破解海水“粘船”之謎

100 多年前，在大西洋西北洋面上，有一艘漁船正在進(jìn)行捕撈作業(yè)。漁船把網(wǎng)撒到海里，便拖著漁網(wǎng)前進(jìn)。突然，船速明顯降低，仿佛從沙灘上奔向大海的人一下水就走不動(dòng)似的。

船長命令全速前進(jìn)。可是任憑機(jī)器怎么吼，螺旋槳怎么轉(zhuǎn)，這船卻一步也不能移動(dòng)了。會(huì)不會(huì)是漁網(wǎng)拖住了什么東西？

船長下令：“收網(wǎng)！”

船員們拼命地往上拉漁網(wǎng)。可是，越拉，大家越覺得奇怪：從來都是撒開的漁網(wǎng)，今天卻被卷成長長的一縷，仿佛有一只巨手扯著漁網(wǎng)，要把漁船拖向可怕的深淵。

“棄網(wǎng)！”船長果斷地下令。

船員們操起斧頭，三下兩下就把漁網(wǎng)砍斷了。然而，這一切都無濟(jì)于事，漁船仿佛被粘性無窮的膠水粘住了，一點(diǎn)也動(dòng)彈不了。

正當(dāng)船員們絕望的時(shí)候，突然有人發(fā)現(xiàn)漁船開始動(dòng)彈了，起先是慢慢移動(dòng)，接著越來越快，終于脫離了這個(gè)令人恐怖的地方。

漁船返港了。船員們向親人訴說著這次奇遇。可船為什么會(huì)被海水“粘”住？他們除了解釋是海怪作祟外，誰也說不清到底是怎么回事。

無獨(dú)有偶，海水“粘”船的事也被挪威著名探險(xiǎn)家南森遇到了。

自小就立志做一個(gè)北極探險(xiǎn)者的南森，為了證實(shí)北冰洋里有一條向西的海流經(jīng)過北極再流到格陵蘭島的東岸，不顧親人的勸阻，設(shè)計(jì)制造了一條沒有龍骨、沒有機(jī)器的漂流船。這條船好像切成兩半的椰子殼，船壁堅(jiān)厚，船頭上伸出一根又粗又硬的長角。南森給船命名為“弗雷姆”號(hào)，翻譯成中文就是“前進(jìn)”號(hào)。

1893年6 月19日，南森率船從奧斯陸港出發(fā)向北極方向駛?cè)ァ? 月29日，當(dāng)船行駛到俄國喀拉海的泰梅爾半島沿岸時(shí)，突然走不動(dòng)了，船被海水“粘”住了。

頓時(shí)，船上一片混亂，有的在絕望地呻吟，有的在祈禱：“死水，死亡之水呀，我們就要葬身在這里了，上帝救救我們吧！”

畢竟是探險(xiǎn)家，南森沒有一絲驚慌的表情。他環(huán)視了海面，只見四周風(fēng)平浪靜，離岸也很遠(yuǎn)，不是擱淺，也沒有觸礁。那么，問題出在哪里呢？南森想，可能就是碰上傳說中的“死水”了。他認(rèn)真測量了不同深度的海水，記錄下了觀測的結(jié)果。

船員們對(duì)南森的行為不解，有人問：“隊(duì)長，你在海水里測了半天，這到底是怎么回事？海水里有海怪嗎？”

南森回答道：“不是海怪作祟。這‘死水’的奧秘總有一天會(huì)弄明白的。”

不一會(huì)兒，海上刮起了風(fēng)，“弗雷姆”號(hào)風(fēng)滿帆張又開始移動(dòng)。船員們歡呼雀躍，慶幸自己死里逃生。

此時(shí)，南森仍在琢磨著。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)船停在“死水”區(qū)不能挪動(dòng)一步時(shí)，那里的海水是分層的，靠近海面是一層不深的淡水，下面才是咸咸的海水。他想，船被海水“粘”住的原因可能在此。

南森在寒冷的北極海洋中漂流了3年零2個(gè)月，終于弄清了北冰洋中心區(qū)的冰層和極地冷水下面，確實(shí)有大西洋流來的一條海流；同時(shí)，他還總結(jié)了浮冰的規(guī)律。

