高中地球科學/海洋運動
海洋水始終處於運動狀態（圖 14.7）。從北到南，從東到西，以及從海岸向上和向下，海水在全世界範圍內流動。這些運動可以解釋為許多單獨力量的結果，包括風、水、月球和太陽的位置、地球的自轉以及陸地地形的區域性條件。
- 定義波浪並解釋它們的形成
- 描述導致潮汐的原因。
- 描述表面洋流的形成方式以及它們如何影響世界氣候。
- 描述深層洋流的成因。
- 將上升流區域與其對食物鏈的影響聯絡起來。
波浪是一種透過物質或空曠空間傳遞能量的擾動。聲波透過空氣傳播，地震透過固體地球傳送強大的波浪，宇宙飛船的無線電波穿過數百萬英里的真空空間傳播，海浪透過水傳播。所有這些型別的波都能夠將能量傳遞到很遠的距離。波浪的大小及其傳播距離取決於波浪攜帶的能量大小。
最常見的波浪出現在海洋表面。衝浪者在這些波浪上玩耍，滑板愛好者在這些波浪上騎行。這些波浪主要由風產生。影響波浪大小的風有三個因素：1）風速，2）風吹過的距離，以及 3）風吹過的時間。這些因素越大，波浪就越大。
波浪可以透過其振幅來衡量，振幅是從波峰（波浪的頂部）到波谷（波浪的底部）垂直測量的距離。它們還可以透過其波長來衡量，波長是兩個波峰之間的水平距離（圖 14.8）。當風吹過水麵時，能量就會傳遞到水中。這種能量的傳遞可能會產生微小的漣漪，這些漣漪在風停下來時會消失，也可能會產生較大的波浪，這些波浪會一直持續到它們到達海岸。大多數波浪都會到達海岸。
科學家有時透過測量波浪的速度來描述波浪。波浪的速度是透過測量一個波長透過所需的時間來確定的。有趣的是，海洋中的粒子並沒有被波浪明顯地移動；儘管它們被波浪上下翻動，但粒子往往會停留在它們所在的位置。
當海底地震、滑坡或隕石撞擊海洋導致海洋水快速變化時，也會形成波浪。這些波浪被稱為海嘯（圖 14.9），可以以每小時 800 公里（每小時 500 英里）的速度傳播。海嘯在深海中的波高很小，往往不易察覺。然而，當海嘯接近大陸架時，波高就會增加。波浪速度也會因與較淺海床的摩擦而減慢，這會導致波長減小，從而形成更高的波浪。許多被海嘯襲擊的人都沒有意識到它即將到來。海嘯預警系統對於保護沿海地區和低窪國家非常重要。
波浪在靠近海岸時會破碎。這是由於波浪與海床的相互作用。當波浪撞擊海岸時，波浪底部能量會傳遞到海床，這會減慢波浪底部速度。然而，波浪頂部，即波峰的能量，則繼續以相同的速度前進。由於波浪頂部比底部移動得快，因此波峰會傾倒並向下崩潰。
風是導致海洋表面波浪的主要力量，但它不會導致潮汐。潮汐是任何特定地點海洋水位每天的變化。導致潮汐的主要因素是月球和太陽的引力（圖 14.10）。
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| 圖 14.10: 北美緬因灣芬迪灣的高潮（左）和低潮（右）。芬迪灣擁有地球上最大的潮差之一。 | |
月球如何影響海洋？由於月球是太空中一個相對較大的天體，它離地球很近，因此它的引力實際上會將地球的水拉向它。無論月球在哪裡，當它繞地球執行時，都會有一個與月球保持一致的高潮“凸起”。地球上遠離月球的一側也存在一個高潮“凸起”。這是因為地球比其遠側的水更靠近月球。月球的引力對地球的拉力比對另一側水的拉力更大。這兩個與月球保持一致的地球兩側水凸起是高潮。由於海洋水在兩個高潮區域被拉得更高，因此兩個高潮區域之間的水位較低。這些區域是低潮（圖 14.11）。
潮差是高潮時海平面與低潮時海平面之間的差異（圖 14.12）。有些地方的潮差比其他地方大。高潮每天大約出現兩次，大約每 12 小時 24 分鐘出現一次。
月球的引力是造成潮汐的主要原因，但太陽也發揮作用（圖 14.13）。太陽比我們的月球大得多。它的質量大約是月球的 27,500,000 倍。如果一個像太陽這樣巨大的物體像月球那樣靠近地球，它將產生巨大的潮汐。然而，它離地球太遠了，因此它對潮汐的影響只有月球的一半左右。當太陽和月球對齊時，它們的影響會疊加在一起，產生比正常更高的潮汐，稱為大潮。
