想像自己從另一個星球來觀察地球,便能一窺景致最壯觀的「行星之流」

想像自己從另一個星球來觀察地球,便能一窺景致最壯觀的「行星之流」
Photo Credit: Daniel Schwen@Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0
我們想讓你知道的是

要研究洋流,首先必須跳脫地球的範圍,想像自己是從另一個星球來觀察地球的自轉,探索風以何種方式有時深深擾亂地球表面,有時又只是輕柔拂過,並且檢視太陽及月亮的影響。

文:Rachel L. Carson(瑞秋・卡森)

行星之流

「千萬年來,陽光、海洋和四處流浪的風時常相會。」——哲學詩人波伊斯(Llewelyn Powys)

一九四九年的仲夏,信天翁三號(Albatross III)整整有一個禮拜被困在喬治沙洲的大霧中,只能摸索著前進,而船上的我們則是親身體驗到了強大海流的力量。儘管我們與墨西哥灣流之間的距離至少有一百六十公里以上,隔著一片冰冷的大西洋海水,但是風不斷從南方吹來,為喬治沙洲帶來墨西哥灣流的溫暖氣息。暖空氣與冰冷的海水結合,產生了永遠不會消散的霧。日復一日,信天翁號好似航行在一個圓形的小房間裡,房間的牆壁是柔軟的灰色帷幔,地板則如玻璃般平滑。

有時海燕像燕子般振翅飛過房間,有如變魔術一樣穿牆進出。傍晚的太陽在下山前,猶如淡銀色的圓盤,懸掛在船的索具上,霧氣飄浮、流光四散,看到眼前的景象,我們不禁想吟詠柯立芝(Coleridge)的詩句。我們可以感受到一股強大的力量,但是卻看不到力量的形貌,這股力量顯然就在附近,只不過從未現形,這種經驗絕對比直接遇上海流更教人印象深刻。

就某方面而言,永恆存在的洋流可說是海洋最壯觀的景緻。要研究洋流,首先必須跳脫地球的範圍,想像自己是從另一個星球來觀察地球的自轉,探索風以何種方式有時深深擾亂地球表面,有時又只是輕柔拂過,並且檢視太陽及月亮的影響。由於這些宇宙力量都與強大的海流關係密切,因此海流也稱為行星流,而在所有形容海流的詞語當中,我最喜歡的正是這個稱號。

自地球生成至今,海流的路徑無疑已改變許多次(例如墨西哥灣流形成已約六千萬年之久),我若意欲描述如寒武紀、泥盆紀或侏羅紀時期的海流模式,想法未免太過輕率。不過就人類的短暫歷史而言,海洋環流的主要模式不可能有任何重要改變,而海流給人的第一印象就是它們永不改變。這沒什麼好驚訝的,原因是在漫長的地球時間裡,產生海流的力量並沒有顯著的變化。海流主要的驅動力來自於風、太陽、地球永遠由西向東自轉,還有大陸的阻礙,則能對洋流起調整的作用。

在陽光的照射下,海面受熱的情況並不平均,海水溫度升高後,會膨脹變輕,而冰冷的海水則較重,密度也較高。極區和赤道附近的海水很可能因為這些差異而慢慢混合,赤道地區表層的溫熱海水往極區移動,極區的海水則是沿著海床潛行,流往赤道。不過這類交換作用並不顯著,而且大多會受到更強勁許多的風吹流所阻礙。最恆久不變的風就是信風,從東北和東南方斜向吹往赤道,帶領赤道的洋流環繞地球。

地球自轉時會產生一股偏向力,影響風、水以及所有移動的物體,包括船隻、子彈或是鳥,所以在北半球,物體在移動時會向右偏,在南半球則是向左偏。在這些及其他力量的聯合作用之下,洋流呈現漩渦狀緩慢地迴旋,在北半球是向右轉,也就是依順時針方向轉動,在南半球則是向左轉,或說呈現逆時針方向旋轉。