1896年8月 15日，南森經(jīng)歷了千辛萬苦之后，終于回到了挪威。他沒有陶醉在一片恭維聲中，而是請(qǐng)來了海洋學(xué)家埃克曼，共同探索“死水”的奧秘，終于弄清了其中的道理。

原來，海水的密度各處不同。一般說來，溫度高的海水密度小，而溫度低的海水密度大；鹽度低的海水密度小，而鹽度高的海水密度大。如果一個(gè)海域里有兩種密度的海水同時(shí)存在，那么，密度小的海水就會(huì)集聚在密度大的海水上面，使海水成層分布。這上下層之間形成一個(gè)屏障，叫“密度躍層”。這“密度躍層”有的厚達(dá)幾米。這種穩(wěn)定的“密度躍層”可以把海水分成兩種水團(tuán)，分別位于躍層的上下，并以躍層作為界面。如果有某種外力（如月亮、太陽的引潮力、風(fēng)、海流的摩擦力等）作用在界面上，界面就會(huì)產(chǎn)生波浪。這種波浪處于海面以下，人的肉眼完全看不見，因此稱之為內(nèi)波。

在海岸附近，江河入海口處，常常形成“沖淡水”，鹽度和密度顯著降低，它們的下面如果是密度大、鹽度高的海水，就會(huì)形成“密度躍層”。夏季寒冷地區(qū)海上浮冰融化了，含鹽低的水層浮動(dòng)在高鹽高密度的海水之上時(shí)，也會(huì)形成“密度躍層”。南森遇到的就是后一種情況。

一旦上層水的厚度等于船只的吃水深度時(shí)，如果船的航速比較低，船的螺旋槳的攪動(dòng)就會(huì)在“密度躍層”上產(chǎn)生內(nèi)波，內(nèi)波的運(yùn)動(dòng)方向同船航行方向相反，內(nèi)波的阻力就會(huì)迅速增加，船速就會(huì)減低下來，船就像被海水“粘”住似的寸步難行。當(dāng)年南森的“弗雷姆”號(hào)被“粘”住時(shí)，船速就由4.5節(jié)突然降低到1 節(jié)。后來，是風(fēng)的推力超過了內(nèi)波的“粘”力，才使南森的船脫險(xiǎn)。

“死水”區(qū)的內(nèi)波，由于水質(zhì)運(yùn)動(dòng)的方向不同，不但會(huì)把漁船的漁網(wǎng)擰成一縷，還會(huì)使船舵失靈，甚至?xí)勾幻院健?/p>

科學(xué)家經(jīng)過計(jì)算，得出內(nèi)波的速度一般在2 節(jié)左右，如果航速大大超過內(nèi)波速度時(shí)， 海水就無法把船“粘” 住了。如今艦船速度大大超過內(nèi)波速度，因而海水“粘”船現(xiàn)象就成為了歷史。

雖說“密度躍層”產(chǎn)生的一般性的內(nèi)波“粘”不住現(xiàn)代艦船了，可“密度躍層”卻能壓住水中下潛的潛艇。

一次，有一艘潛艇奉命巡航，來到預(yù)定海域后，潛艇均衡完畢，艇長下達(dá)了下潛的命令。不一會(huì)兒，潛艇順利下潛，5 米、10米、20米……一直到40米時(shí)都很正常，當(dāng)潛艇下潛到50米時(shí)，升降舵手報(bào)告說，已經(jīng)到達(dá)海底了。艇長說：“不對(duì)呀，這個(gè)海區(qū)深度100多米，怎么下潛一半就到底了呢？”

艇長下令停車檢查，深度計(jì)完好無損，其他儀器也都正常。到底是怎么回事呢？

艇長一拍腦門：“準(zhǔn)是碰上‘液體海底’啦！”

果不其然，這艘潛艇被“液體海底”托住了。

“液體海底”就是“密度躍層”。海水密度一大，浮力就大。加上這“密度躍層”又有幾米厚，這么厚的“屏障”，再加上均衡好的潛艇在水下力矩又小，因此，就被這“液體海底”托住了。

