[圖文]法國科學家解開死水效應之謎
據《新科學家》雜誌報道,1893年,挪威探險家弗裡德約夫·南森(Fridtjof Nansen)駕駛他的船「弗拉姆(Fram)」,經過西伯利亞北部的諾頓斯庫德群島(Nordenskiod Archipelago)時,遇到一種奇怪現象。他後來寫道:「弗拉姆顯然受到了限制,好像是有神秘力量束縛了它,有時候它不能隨舵轉向。我們一路不斷繞圈,有時候船會自動向右拐。雖然我們為了避免這種情況想盡了一切辦法,但結果卻沒有任何作用。」
南森將這稱作「死水效應」,報告上稱,弗拉姆在這種現象的作用下,航行速度比正常速度放慢了四分之一。研究顯示,當一個水域是由2或3層鹽度或密度不同的水層構成時,就會出現死水現象。例如,冰川融化產生的淡水在密度更大的海水上面形成相對較薄的一層。海水深處形成的波浪可放慢船的速度,這一過程肉眼很難覺察到。現在,法國科學家通過在實驗室水槽內重新再現那個特定場景,已經發現這種現象的新細節,他們甚至把這種效應拍成了錄像。這項研究將有助於科學家更好地瞭解死水和分層海洋區域的行為。
里昂大學物理學家塞瑞·道捨斯和他的同事們發現,隱藏在水層分界面的波浪在不知不覺中追趕上船,放慢它的速度。玩具船通過一根電纜提供的恆力從300厘米的水槽裡經過。鹽度和密度不同的水被分成兩層,並通過不同顏色標明。就像在現實中親身經歷死水效應的人描述的那樣,水槽中的水表面非常平靜,但是當隱藏的波浪接觸到船時,它的速度會突然放慢。科研組成員梅爾西葉·馬泰表示:「它在船下面產生了一個低壓,妨礙了船的正常運動。」
當船開始搖擺時,水層下面的水被吸引到上層,填充船激起的漩渦。這種情況在兩層水交界處產生震動,隨著船隻向前運行,震動變得越來越劇烈。當船位於波浪前方時,波浪的規模不斷變大,速度加快,最後趕上船隻,在波浪包圍整個船之前,它的能量開始變小。儘管以前有關死水的研究主要著眼於兩層水,但是真實海洋中的水被分成鹽度有稍微變化的很多層。當研究人員在他們的實驗中增加第三層水時,兩個交界處顯然都出現了波動,但是兩種情況下船放慢的速度幾乎相同。
道捨斯表示,研究不同水層之間產生的這些「界面波」形成和發展的方式,有助於幫助科學家理解真正海洋的動力學,例如污染物如何與水混合在一起,並經過海水過濾,沉澱到海洋深處的。烏得勒支大學物理海洋學家洛·馬斯是第一個詳細研究死水的人。他表示,相同作用或許也能解釋遊泳的人在海洋中為什麼會遇到突如其來的困難。