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看到這個標題,小夥伴們一定好奇,什麼時候月亮成為專門背鍋俠了呢?
思念家鄉和親人,是因為此刻月亮太圓了(歌曲《十五的月亮》);失戀後反思當初為啥愛上這個人,是因為當時月亮太美了(歌曲《月亮惹的禍》);相識多年的7個好友,如果不是相約著來看月食,也就不會出現感情信任的危機了(電影《完美陌生人》)……鐵達尼號沉船,月亮又幹了什麼?
月亮的委屈,先按下不表。
單表今年4月23日,「雪龍」和「雪龍2」科考船順利返回到上海基地碼頭。船一靠岸,標誌著我國第36次南極考察暨首次「『雙龍』探極」工作圓滿完成。
據了解,為了做好首次「『雙龍』探極」的保駕護航工作,自然資源部國家衛星海洋應用中心專門成立了南極航行冰情監測信息保障應急工作組,利用自身遙感技術優勢助力「『雙龍』探極」。
應急工作組針對「雪龍」船航經區域以及普裡茲灣和迪蒙迪威爾海,利用我國自主研製的海洋一號、海洋二號、高分三號等衛星的數據,獲取並製作海冰實況信息專題圖及歷史冰情統計分析產品。考察期間,衛星中心累計發布應急保障信息服務17期,為「雪龍」船冰區航行和作業安全等提供了重要的信息支撐。
海洋二號B衛星南極海冰密集度專題示例圖
之所以需要衛星來為科考船的航行保駕護航,是因為水形成的海冰乃至冰山和海霧對於海上航行和海上運輸來說都是極其危險的。
事實上,在北半球極地地區,一年中大部分時間裡海冰都阻礙著航線的安全。由風和海流驅動的海冰限制了人們對南北兩極的極地研究。儘管在多霧的情況下,也可以使用雷達導航,但是較差的能見度對於往來的大小船舶來說還是很危險。
1912年4月14日23時40分左右,當時世界上體積最龐大、內部設施最豪華的客運輪船鐵達尼號與一座冰山相撞,造成右舷船艏至船中部破裂,五間水密艙進水。4月15日凌晨2時20分左右,鐵達尼號船體斷裂成兩截後沉入大西洋底3700米處。2224名船員及乘客中,1517人喪生,其中僅333具罹難者遺體被尋回。鐵達尼號沉沒事故為和平時期死傷人數最為慘重的一次海難,其殘骸直至1985年才被再度發現,目前受到聯合國教育、科學及文化組織的保護。
鐵達尼號起航前
在鐵達尼號海難發生整一個世紀之後的2012年,美國德克薩斯州的科學家顛覆人們以往的認知,指出了導致此次災難的「元兇」——月亮。
這個鍋,月亮背不背呢?
事實上,稍微了解歷史或看過電影《鐵達尼號》的人都知道,這次事故的罪魁禍首應該是一座龐大的海上冰山,難道美國專家不靠譜?實際情況是,專家的話指明的更應該是導致海難的幫兇,真正的元兇,的確值得我們好好探查一番。那就是,它(冰山)是誰?來自哪裡?去往何處?
還好,新近出版的《認識海洋》一書,給我們探尋冰山的起源提供了非常系統和權威的解答。其中,「海冰和海霧」一節抽絲剝繭,娓娓道來,對海冰、冰山、海霧的生成過程進行了詳細的介紹。認真閱讀之後,泰坦尼克後沉沒之謎也就徹底揭開了。
地球任何緯度,只要某地海拔高到平均溫度低於水的冰點(0℃),冰都會全年存在。這一海拔高度變化很大,在極地地區海平面就可以結冰,而在赤道地區需要在海拔約為5000m的高處才可能結冰。例如非洲赤道附近的吉力馬札羅山,山頂就有冰川和積雪。
在陸地上,冰雪是低溫和降水的結果。在海洋或湖泊中,由於其本身是一個天然的水庫,降水不是必要條件,當空氣和溫度低於水的冰點時,就會形成冰。
當海水開始結冰時,水變得渾濁,同時生成冰晶;隨著冰晶數量的增加,形成薄層雪泥;新生的海冰層被波浪和風打破,形成「圓餅」;冰凍繼續,「圓餅」四處移動並融合,形成浮冰;浮冰隨著風和海流漂移並相互碰撞,形成冰脊、冰丘或低矮的小冰山。一些浮冰隨著風和水不斷地運動,彼此破碎或凍結,其他的則固結在大陸上。這些固定的浮冰成為固定冰(fast ice)。繼續凍結,冰的厚度增加。冰上的雪和水也會凍結,增加浮冰質量。
南極海冰及邊緣
極地附近海洋航行,更多遇到的是海冰。比如文章開頭提到的利用衛星數據為「雪龍」船製作海冰實況信息專題圖。
海水中溶解的鹽不進入冰晶結構中,而是被排到表層海水中。這些溫度很低且鹽含量高的海水會下沉,被低鹽度的海水取代,而這些低鹽度的海水繼而冷卻至冰點。海冰形成後,一些滷水被困在海冰的空隙中。如果海冰形成緩慢,大多數滷水將逃出;如果海冰在低於冰點時迅速形成,更多的滷水將被困在冰隙中。隨著時間流逝和海冰年齡增長,滷水透過海冰緩慢地排出,最終海冰的鹽度變得足夠低,融化後可以飲用。簡單點說,海冰其實是淡的。