這時(shí)，只要潛艇用升降舵造一個(gè)傾角，開足馬力，就可以擺脫“液體海底”的巨掌。

1960年1 月23日，瑞士的雅克皮卡爾乘坐“的里雅斯特”號(hào)深潛器，開始了人類首次潛入世界大洋中最深的地方馬里亞納海溝時(shí)，多次遇到“液體海底”的粘托。

那天上午，“的里雅斯特”號(hào)以每秒1米的速度緩緩向1萬多米深的海溝潛去，幾分鐘后，深潛器突然停止下潛。難道這么快就著底了？不，不可能，這里是萬米深淵，離海底還遠(yuǎn)著哩。那么，是深潛器出故障了嗎？也不會(huì)，因?yàn)椤暗睦镅潘固亍碧?hào)久經(jīng)考驗(yàn)，況且下潛前又經(jīng)再三檢查，絕不會(huì)有什么問題。

雅克皮卡爾又檢查了一遍機(jī)械，沒發(fā)現(xiàn)異常。當(dāng)他視察海水溫度表時(shí)，發(fā)現(xiàn)海水的溫度變化劇烈。這時(shí)，他才明白，原來是“密度躍層”在作怪。

皮卡爾放掉一些汽油，放進(jìn)一些海水，從而增加了深潛器的重量。這樣，深潛器就突破了“液體海底”的阻擋，繼續(xù)下潛了。

令人驚異的是，下潛僅10米，深潛器又一次被“粘”住了。他不得不再次調(diào)整壓載重量，又一次突破“液體海底”的阻擋。

下潛20米后，深潛器第三次被“粘”住。

這樣折騰了4 次，深潛器才完全沖破“液體海底”設(shè)置的“封鎖線”，一路順暢潛到萬米海底，創(chuàng)造了人類探險(xiǎn)史上的新紀(jì)錄。

雖然“密度躍層”已不能“粘”住現(xiàn)代艦船，但對(duì)“密度躍層”的研究卻極有軍事價(jià)值。“密度躍層”厚達(dá)幾米，海水的密度增大，仿佛筑起一道厚厚的“墻”，聲納發(fā)出的聲波碰到這堵“墻”，就被反彈回去。當(dāng)潛艇遇到水面艦艇的追捕時(shí)，如果鉆到“密度躍層”下面，水面艦艇聲納發(fā)出的聲波穿透不了“密度躍層”，就會(huì)成為“聾子”和“啞巴”，而潛艇卻能安全撤離或發(fā)起反擊。

在“密度躍層”中，躍層的上下界面使聲波產(chǎn)生折射，造成聲波只能在“密度躍層”中向前傳播，于是形成了一條水下“聲道”。聲波在聲道中衰減很少，可謂暢通無阻，傳播的速度和距離令人驚嘆。1960年3月1日，在澳大利亞西南附近海中投下6 枚深水炸彈，爆炸聲波在水下1200米的“聲道”里向外傳播，繞過好望角，折向赤道，經(jīng)3 小時(shí)43分鐘，被北半球百慕大群島的水聲站收到。爆炸聲波傳播繞地球半圈，并無明顯減弱。可見聲道真是聲波傳播的“高速公路”。

利用“密度躍層”中的“聲道”，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離水下通訊。例如在海軍基地裝上水下測聽和通訊系統(tǒng)，遠(yuǎn)航的潛艇裝備相應(yīng)的設(shè)備，就可以與基地指揮機(jī)關(guān)進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)，最大通訊距離可達(dá)4000多公里。

另外，由于“密度躍層”如屏障橫亙海中，影響了上下層海水交換，造成下層海水缺乏溶解氧，再加上硫細(xì)菌使沉積海底的大量有機(jī)物產(chǎn)生高濃度的硫化氫氣體，海洋生物難以在下層海水中生存。因此，“密度躍層”強(qiáng)烈的地方，生物主要生活在上層海水中。而且，內(nèi)波引起的水文變化，迫使海洋生物活動(dòng)的區(qū)域和范圍也發(fā)生變化。可見，對(duì)“密度躍層”的研究，在軍事和經(jīng)濟(jì)上都有重要意義。