威斯康辛大學海洋學博士
美國加州大學Scripps海洋研究所工作六年
海洋大學海洋科學系教授(目前兼任系主任)
研究方向:洋流-以黑潮為主、南海環流次之
潮流-以台灣東北沿岸為主
環境-以核電廠溫排水為主
南極-探討狹灣的生態動力
混沌-海洋裡有什麼混沌現象

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一、故事

  八十多年前,巨無霸鐵達尼號郵輪在北大西洋靠近美國與加拿大邊界的外海撞上冰山沉沒海底,孤獨安靜地埋葬在千百公尺深的死黑深淵﹙圖一﹚。隨船而下的人屍骨已寒,靈魂穿梭遊蕩於船骸碎片之間,一片死寂,令人無限哀恐。但事實可能不然,那裡並非是個完全死亡的世界,縱使那裡漆黑一片,冰冷高壓。令人嚇一跳的,是那裡居然跟海面相似,有充分的氧氣和提供生命所需要的營養鹽類。那些魂魄並不寂寞,週遭的生命也許熱鬧的很呢。

  電影裡高科技遙控裝備尋獲了鐵達尼殘骸,不但潛進船艙,翻箱倒櫃,最後打開保險櫃,取出一張畫來。這些現代海下科技能力都是事實,並非虛構。八十多年來,海洋科技有大幅進步,鐵達尼事件不會再有,但還知道些甚麼呢?

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二、背景

  地球是圓的,太陽照射所分配給的能量,南北有別。好在有海洋,否則赤道的熱足以烘死人,溫帶也變成酷寒。如今赤道水溫僅攝氏三十多一點兒,到南、北緯六、七十度以上才有結冰的海洋,這就是海洋在低緯區吸收熱量、再藉洋流送到高緯去暖和的調節功能。

  但相同緯度的陸地多半還是比較熱﹙低緯區﹚或冷﹙高緯區﹚。北大西洋的格林蘭島是個永久凍原﹙或叫冰河—跟河無關,是中譯的不當﹚,而其東邊的海洋卻因沿美國東岸北上的溫暖洋流而波濤洶湧就是一例。糟的是格林蘭島上厚實的冰層常在岸邊崩落入海,巨大的冰塊隨流漂移就是所謂的冰山。看過杯中冰塊即知,露出水面的冰遠比水下小的多﹙1:10﹚,是它可怕之一。

  格林蘭的冰山隨加拿大沿岸的冷流南下,在美、加交界海域遇上北上的暖流,一時間壁壘分明,中間的交界叫「鋒面」。暖流蒸發出濕暖的空氣,空氣流動卻不受海上鋒面的阻隔,一旦飄到冷水上方,便凝結成霧氣。所以冰山海域常伴隨大霧,是可怕之二。

  航海所費不貲,不是順流而行,就是挑最近的路走。平面上兩點最近的是直線,球面上走最近的路叫「大圈航行法」。赤道一圈比任何緯度的一圈都大,所以是最大圈。所有經度圈都是最大圈,所以大圈就是一刀切過球心得到地表的一圈。大圈上兩點的距離比在球面上這兩點間畫的任何線都短﹙想通了嗎?﹚,故最經濟。從美國去英國,順暖流往東北走即可;返回時,避開逆流,只好選大圈航線,正好跑進冰山冷水區也在所不懼。為了快又賺,愛拼才會贏,不是嗎?是可怕之三。

  結果拼出來的是高科技。這些航線至今不變,冰山依舊,靠現代的雷達聲那導航,安全上幾乎萬無一失,剩下的是人類的驕傲,不知何時要再踢冰山一腳。

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三、事實—深海的密度流

  北極海是個大冰帽,格林蘭周圍冰山重重,那兒的海面水因之寒冷而沉重,也就是密度大的意思。於是不斷緩慢下沉,把表層含氧量高且富營養鹽的水一直沉到海底,然後順著海底往赤道方向慢慢地流去﹙圖二﹚,而且慢得讓人幾乎量不出來。三十年前還以為大洋之底是靜止的,所以國際上同意拋沉核廢料至深海存放,如今禁止了。

  海洋表面的大型環流是風吹出來的,又快又急,叫「風吹流」﹙圖一﹚。這個海底的慢郎中則叫「密度流」,北半球有,南半球的南極也造一個。大西洋有,太平洋也有。大家一起在海底擠到赤道去,再慢,千百萬年來也早把赤道擠得「水洩不通」,最後都去哪兒啦?