墨西哥灣流強勁順風下,他們卻無法前進只能後退

不過也有例外的情況,印度洋就是重要的一例,這片大洋似乎一直都很與眾不同。印度洋的洋流受到善變的季風支配,所以流向隨著季節而變。在赤道以北的區域,大量的海水可能朝東或朝西流動,流動的方向依盛行的季風而定。在南印度洋,海流的流向是相當典型的逆時針方向,在赤道地區由東向西流,而後沿著非洲海岸向南前進,在西風的吹送下向東抵達澳洲,最後再沿著隨季節而變化的路徑曲折向北,這時有的海流會流入太平洋,有的則吸納來自太平洋的海水繼續向前。

南冰洋是典型洋流模式的另一個例外,這片海洋只是一條環繞地球的水帶。在西風和西南風不斷吹拂下,海水朝東方和東北方流動,在接收融冰產生的淡水後,流速變得更快。這並不是個封閉的循環,南冰洋的海水會藉由表層洋流和海底的路徑進入鄰近海洋,而鄰近海洋的海水也會流進南冰洋。

觀察大西洋和太平洋的情況,最能了解產生行星流的宇宙力量,是以什麼樣的方式在交互作用。或許是因為有很長的一段時間,大西洋上有無數貿易路線交錯,所以大西洋的海流對海員來說最為熟悉,而海洋學家對這些海流也研究得最為透徹。在海運盛行的年代,每個水手都很了解強勁的赤道洋流。由於洋流向西的力量強大,所以如果有船隻想向南駛入南大西洋,必須先在東南信風帶朝東方航行一段距離,否則會完全無法前進。

一五一三年,龐塞德萊昂(Ponce de Leon)率領三艘船艦從卡納維爾角(Cape Canaveral)往南航向投圖加斯(Tortugas),途中他們有時會敵不過墨西哥灣流的強勁水流:「雖然順風,卻無法前進,只能後退」。幾年後西班牙的船長學會利用海流,先乘著赤道洋流向西航行,而後順著墨西哥灣流回返遠在海特拉斯角(Cape Hatteras)的家鄉,也就是他們航向開闊大西洋的出發點。

約一七六九年時,第一張描繪墨西哥灣流的海圖在富蘭克林的指揮下繪製完成,當時富蘭克林擔任殖民地郵政副總監(Deputy Postmaster General of the Colonies)一職。波士頓的關稅局抱怨,跟羅德島的商船相比,來自英格蘭的郵船在遞送郵包時儘管也是向西橫越大西洋,卻要多花兩個禮拜的時間。富蘭克林對此感到很困惑,於是詢問南塔基(Nantucket)的船長提摩西.佛爾傑(Timothy Folger),佛爾傑告訴富蘭克林這很有可能是真的,原因是羅德島的船長很了解墨西哥灣流,所以在朝西橫越大西洋時,會避開這股海流,但是英國的船長卻不知道這些事情。佛爾傑和其他南塔基的捕鯨船船長都很熟悉墨西哥灣流的情況,他在《會刊》中解釋這是因為:

我們追捕鯨魚時,鯨魚一直沿著墨西哥灣流邊緣游動,卻不曾游進去跟水流對抗,我們沿著灣流航行,時常穿越灣流換邊,在穿越的時候,偶爾會遇到在灣流中央逆流而行的郵船,和船上的人交談。我們跟他們說他們正在逆流航行,這條海流時速可達五公里,建議他們離開,不過他們都自以為聰明,不願接受頭腦簡單的美國漁夫的建議。

富蘭克林想:「海圖上應該要註明這道海流」,所以就要求佛爾傑幫他標明。然後他們就在一張陳舊的大西洋海圖上標出了墨西哥灣流的路徑,接著富蘭克林把這張海圖寄到英格蘭的費爾茅斯(Falmouth)給郵船的船長參考,「但卻沒有得到他們的重視」。這張海圖後來在法國印行,美國獨立革命後又收入《美國哲學學會會刊》出版。美國哲學學會的編輯為了節省成本,把富蘭克林的海圖和另一張完全沒關係的圖刻在同一塊印版上,那張圖是〈鯡魚的年度遷徙〉(Annual Migrations of the Herring)這篇文章的插圖,該文章作者名為約翰.吉爾平(John Gilpin)。後來歷史學者誤以為富蘭克林之所以知道墨西哥灣流的存在,跟左上角的插圖有關係。

