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2020 年 04 月 02 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

凹凸不平的海平面是怎么形成的

千帆

    部分海域海底地貌模型图。

  随着近代卫星测量技术的发展,人们发现海洋和陆地一样,有着一定的起伏。有调查显示,世界大洋的海面有三个较大的隆起区和三个较大的凹陷区。我们都知道地球上的大洋是连通的,但是海平面为什么会凹凸不平呢?

  潮汐现象影响海平面

  说到影响海平面不平的因素,不能不提引潮力,引潮力是月球、太阳的万有引力和与之对应的惯性力的合力。随着月相的变化,潮汐力量也随着时间推移而对海平面产生影响。从定义上说,潮汐是地球上的海洋表面受到太阳和月球的潮汐力作用引起的涨落现象,会造成海洋和港湾口积水深度的改变。换句话说,就像牛顿万有引力告诉我们,行星的质量引起重力一样,来自太阳和月球的大量拉力作用于海洋,使得我们能够观察到海洋上的潮起潮落。

  潮汐随着月球变化周期而发生变化。当太阳和月亮在一条直线上时,潮汐力很大,我们可以将其称为“大潮”。特别是当太阳和月亮在一条直线且地球正好处于二者中间时,这时我们所看到的月亮是“新月”,此时潮汐力最大。当太阳和月亮就地球而言呈直角排列时,此时产生的潮汐较小,我们可以将其称为“小潮”。由于月球不停地绕着地球公转,且周期恒定,因而大小潮周期性出现。

  在引潮力作用下,海水朝向和背向月球(或太阳)隆起,也被称为潮汐隆起,此时海面向上升高。而指向地心的引潮力使那里的海面下降,形成水位特低的地带。于是,海平面出现了凹凸不平的现象。

  海底起伏海面也起伏

  众所周知,地球并不是一个完美的球体或圆球,它更近似于一个“梨形”。地球表面有凸起的山脉,也有凹陷的海沟。在广阔的海洋中,海底的地形也是十分复杂的,它不仅分布有巍峨的海底山脉、平缓的海底平原,而且还有许多陡峭的海底深沟。由于受海底地形的影响,一个海区的海面会低于或高于另一个海区几米、甚至十几米。一般来说,海底山脉所对应的海面高度较高,相反海沟、海盆等负地形所对应的海面高度较低。因为在地球外部,离地心越近,引力越大,海底地形相对高的地方,其上面覆盖的海水所受到的引力,小于地形相对低处海水所受到的引力,从而其海面相对较高,这就导致了海平面高低起伏。

  科学家们使用雷达高度计测量,发现在大西洋海面不同海域存在着高度差,甚至在美国南卡罗莱纳州和波多黎各岛之间比较小的海域内,也存在着高度差,这与海域内的地形有关。比如,同是大西洋海域,波多黎各海下是一片凹地,因而这一地区的海面就比周围地区明显要低,而巴西东部由于海下有一座3500米的海岭,所以这里的海面就比其他地区要高。

  从另一方面来看,凹凸不平的海底中蕴含着铁镍和其他重物质组成的大量沉积物。这些物质的存在不仅使海底地形或地球表面凹凸不平,也会使地球不同地方的质量差异很大。这些物质的积聚,可以使其表面引力弯曲,从而形成一种动力,驱使海水离开一个地区而流向另一个地区。根据牛顿万有引力定律,更多质量的水将被吸引到地球上相对质量或密度更大的区域,由此影响了海平面的高度。

  多种因素影响海平面高度

  洋流是影响海平面高度的一个重要因素。洋流是海洋表面大规模的海水运动。全球大气环流所造成的盛行风常年吹拂海面,推动海水流动,并使上层海水带动下层海水流动,由此形成洋流。正常情况下,太平洋海面便是典型的“西高东低”,因为赤道以北的太平洋洋面长年吹东北信风,将表层海水带动起来,形成由东到西的北赤道海流;赤道以南洋面则受东南信风影响,形成东到西的南赤道海流。这两股海流让太平洋海面变成“西高东低”。

  除此之外,地壳变化也会影响海平面高度。与全球气候变暖引起海平面上升一样,地壳也同样如此。某一点的实际海平面高度是如何变化的,要取决于全球海平面的变化值和当地地壳的升降值,两者综合计算后的数值才是我们需要的答案。地壳升降包括地质构造引起的地壳垂直升降、冰川、水、沉积物的均衡作用和地层压实作用等导致的地壳升降。因而不同地点由于地壳升降的不同,海平面的变化情况也不尽相同。

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