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四、平衡的結果—產生湧升流

  海底地殼是硬的,周圍陸地海岸也是硬的,南、北兩端灌下去的水,要平衡進出,當然只好從海面冒出來,那就是湧升流。開放海洋﹙?﹚有全面性的湧升,那更是湧得急死人地慢,要想量它有多慢,休想。靠數學估算一番有可能,但最簡單的證明就是大洋的溫度垂直結構。

  如圖三所示,海上因有陽光照射及洋流波浪的攪和而有一層高溫的混和層;以下溫度劇降,溫度線很斜,叫斜溫層;再以下溫度很低而且相似,叫恆溫層。混和層的熱量是靠傳導擴散向下慢吞吞地輸送給斜溫層,因此越深,傳到的越少。但就算很慢而且有限,千百萬年來,也該把溫度弄得像圖三的虛線所示才是。而結果卻是上、下各一個溫度相似的一層水,不難理解,上有熱源,下必有冷源,才會把斜溫層搞得那麼陡。那就是海洋全面性的深海湧升,到達斜溫層時開始接受上層水高溫的洗禮。

  不過,有趣的是臉上的青春痘,擠擠壓壓噴一個出來。海洋裡有許多局部的、上升快的﹙但別以為像噴泉﹚、衝到表面的、涼涼的、營養鹽﹙動物屍體的碎屑﹚豐富的…..湧升流,因此帶來雨量、帶來魚類、帶來鳥類、帶來大便、帶來肥料、帶來農業、帶來經濟、帶來幸福快樂的日子。臉上的痘痘代表青春活力,應該受歡迎。

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五、兩個湧升流的例子

  台灣東北角澎佳嶼附近就一個有名的湧升流,難怪那裡自古就是咱的重大漁場。不過它的產生跟鐵達尼的不寂寞沒關係,而是流過台灣東邊那個世界更知名的黑潮在那兒繞個彎給甩出來的。台灣的學者為它瘋狂了許多年,到今天還在研究它的這這那那,不知道它有沒有世界性的影響力。

  為甚麼這樣白日夢?因為太平洋的對岸、南半球的祕魯外海,就有這麼一個不得了的湧升流﹙圖一﹚。它不僅給了祕魯好日子,還藉著南半球逆時鐘旋轉的洋流把冷水大量供給赤道,然後一邊兒被太陽加熱,一邊兒向西流到亞洲,才不至於流到台灣的時候變成了開水。不過它的厲害卻是在它拗的時候,也就是不正常、發小姐脾氣的時候。它不玩了,或只是意思意思吐兩口冷水,就鬧得世界天翻地覆。

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六、聖嬰—海洋與大氣的關係

  每隔若干年—沒有一個定數—所以沒有週期地發生祕魯湧升流威力衰減或消失,因而所有連串的美好跟著化為烏有,換來不可思議的災難惡相,予人世界末日的聯想。偏巧,它多半發生在年底,耶穌就在年底出生的,聖經並預言耶穌將再來世界,那是審判、毀滅的時候。天主教徒的祕魯住民自古即揣測,原來的美好在聖誕節期間轉眼成空,莫非耶穌再來,而呼之「聖嬰」。按西班牙文El Nino﹙讀如艾尼紐﹚即英文The Baby,也有翻音稱為艾尼紐效應的。

  祕魯有天災,干世界何事?那邊兒海裡的湧升流停止了,冷水不再供應赤道,赤道水溫升高﹙約一、兩度﹚,高溫水很快散佈到熱帶太平洋海域,也等於帶去了大量的熱。這些能量注入大氣,迫使主要的天氣結構—高、低壓中心—更換位置。太平洋變動了,拉扯全球天空一起振盪,於是全球天氣開始作怪:該風不風,該雨不雨;養千萬牛羊的草原突然乾旱,草死牛死還要起個原野大火烤一烤;沙漠大雨,泥水洪流,不是甘露,是死亡;台灣一個颱風也不來,是恭喜?還是大旱災?