在一個結冰季內,極地海域表面大約可形成厚2m的冰。冰層下方的海水冷卻,使已有冰層下方生成新的海冰,熱量透過冰層釋放,這一過程限制了海冰的厚度。冰層下方的海水結冰時,必須釋放融解潛熱,這些熱量只能通過冰的熱傳導進行釋放。在極地溫度下,這本身是一個緩慢過程。而冰表面的積雪起到絕緣體的作用,使得這一個放熱過程更為緩慢。
在美國東北部、加拿大、俄羅斯、斯堪地那維亞地區和美國阿拉斯加州的部分海灣和海岸處,海冰季節性存在;在北極中心區域和南極洲周圍,海冰全年存在。在北半球冬季,海冰覆蓋著整個北冰洋;在南半球冬季,海冰則圍繞南極洲並向海推進。波浪、海流、風和潮汐使冰的邊緣斷裂,浮冰碰撞,堆積成不規則的冰堆,形成冰脊。冰脊形成於浮冰的碰撞邊緣,厚度約10m。海冰在夏季沿著表面邊緣融化,一年中冰完全沒有融化的區域,將在冬季形成新的冰,厚度累積可達3~5m。
破碎的海冰和冰脊
需要注意的是,海冰和冰山不是一家人。海冰是海水的產物,不應把海冰與覆蓋格陵蘭島和南極大陸的淡水冰川混淆。當陸地冰川斷裂墜入海中,這些漂浮的淡水冰川稱為冰山。
冰山巨大且形狀不規則,它們漂浮於海面之上的部分僅佔全部質量的12%。俗話說,冰山一角,既源於此。
冰山一角
冰山由冰川或大河結的冰形成。這些大河起始於內陸,包括格陵蘭島中部、南極洲和阿拉斯加,沿著河道緩慢流向海洋。冰川向前運動,遇到海洋時,由於底部融化以及波浪和潮汐運動,冰塊斷裂,漂浮於海上。冰山的形成過程稱為冰裂,主要發生在夏季。
北極冰山隨海流向南漂移,能漂流至新英格蘭地區和北大西洋繁忙的航線上。
1912年,鐵達尼號首航就因為撞上冰山而沉沒,該冰山最可能形成於格陵蘭島,冰川在那斷裂後,它隨著海流向南漂浮。但是對於這塊異常龐大的冰山,如果沒有巨大力量的驅使,是不可能不遠萬裡來到鐵達尼號的航線上的。
元兇出現了,幫兇在科學家的研究之下也呼之欲出——給予海流力量加持的正是傳說中溫柔的月亮。
文章開頭提到的美國德克薩斯州的科學家——德克薩斯州州立大學物理學家唐納德·奧爾森說:「月亮或許可以解釋這塊異常龐大的冰山出現在鐵達尼號航線上的原因。」
據悉,鐵達尼號的船長是當時久負盛名的愛德華·史密斯,史密斯船長曾多次完成在北大西洋的航行任務。史密斯的豐富閱歷和謹慎細心正是他被選為鐵達尼號處女航船長的原因。因此,研究人員對史密斯不顧冰山警告而繼續航行的做法感到不解。
愛德華·史密斯船長
奧爾森指出,通常,大型冰山會在拉布拉多和紐芬蘭地區的淺水水域擱淺,除非它們融化到一定程度重新順著海浪漂浮、或者被巨大海浪衝走,否則無法向南漂浮。那麼,如此大型的冰山又是如何向南漂浮如此之遠,在事發當晚抵達紐芬蘭以南的鐵達尼號航線上的呢?
奧爾森的研究小組對已故海洋學家費格斯·伍德的推測進行研究後指出,1912年1月4日出現了難得一遇的情況,當天,月亮和太陽間角度特殊,導致它們之間引力增大。同時,當年1月裡,月球與地球的距離也是在1400年中最近的一次,它們之間的吸引力增強。「這種情況使月亮引發地球潮汐的作用力達到最大。」海洋潮汐異常升高,使更多的大型冰山脫離格陵蘭,向南漂浮到北大西洋,這其中就有撞上鐵達尼號的那座。
該研究小組的這一發現為史密斯船長無視冰山警告的決定做出了辯護。奧爾森認為,當時,史密斯船長沒有估計到他所面對的冰山有如此龐大的體積。
因此,導致泰坦尼克沉沒的罪魁禍首就是那塊龐大的冰山,月亮只是「溫柔」地施了一把力,只不過因為月亮和太陽的角度問題,這把力施得有點過了頭,其實月亮是很無辜的。
這次著名的沉船事故發生以後,美國開始巡查冰山並向船舶警示冰山的位置,這項工作一直持續至今,目前還加上了衛星監測。
冰川灣國家公園觀賞冰山
相比之下,南極洲的冰山和阿拉斯加的冰山「溫柔」許多。儘管已知南極洲的冰山可以漂流到南緯40°~50°地區(澳大利亞南部海域、紐西蘭),但它們主要受繞極環流控制,通常漂浮在大陸附近。阿拉斯加的冰山通常漂流到狹窄水道和半封閉海灣,不經常漂到開闊海域。與危害海上運輸的冰山相比,阿拉斯加冰山更多是作為一種景觀,冰川灣和威廉王子灣就是觀賞冰川的勝地。
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