受地球自轉的影響,墨西哥灣流的海平面高度向右方升高

假如不是受到巴拿馬地峽的阻擋,北赤道洋流會直接湧入太平洋,在過去漫長的地質年代裡,南、北美洲這兩塊大陸還是分開的時候,情況必是如此。到了白堊紀晚期,巴拿馬的山脈隆起,北赤道洋流因為遇到陸地而轉往東北方,再次進入大西洋,形成墨西哥灣流。墨西哥灣流從猶加敦海峽(Yucatan Channel)向東流動,穿過佛羅里達海峽,最後凝聚了驚人的水量。假如跟許多人長久以來的想法一樣,把灣流看做是海中的「河流」,那麼這條河的寬度足足有一百五十公里寬,河面到河床的深度可達一公里半,流速將近五公里半,而水量則是密西西比河的好幾百倍。

即使到了現代,船隻以柴油為動力,南佛羅里達沿岸的運輸業者在遇上墨西哥灣流時還是很小心謹慎。不管是哪一天,你只要搭小船到邁阿密南方,就可以看到大型貨輪和油輪在駛向南方時,航行軌道似乎極接近佛羅里達群島。朝陸地的方向看,水中的礁石連接成一道幾乎沒有中斷的牆,堅硬的大珊瑚礁岩矗立在海床上,深棕色的珊瑚就在水面下不到三、四公尺深的地方。往海的方向看就是墨西哥灣流,大船雖然有能力頂著灣流的強勁水流朝南方前進,但這麼做既費時又耗燃料。因此船隻會慎選礁岩和灣流之間的航道。

南佛羅里達海岸的灣流之所以擁有強大的能量,很可能是因為在這裡,灣流實際上是朝下流的。強勁的東風吹送大量表層海水進入狹窄的猶加敦海峽和墨西哥灣,這兩個地方的海平面因而高於大西洋外海的海平面。以佛羅里達州灣岸的雪松群島(Cedar Keys)為例,當地海平面要比聖奧古斯丁(St. Augustine)地區高了十九公分。此外,灣流本身也有高度不一的情況,質量較輕的海水受到地球自轉的影響,朝灣流的右邊偏,所以就墨西哥灣流本身而言,海平面的高度實際上是朝右方升高。古巴沿岸海面的高度要比大陸沿海高了大約四十六公分,所以所謂的「海平面」一點都不名副其實。

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Photo Credit: Lisa Jacobs@Flickr CC BY-ND 2.0
海流上厚重的霧,是大氣對墨西哥灣流入侵海域的回應

灣流往北方流動,沿著大陸坡起伏,到達海特拉斯角外後,轉朝外海的方向前進。灣流雖然遠離陸地的邊緣,離去前卻已經在陸地上留下到此一遊的印記。南大西洋沿岸四個擁有刻蝕美景的海角,也就是卡納維爾角、恐怖角(Fear)、眺望角(Lookout)及海特拉斯角,顯然都是灣流的作品,灣流流過帶來威力強大的漩渦,雕塑出海角的奇景。每個海角的尖端處都指向大海,海角之間的沙灘呈現長弧形,可以看出墨西哥灣流的漩渦是以規律方式在這些地方旋繞。

灣流在越過海特拉斯角後離開陸棚區,轉往東北方,化為一道細長的海流蜿蜒前進,一路上跟兩旁海水都有很明顯的區隔。在大瀨(Grand Banks)「尾端」的海面上,溫暖的靛藍色灣流遇上來自北極的深綠色冷流,也就是拉布拉多海流,海水界線最是分明。在冬天,這條界線兩邊溫差極大,假如有船隻開進墨西哥灣流,有段時間船頭處的海水溫度會比船尾處的海水溫度高二十度,彷彿「冷牆」(cold wall)是實際存在的障礙物,分隔著兩個水體。這個地區有著世上數一數二的濃厚霧堤(fog banks),就位在冰冷的拉布拉多海流上方,這片覆蓋在海面上的厚重白霧,是大氣對於墨西哥灣流入侵冰冷的北方海域所做出的回應。