大潮是潮差最大的潮汐。儘管它們的名字，大潮並不只發生在春季；它們全年都會發生，只要月球處於新月或滿月階段，大約每 14 天發生一次。
小潮是潮差最小的潮汐，發生在當地球、月球和太陽形成 90° 角時。它們發生在大潮之間，即月球處於上弦月或下弦月時。這是因為月球的高潮發生在與太陽的低潮相同的位置，而月球的低潮則被太陽的高潮疊加。
吹過海洋水的風會產生波浪。它還會產生表面洋流，表面洋流是水平的水流，可以流動數千公里，深度可達數百米。表面洋流是海洋中重要的一個因素，因為它們是決定全球氣候的主要因素。
地表洋流受三個主要因素的影響：全球主要的大氣環流模式、地球的自轉以及海洋盆地的形狀。
當你吹過一杯熱巧克力時，你會在它的表面產生微小的波紋，這些波紋在你停止吹氣後會繼續移動。杯子裡的波紋就像風在海洋表面形成的波浪一樣。熱巧克力在杯子裡的運動形成一股流或洋流，就像海洋水在風吹過它時流動一樣。
但是什麼讓風開始吹呢？當陽光加熱空氣時，空氣會膨脹，這意味著空氣的密度降低，變得更輕。就像氣球一樣，輕的暖空氣向上浮動，在下方留下一小片真空，這會從側面拉入更冷、密度更大的空氣。進入暖空氣留下的空間的冷空氣就是風。
由於地球赤道被太陽最直接的光線照射，赤道的空氣比更北或更南的空氣更熱。這種較熱的空氣在赤道上升，當較冷的空氣移動進來取代它的位置時，風就開始吹，並將海洋推入波浪和洋流。
風並不是影響洋流的唯一因素。“科里奧利效應”描述了地球自轉如何引導風和地表洋流（圖 14.14）。地球是一個球體，從北極看，它以逆時針方向繞其軸自轉。從赤道向任一極移動的距離越遠，地球周圍的距離就越短。這意味著赤道上的物體比遠離赤道的物體移動得更快。當風或洋流移動時，地球正在其下方旋轉。因此，沿著地球南北方向移動的物體看起來似乎是彎曲的，而不是直線移動。從赤道向兩極移動的風或水向東偏轉，而從兩極向赤道移動的風或水向西彎曲。科里奧利效應使地表洋流的方向發生彎曲。
決定地表洋流方向的第三個主要因素是海洋盆地的形狀（圖 14.15）。當地表洋流與陸地發生碰撞時，它會改變洋流的方向。想象一下，你將浴缸裡的水推向浴缸的盡頭。當水到達邊緣時，它必須改變方向。
地表洋流在決定氣候方面發揮著重要作用。這些洋流將赤道的暖水帶到海洋中較冷的部分；它們傳遞熱能。讓我們以墨西哥灣流為例；你可以在圖 14.15 中找到位於北大西洋的墨西哥灣流。墨西哥灣流是一股洋流，將赤道的暖水輸送到北美東海岸附近，然後橫跨大西洋到達歐洲。它運輸的水量超過世界所有河流的總和的 25 倍，它傳遞的能量超過世界能源需求的 100 倍。它大約寬 160 公里，深約 1 公里。墨西哥灣流的暖水使歐洲的氣候比其他位於相同緯度的地方溫暖得多。如果墨西哥灣流受到嚴重干擾，歐洲的氣溫將急劇下降。
地表洋流發生在海洋表面附近，主要影響透光層。在海洋深處，存在著同樣重要的洋流，稱為深層洋流。這些洋流不是由風產生的，而是由水團密度的差異產生的。密度是指給定體積內的質量。例如，如果你取兩個裝滿一升液體的瓶子，其中一個可能更重，也就是說它的質量比另一個更大。由於兩個瓶子的體積相同，所以較重的瓶子中的液體密度更大。如果你將兩種液體放在一起，密度較大的液體將沉到底部，密度較小的液體將上升。
有兩個主要因素決定了海水密度：鹽度（溶解在水中的鹽的量）和溫度（圖 14.16）。溶解在水中的鹽越多，水的密度就越大。溫度也會影響密度：溫度越低，密度就越大。這是因為溫度會影響體積，但不會影響質量。冷水比暖水佔用的空間更小（除了冰凍時）。因此，冷水的密度比暖水更大。
