《华尔街日报》：我们过热海洋中不断变化的洋流

半个世纪前，阿波罗任务带回了两张照片，彻底改变了我们对家园的认知——一张名为"地出"，另一张是"蓝色弹珠"。这些生动的地球影像向人类展示了一颗美丽、以蓝色为主调的丰饶奇迹之球，在浩瀚宇宙虚空中旋转。

这是壮丽的启示，却也导致某种集体性失明——人们习惯性忽视海洋本身的蓝色本质。当人们谈论海洋时，焦点总是其中的事物：鱼类、鲸群、污染物、成群的橡皮鸭玩具等等。甚至我们的世界地图也常将海洋边缘化以突出陆地（尽管地球物理学家阿瑟斯坦·斯皮尔豪斯曾提出反转视角的制图法，展现全球海洋的连通性）。

如今我们总将海洋视为遥远的虚空，是缺席而非存在。我们未能察觉其动态多样性——这种认知在气候变化加剧时尤为重要。今年夏季，佛罗里达沿岸部分海域水温飙升至100华氏度，远高于正常水平，而这并非局部现象。自1970年代以来，全球海洋表面平均温度持续攀升，“海洋热浪"已成为新闻常客。

随着海洋升温，我们不得不正视其本质：这个巨大的液态引擎支配着整个星球的运行。正是海洋的物理特性，让海洋生物得以在其间穿梭，成为更宏大系统的一部分。

海洋过于浩瀚，无法将所有水体混合成均匀的一片。相反，它拥有精密的内部构造。热量与盐分的不均匀分布形成了不同密度的水团，因此海洋像一杯考究的鸡尾酒般分层：最稠密的液体沉在底部，最具浮力的部分停留在表面。这种分层意味着表层海水与深层水体基本处于隔离状态。

但引擎最根本的特性在于将能量转化为运动。驱动海洋引擎的能量来自阳光——它加热海水，最终也驱动着天气系统，形成推动海面运动的风。而这一切都发生在一个旋转的星球上，水体的运动被广袤大陆所阻断和引导。

NASA标志性照片《蓝色弹珠》由执行最后一次阿波罗登月任务（阿波罗17号）的宇航员于1972年12月7日从太空拍摄。图片来源：盖蒂图片社随着这台引擎运转，海洋丰富的内部构造开始流动、旋转与混合。虽然肉眼只能看到无尽海水，但现代成像技术向我们揭示了热量、盐分、营养物质和微量元素的精妙分布模式，这些模式会随季节更迭和多年周期而变化。大多数海洋生物要么是这些模式的被动乘客，要么是穿梭其间的航行者。所有生命都仰赖这台引擎的馈赠。

想象自己化身为海洋中的顶级掠食者——或许是一条蓝鳍金枪鱼、剑鱼或鲨鱼。你拥有迅捷有力的泳姿，既能长途跋涉数百甚至数千英里追寻猎物，又能适应不同水温变化。面对广袤的全球海洋，你会前往何处寻找生存所需的资源？

墨西哥湾流是一股沿北美东岸北上继而横跨大西洋的快速暖流。它如同巨型旋转木马的一部分，环绕整个北冰洋缓慢而广阔地流动——当它沿着西欧边缘下滑时慵懒舒展，在赤道附近悄悄西行时则逐渐收窄加速，最终沿美洲海岸线折返北上。

由于这个"引擎"由液体构成，其运动模式远比简单环流复杂得多。当狭窄湍急的洋流向东奔涌时，会开始产生摆动。这种摆动逐渐扩大形成环状结构，有时某个环会剧烈到脱离主流，化作独立旋转的涡流。这种现象有两种形成方式：环流可能向北突入冷水域，将南方暖水包裹其中形成顺时针旋转的"暖水孤岛”；也可能向南推进，在较暖水域中形成逆时针旋转的"冷水孤岛"。

这些被称为"中尺度涡旋"的漩涡直径可达100英里，深度达1英里，能持续存在数月之久，将其包裹的海水输送至数百甚至数千英里外。它们在墨西哥湾流周边尤为壮观，但类似结构其实遍布全球海洋。

海洋中每一个独特的环境都会孕育出不同的生态系统，这取决于水源地、所含营养物质、水温及阳光照射量。那些逆时针旋转的寒冷涡流岛屿尤其生机勃勃，大眼金枪鱼和黄鳍金枪鱼等捕食者会长途跋涉来此觅食。顺时针旋转的温暖涡流岛屿表层生物通常较少，但蓝鳍金枪鱼是常客，蓝鲨和白鲨则利用水温优势潜入更深海域捕鱼。剑鱼能量需求较低，乐于以鱿鱼而非鱼类为食，因此它们多出现在涡流外围区域——那里食物较少，但竞争也相对较少。

南非福尔斯湾，一条大白鲨跃出水面，这种捕食行为常发生在追踪猎物至表层时。图片来源：美联社类似的例子不胜枚举。在南大洋被称为"锋面"的冷暖水交汇处，两侧营养物质与生物的混合形成了堪比人口稠密城市的海洋生态圈。帝企鹅跋涉数百英里来此捕鱼，丰富的磷虾则滋养着南极毛皮海豹和鲸群。印度洋中，银鳍鲨群聚在被称作"海山"的水下山脉上方；当携带营养物质的洋流越过这些海底隆起时，会被推挤向海面。

关键在于，我们不应将海洋视为一片空旷的大池塘，而应认识到它本质上是一台复杂涡旋的引擎——一个因物理运动规律而形成独特模式、充满个性与多样性的所在。从这个视角出发，海洋变暖的前景便呈现出不同的意味。

海洋变暖的主因是人类排放的碳截留了能量，这些能量大多以热能形式储存。由于水体储热效率极高，超过90%的额外热量最终被海洋吸收。即使水温仅上升一度，也意味着海量额外能量的输入。

这些能量既能催生极端天气，也会深刻影响海洋内部。表层海水变暖后浮力增大，阻碍下层营养物质上涌至阳光照射层，限制了生命繁荣所需的物质流动。额外能量还会改变海洋引擎的运转方式，重塑洋流的速度与形态，进而影响中尺度涡旋等特征现象。

海洋热浪和高温区会造成严重的区域性影响：生物要么在持续升温中艰难求生，要么迁徙寻找更冷水域，导致当地生态系统失衡。但更宏观的图景是：海洋引擎的任何变化都至关重要，因为这台引擎的运转模式决定着地球上所有生命的生存环境。生活在蓝色星球上，重点不在于这美丽的颜色——海洋是地球的主导特征，我们皆栖息于其荫蔽之下。这关乎我们作为海洋世界公民身份的本质，这种身份正以蓝光的形式向宇宙宣告。

物理学家兼海洋学家海伦·切尔斯基为《华尔街日报》撰写"日常物理"专栏。本文节选自她将于10月3日由W.W.诺顿出版社出版的新书《蓝色机器：海洋如何运作》。

刊登于2023年9月30日印刷版，标题为《我们过热海洋中的流动变化》。