灣流在流到所謂大瀨的「尾端」後,遇到升起的海床,於是轉向東方,開始散入許多地形曲折複雜的岬角。或許來自巴芬灣(Baffin Bay)和格陵蘭島的寒流夾帶冰塊南下,也是灣流轉而向東的原因,此外地球自轉的偏向力也必定會使海流朝右轉。拉布拉多海流本身原本是由北往南流,現在則轉往大陸的方向前進。下次你到美國東岸的某些渡假勝地遊玩,奇怪當地的海水為什麼會這麼冰時,記得在你和墨西哥灣流之間隔著一道拉布拉多海流。

灣流在越過大西洋後,不再是一道海流,而是分散成數道偏流,主要往三個方向前進:向南進入藻海,向北進入挪威海(Norwegian Sea),在當地形成大大小小的漩渦,向東溫暖歐洲的海岸(部分甚至湧入地中海),而後化身為加那利海流,重回赤道洋流的懷抱,結束一次循環。

現在海洋學家在討論到墨西哥灣流系統時,一般都認為海特拉斯角以東沒有一道連續不斷的溫暖水流,而是「連續好幾道交疊的海流,排列的方式有點像屋頂上的木瓦」。這些海流不但「交疊」,而且流幅狹窄、流速極快。科學家很久以前就在大瀨東方找到了墨西哥灣流的主支流,現在他們發現這些海流其實發源自大瀨以西的遙遠地方,而且並非如一般所認為,是墨西哥灣流的支流,而是一道道新生的海流,彼此首尾相接往北流。

海洋學家在對海中環流的動態有更深入的研究之後,驚訝地發現海洋和大氣有許多相似之處。研究墨西哥灣流的頂尖學者庫倫伯斯.艾瑟林(Columbus Iselin),曾經在說明灣流的分流情形時,用了個很有趣的比喻,他說:「在中緯度地區盛行西風帶的高空噴射氣流,似乎也有同樣的情況,只不過每道噴射氣流的規模,都大於墨西哥灣流系統的交疊支流。」

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書籍介紹

本文摘錄自《大藍海洋(生態環保之母瑞秋・卡森出版65週年紀念版)》,柿子文化出版
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作者:Rachel L. Carson(瑞秋・卡森)
譯者:方淑惠、余佳玲

不論是「2050年海洋塑膠垃圾將比魚多」的警訊,或被瘋傳的「海龜鼻孔拉出吸管」YouTube,地球的母親——海洋,正面臨前所未有的危機!然而,在「生態環保之母」瑞秋・卡森的筆下,海洋曾是那麼美麗、神祕,充滿著生命的希望,深深感動數百萬人!

《大藍海洋》為瑞秋・卡森的成名著作,被認為是描寫海洋及其生態最傑出的文學作品,銷售量超過百萬,直到現在,相信閱讀此書的讀者,依舊能被書中大量專業、深刻、生動又優美的海洋知識,以及卡森的視野所大大震撼。

瑞秋・卡森以一種親密且貼近海洋的述說為起頭,接引了無數奇特而有趣的海洋故事,描述海洋如何誕生、生命如何在海洋中生成,以及迷人的海洋世界。在瑞秋・卡森文筆優美生動的文字、敏銳的眼光,以及豐富的想像力之下,一幕幕令人終身難忘的景象躍然紙上,讀者彷彿可以親身體驗各種奇特的景象:

  • 剛成形的地球在無止盡的滿天陰霾下逐步冷卻。
  • 火山活動產生的大量噴發物堆積在海床上,形成崇山峻嶺和荒涼的峽谷。
  • 海面上一隻隻發光的烏賊,像一盞盞大水銀電燈。
  • 七十噸重的抹香鯨,在海面下數百公尺深的地方,與十五公尺長的大王烏賊搏鬥。
  • 蜘蛛利用蛛絲結成降落傘,隨風飄流,遷移到其他島嶼。
  • 墨西哥灣流上順風的帆船,竟然無法前進只能後退。
  • 在日落時分,從水聽器中聽見黃花魚的大合唱。
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Photo Credit: 柿子文化

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航