密度更大的水團將沉向海底。就像空氣中的對流一樣，當密度更大的水沉下去時，它的空間會被移動進來的密度較小的水填滿。這會產生對流洋流，在海洋深處移動大量的水。為什麼有些地方的水溫更冷？水在透過地表洋流從赤道向兩極移動時會冷卻。較冷的水密度更大，所以它開始下沉。因此，地表洋流和深層洋流是相互聯絡的。風會導致地表洋流將水輸送到海洋周圍，而密度差異會導致深層洋流將這些水返回到全球各地（圖 14.17）。
正如你所見，密度更大的水通常會沉到底部。然而，在合適的條件下，這個過程可以逆轉。深海中密度更大的水可以在上升流中上升到地表（圖 14.18）。一般來說，當風將水強烈地從海岸吹走時，在海岸附近就會出現上升流。當地表水被吹離海岸時，來自深處的較冷的水會上升來取代它的位置。這在加州、南美洲、南非和阿拉伯海等地是一個重要的過程，因為從深海水帶來的營養物質支援了浮游生物的生長，而浮游生物反過來又支援了生態系統中的其他成員。上升流也發生在赤道南北赤道流之間。
- 海浪是透過水傳播的能量。
- 波浪的最高部分是波峰，最低部分是波谷。
- 兩個波峰之間的水平距離是波長。
- 海洋中大多數波浪是由風產生的波浪。海嘯是波長異常長的波浪，通常是由地震引起的。
- 潮汐是由月球和太陽對地球海洋的引力產生的。
- 大潮發生在滿月和新月，此時地球、月球和太陽全部對齊。
- 小潮是潮汐範圍低於正常水平的潮汐，發生在月相為上弦月和下弦月時，此時月球與太陽成直角。
- 海洋地表洋流是由全球主要的大氣環流模式、科里奧利效應和每個海洋盆地的形狀產生的。
- 海洋地表環流將赤道的溫暖水域帶到兩極，並將兩極的較冷水域帶到赤道。
- 深海環流是密度驅動的環流，是由水團鹽度和溫度的差異產生的。
- 上升流區域是生物學上重要的區域，形成於海洋地表水被吹離海岸，導致寒冷、富含營養的水上升到地表。
- 影響海浪大小的哪些風力因素？
- 定義海浪的波峰和波谷。
- 為什麼颶風會造成大浪？
- 海嘯有時被錯誤地稱為“潮汐波”。解釋為什麼這不是海嘯的準確術語。
- 潮汐的主要成因是什麼？
- 什麼是潮差？
- 你認為為什麼有些地方的潮差比其他地方更大？
- 大潮或小潮的潮差更大？解釋一下。
- 海洋表層洋流的主要成因是什麼？
- 海洋表層洋流如何影響氣候？
- 什麼是科里奧利效應？
- 一些科學家推測，如果格陵蘭島的冰川融化量過大，墨西哥灣流可能會停止流動。如果沒有墨西哥灣流將溫暖的海水帶向北方，歐洲將變得更加寒冷。解釋為什麼格陵蘭島的冰川融化可能會影響墨西哥灣流。
- 什麼過程可以讓密度更大的水上升到頂部？
- 為什麼上升流區域對海洋生物很重要？
- 振幅
- 海浪的垂直高度，從波谷到波峰測量。
- 科里奧利效應
- 地球自轉導致的水或空氣等運動物體的明顯偏轉。
- 波峰
- 海浪的最高點。
- 深層洋流
- 海洋深處的洋流，由於密度差異（由水溫鹽度差異引起）而流動。
- 高潮
- 一天中潮汐達到的最高點。
- 低潮
- 一天中潮汐達到的最低點。
- 小潮
- 當月球、太陽和地球以90°角相互作用時發生的潮汐。在小潮期間，潮差最小。
- 離岸流
- 從海岸返回海洋的強表層水流。
- 大潮
- 當月球、太陽和地球在一條直線上時發生的潮汐。在大潮期間，潮差最大。
- 表層洋流
- 由表層風引起的海洋水平運動。
- 潮差
- 高潮和低潮之間的差值。
- 潮汐
- 海水每天的漲落。
- 波谷
- 海浪的最低點。
- 海嘯
- 由海底地震、海底火山噴發或滑坡或隕石撞擊引起的海洋底部垂直運動產生的地震海嘯。
- 上升流
- 當風將上覆表層水吹離或沿著赤道吹動時，來自海洋深處的冷而富含營養物質的水上升到表面，通常靠近大陸。
- 波浪
- 由於能量透過水移動而引起的水的形狀變化。
- 波長
- 海浪中兩個波谷或兩個波峰之間的水平距離。
- 海洋底部是什麼樣的？
- 如何研究海底？
- 海底如何促進海洋生態系統？