《華爾街日報》：我們過熱海洋中不斷變化的洋流

半個世紀前，阿波羅任務帶回了兩張照片，徹底改變了我們對家園的認知——一張名為"地出"，另一張是"藍色彈珠"。這些生動的地球影像向人類展示了一顆美麗、以藍色為主調的豐饒奇蹟之球，在浩瀚宇宙虛空中旋轉。

這是壯麗的啓示，卻也導致某種集體性失明——人們習慣性忽視海洋本身的藍色本質。當人們談論海洋時，焦點總是其中的事物：魚類、鯨羣、污染物、成羣的橡皮鴨玩具等等。甚至我們的世界地圖也常將海洋邊緣化以突出陸地（儘管地球物理學家阿瑟斯坦·斯皮爾豪斯曾提出反轉視角的製圖法，展現全球海洋的連通性）。

如今我們總將海洋視為遙遠的虛空，是缺席而非存在。我們未能察覺其動態多樣性——這種認知在氣候變化加劇時尤為重要。今年夏季，佛羅里達沿岸部分海域水温飆升至100華氏度，遠高於正常水平，而這並非局部現象。自1970年代以來，全球海洋表面平均温度持續攀升，“海洋熱浪"已成為新聞常客。

隨着海洋升温，我們不得不正視其本質：這個巨大的液態引擎支配着整個星球的運行。正是海洋的物理特性，讓海洋生物得以在其間穿梭，成為更宏大系統的一部分。

海洋過於浩瀚，無法將所有水體混合成均勻的一片。相反，它擁有精密的內部構造。熱量與鹽分的不均勻分佈形成了不同密度的水團，因此海洋像一杯考究的雞尾酒般分層：最稠密的液體沉在底部，最具浮力的部分停留在表面。這種分層意味着表層海水與深層水體基本處於隔離狀態。

但引擎最根本的特性在於將能量轉化為運動。驅動海洋引擎的能量來自陽光——它加熱海水，最終也驅動着天氣系統，形成推動海面運動的風。而這一切都發生在一個旋轉的星球上，水體的運動被廣袤大陸所阻斷和引導。

NASA標誌性照片《藍色彈珠》由執行最後一次阿波羅登月任務（阿波羅17號）的宇航員於1972年12月7日從太空拍攝。圖片來源：蓋蒂圖片社隨着這台引擎運轉，海洋豐富的內部構造開始流動、旋轉與混合。雖然肉眼只能看到無盡海水，但現代成像技術向我們揭示了熱量、鹽分、營養物質和微量元素的精妙分佈模式，這些模式會隨季節更迭和多年週期而變化。大多數海洋生物要麼是這些模式的被動乘客，要麼是穿梭其間的航行者。所有生命都仰賴這台引擎的饋贈。

想象自己化身為海洋中的頂級掠食者——或許是一條藍鰭金槍魚、劍魚或鯊魚。你擁有迅捷有力的泳姿，既能長途跋涉數百甚至數千英里追尋獵物，又能適應不同水温變化。面對廣袤的全球海洋，你會前往何處尋找生存所需的資源？

墨西哥灣流是一股沿北美東岸北上繼而橫跨大西洋的快速暖流。它如同巨型旋轉木馬的一部分，環繞整個北冰洋緩慢而廣闊地流動——當它沿着西歐邊緣下滑時慵懶舒展，在赤道附近悄悄西行時則逐漸收窄加速，最終沿美洲海岸線折返北上。

由於這個"引擎"由液體構成，其運動模式遠比簡單環流複雜得多。當狹窄湍急的洋流向東奔湧時，會開始產生擺動。這種擺動逐漸擴大形成環狀結構，有時某個環會劇烈到脱離主流，化作獨立旋轉的渦流。這種現象有兩種形成方式：環流可能向北突入冷水域，將南方暖水包裹其中形成順時針旋轉的"暖水孤島”；也可能向南推進，在較暖水域中形成逆時針旋轉的"冷水孤島"。

這些被稱為"中尺度渦旋"的漩渦直徑可達100英里，深度達1英里，能持續存在數月之久，將其包裹的海水輸送至數百甚至數千英里外。它們在墨西哥灣流周邊尤為壯觀，但類似結構其實遍佈全球海洋。

海洋中每一個獨特的環境都會孕育出不同的生態系統，這取決於水源地、所含營養物質、水温及陽光照射量。那些逆時針旋轉的寒冷渦流島嶼尤其生機勃勃，大眼金槍魚和黃鰭金槍魚等捕食者會長途跋涉來此覓食。順時針旋轉的温暖渦流島嶼表層生物通常較少，但藍鰭金槍魚是常客，藍鯊和白鯊則利用水温優勢潛入更深海域捕魚。劍魚能量需求較低，樂於以魷魚而非魚類為食，因此它們多出現在渦流外圍區域——那裏食物較少，但競爭也相對較少。

南非福爾斯灣，一條大白鯊躍出水面，這種捕食行為常發生在追蹤獵物至表層時。圖片來源：美聯社類似的例子不勝枚舉。在南大洋被稱為"鋒面"的冷暖水交匯處，兩側營養物質與生物的混合形成了堪比人口稠密城市的海洋生態圈。帝企鵝跋涉數百英里來此捕魚，豐富的磷蝦則滋養着南極毛皮海豹和鯨羣。印度洋中，銀鰭鯊羣聚在被稱作"海山"的水下山脈上方；當攜帶營養物質的洋流越過這些海底隆起時，會被推擠向海面。

關鍵在於，我們不應將海洋視為一片空曠的大池塘，而應認識到它本質上是一台複雜渦旋的引擎——一個因物理運動規律而形成獨特模式、充滿個性與多樣性的所在。從這個視角出發，海洋變暖的前景便呈現出不同的意味。

海洋變暖的主因是人類排放的碳截留了能量，這些能量大多以熱能形式儲存。由於水體儲熱效率極高，超過90%的額外熱量最終被海洋吸收。即使水温僅上升一度，也意味着海量額外能量的輸入。

這些能量既能催生極端天氣，也會深刻影響海洋內部。表層海水變暖後浮力增大，阻礙下層營養物質上湧至陽光照射層，限制了生命繁榮所需的物質流動。額外能量還會改變海洋引擎的運轉方式，重塑洋流的速度與形態，進而影響中尺度渦旋等特徵現象。

海洋熱浪和高温區會造成嚴重的區域性影響：生物要麼在持續升温中艱難求生，要麼遷徙尋找更冷水域，導致當地生態系統失衡。但更宏觀的圖景是：海洋引擎的任何變化都至關重要，因為這台引擎的運轉模式決定着地球上所有生命的生存環境。生活在藍色星球上，重點不在於這美麗的顏色——海洋是地球的主導特徵，我們皆棲息於其廕庇之下。這關乎我們作為海洋世界公民身份的本質，這種身份正以藍光的形式向宇宙宣告。

物理學家兼海洋學家海倫·切爾斯基為《華爾街日報》撰寫"日常物理"專欄。本文節選自她將於10月3日由W.W.諾頓出版社出版的新書《藍色機器：海洋如何運作》。

刊登於2023年9月30日印刷版，標題為《我們過熱海洋中的流動變化》。