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七、天氣異常及氣候變遷

  天氣異常看來是天意,但根據近年來的資料顯示,人為因素恐怕也有份了。換言之,近來聖嬰現象發生的方式似乎逐漸不同於以往。但因「天氣」是短暫的,異常一下就恢復舊貌,影響或破壞還算表面,不深入。而人的作為之偉大如同螞蟻搬家,是一點兒一點兒破壞的累積,短暫一時的天氣異常是不容易察覺這一點兒的。不過,人類十年、二十年、三十年地做壞事,「氣候」可要變遷了。氣候是長期趨勢的概念,一但走偏了,影響深遠而全面,要想再恢復,想八年吧﹗

  溫室效應是最可怕的氣候變遷。你家我家每天多燒一點兒汽油,多用一張衛生紙,天空外邊兒的二氧化碳就多一點兒,地上的樹就少一點兒,氧氣就更缺一點兒…..。那一層越來越厚的二氧化碳就像塊玻璃,太陽光射得進來,卻彈不出去,於是我們的地球就越來越熱了。西伯利亞的人可高興啦,但代價是南、北極的冰帽逐漸融解,全世界的動物園也裝不下無家可歸的企鵝和北極熊,更罔論被海面升高而淹沒的沿岸平原上億萬的人類自己。看過「水世界」這部片子嗎?是誇張了。但科學家估計冰帽全化以後海面上升十公尺,那是三層樓高,請問你要搬到哪裡去?

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八、南、北極冰帽的重要性—地球村的概念

  冰帽離我們太遠,台灣的民眾很難關心它、認識它,若非鐵達尼風靡,恐怕連那一點兒震撼也莫有。冰帽是地球千百萬年的歷史記憶體,更是現在的環境指標。聯合國發行了一份五隻企鵝昂首歌唱的海報,配了六種文字,中文是其一,寫的是:

不 要 破 壞 南 極 地 方
南 極 是 世 界 的 無 價 之 寶

  狹義的破壞是指人類踏上南極去爭奪開發,拿走東西,留下垃﹙ㄌㄚ﹚圾﹙ㄐㄧ﹚。可是,科學已經告訴大家,你在台灣就可以踐踏南極,或北極。它的冰帽丟了,你我絕對沒好日子過。地球本一村,其實沒有那麼大。

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九、台灣在全球海洋科學上的地理重要性—我們正在做的事

  台灣很小,可是它落在一個有趣的地方。上面說過,舉世聞名的黑潮通過東邊。捷運通過我家旁邊,我家不會有名。但捷運在我家前面彎來轉去、奇怪複雜,我家一定是名勝古蹟,不可輕忽。打從台灣南端的巴士海峽﹙應該叫呂宋海峽﹚,碰上蘇澳外邊兒的海脊,到北邊兒的澎佳嶼﹙前頭也提過﹚,強大的黑潮居然歪歪扭扭、跌跌撞撞;忽而漏掉一堆水,過會兒又賺回一團來。春夏秋冬不一樣,艾尼紐也有點兒怪怪的。有人說它會溜進台灣海峽,更精采的是把南中國海﹙簡稱南海,在哪兒?﹚比成黑潮的洞庭湖。冬天北風逆向,黑潮受迫,部分水從呂宋海峽灌進南海﹙儲存嗎?不清楚﹚;夏天反其道,又送回去。

  一大堆問題科學家還沒搞清楚。前面說過,赤道的熱要藉洋流傳到北方去,連黑潮怎麼流都尚未弄清楚,別的多少是瞎猜。可見問題很嚴重,又發生在家門口,全世界等著看我們怎麼做,是很有面子的事,我們最好別馬虎。還有好多其他地質的、化學的、生物的…..等等未決的海洋科學問題。

  台灣海洋科學界正在忙,許多的經費、許多的智慧,足夠的物力、卻是不太夠的人力,正一批批地投入。科學以外,還有技術,還有工程,有太多的領域,太多的工作。學者們忙於高難度的研究,國家卻希望把成果同時普及於民眾。「海洋科技博物館」於是應聲而起,擔負居間橋樑的重任。它把「海洋」介紹給大家,希望大家風靡它超越鐵達尼。

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參考書目方向:

通俗刊物:牛頓雜誌,科學月刊,國家地理雜誌,一般報章雜誌相關報導。
專門書籍:海洋學、氣象學、地球科學等大學用書,中學地科教科書。

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