像這樣的大浪經常會產生強大的洋流
如果你在海裏丟過帽子或太陽鏡，那麽你可能體會過海洋的流動性
。如果沒有在東西遺失後立刻找回，那麽它們很可能已經被洋流帶去了世界的另一邊。
提到水，"水流（current）
" 這個詞描述的是水的流動。水流存在於河流、池塘、沼澤甚至遊泳池中。但很少有水體像海洋那樣擁有復雜的水流系統
。洋流（ocean current）
可以由潮汐、風或密度差異引起，既包含可以預測的潮汐流，也包含難以捉摸的激流。洋流對天氣、海上交通和海水中的營養物質迴圈有著深遠的影響。
那洋流到底是如何起作用的呢？
首先，它們是西歐溫暖氣候
的幕後功臣，也使得南極能夠維持豐富的動植物生態
。此外，洋流的中斷可能是2.5億年前導致95%海洋生物滅絕
的主要原因。有一種特殊的洋流甚至能不斷地將一個大洋的水排入另一個大洋，並在大約每1000年的時間裏完兩個大洋間的水體交換。
了解洋流對於航運和漁業
至關重要，同時在搜救、危險物質清理以及休閑遊泳和劃船活動
中也非常有用。透過預測和即時測量水流模式，船員可以安全地進出港口，搜救人員能判斷失蹤者可能漂流的方向，清理隊伍能預測泄漏物的去向，沖浪者也能找到捕捉完美波浪的最佳位置。
不論你想了解的是像海灘上把你拉向大海那樣的局部水流
，還是環繞地球的全球
洋流
，這篇文章都會回答你關於洋流的種種基本疑問。它們是如何形成的？有哪些型別？如何影響生態系？
保護我們的海洋輸送帶
許多科學家擔憂全球暖化
可能對全球輸送帶
（global conveyor belt， 也被稱作溫鹽環流
thermohaline circulation，相關介紹見下文深洋洋流）造成影響。如果全球暖化導致降雨量增加，就像一些科學家認為的那樣，淡水量的增加可能會降低極地的鹽度。同樣，全球暖化導致的冰融化也會降低鹽度
。不管透過哪種途徑，結果都一樣：溫暖、密度較低的水將不足以下沈，全球輸送帶的海水迴圈將無法進行
，這將帶來深遠且災難性的後果。
洋流型別：表層洋流
波浪以一定角度接近海岸，從平行於海岸的方向引入能量並產生沿岸流。
出現在 328 英尺（100 米）深或以上的洋流通常被歸類為表層洋流
。表層洋流，包括沿海洋流和洋表洋流
，主要由風驅動
。
你如果曾經去過海灘，那麽可能對沿海洋流很熟悉。這些表層洋流也會影響波浪和陸地的形貌。為了更好地了解沿海洋流，首先了解一下波浪
會有所幫助。
當風吹過海洋時，水面會被拉扯並積累能量
，從而形成波浪。風的速度、吹動的距離和吹動的時間都會影響波浪的大小。如果風吹得很快，長時間和長距離地沿同一方向吹，就會形成大浪。當波浪的底部遇到海底時，它們會破裂，變得不穩定，傾瀉到岸上。
波浪在海灘上拍打時釋放的能量會產生沿岸流
。當波浪以一定角度而不是迎面接近海灘時，波浪的能量的一部份垂直於海岸，一部份平行於海岸。平行部份
的能量產生沿海岸線流動的沿岸流。如果你曾經在海洋中遊泳，並感覺到海洋將你拖到更遠的海岸上，那麽你已經感受到了沿岸流的影響。
當這些水流傳播時，它們會攜帶沈積物
，並沿著海灘進行橫向運輸，這個過程稱為沿岸泥沙流
。沿岸泥沙流可以形成沙嘴
這樣的長而窄的土地延伸，以及障壁島
，即與海岸線平行的長島嶼。隨著沿岸水流不斷地搬運和重新沈積沙粒，障壁島的形態也不斷變化。
激流
是一種特殊的沿海洋流，是由於地形阻礙，波浪直接回流到海中形成的。在海灘上，你可能會看到警告激流的標誌。激流是由已經破碎的波浪透過狹窄的通道
，如沙洲的缺口，以巨大力量流出形成的。想象一下，當你開啟浴缸的小排水口時，大量水迅速流出的情形，這就是激流的大致原理。
當風吹動表層海水，使得較深的海水上升來補充表層水時，就會出現上升流。
當風吹走表層海水，使得較深的海水上升來補充表層水時，就會出現上升流
。相反的過程稱為下降流
，在風將表層水推向如海岸線等障礙物，導致水的積聚，使得表層水下沈時形成。這兩個過程不僅可以在沿岸發生，也可以在開闊的海洋中發生。
上升流和下降流對海洋營養物質的迴圈
至關重要。較冷的深海水層富含營養物質和二氧化碳，而較暖的海表層則富含氧氣
。當這些水層透過上升流和下降流交換位置時，營養物質和瓦斯也隨之迴圈。
下降流阻礙了溶解氧參與表層水中有機物的分解，這可能引發厭氧細菌的爆發和有毒硫化氫的積聚。而上升流則使得生態系在原本貧瘠的地區得以繁榮。來自深層冷水的營養物質湧入，為南極洲等荒蕪地區的多樣化生命
提供了滋養。
沿岸流是由當地的風向驅動的
，而開闊海洋中的表層流則是由全球的風的模式所塑造。下面將介紹有關全球洋流的更多細節。
更多表層洋流
圓形風型在海洋表面形成五個主要環流。
正如你所了解的，風和水是緊密相連的
。要理解開闊海洋中的表層洋流，你需要了解一些關於驅動這些洋流的風的知識。
科裏奧利力
引起了一些風的模式。如果地球不自轉，風將沿直線環繞地球。但由於地球自轉，風向在北半球看起來向右偏轉，在南半球向左偏轉
。這種風向的偏轉稱為科裏奧利效應
。
在北半球，強信風從東北方向吹向西部
，在赤道附近帶動海洋表面水向西方
流動。受海岸線和科裏奧利效應的影響，這股溫暖水流隨後向北偏轉，在大約北緯30度
處改變方向。隨後，西風帶接手，引導水流在撞擊陸地後向東和向南
流動，從而形成一個持續迴圈的風流模式，即在北半球順時針流動，在南半球逆時針流動
。
這些圓形風型產生螺旋狀洋流，稱為環流
。有五個主要環流跨越赤道南北流動
：北大西洋環流、南大西洋環流、北太平洋環流、南太平洋環流和印度洋環流。兩極也存在較小的環流
，其中一個環流環繞南極洲。短暫的、較小的洋流通常由小型和大型環流中衍生出來。
墨西哥灣流
是北大西洋環流的一部份，是一種特別強大的洋流，它從墨西哥灣向北輸送暖水，沿著美國東部海岸向上輸送到西歐。因此，居住在美國東海岸
的幸運的佛羅裏達人在夏季比周邊地區更涼爽，冬季更溫暖，而西歐
比同緯度的其他地區要溫暖得多。
如果風只影響海面下 100 米
（328 英尺）的水，那麽更深的洋流是如何形成的？
危險的洋流
在人們對洋流知之甚少的時代，海員們晚上停船過夜，卻常在清晨驚愕地發現自己已遠離原停泊點。墨西哥灣流
就是這樣一條曾讓古代航海者屢遭挑戰的強大洋流。它寬達240公裏，深1.6公裏，每秒能移動超過260億加侖的水，流量之大，甚至超過了亞馬遜河
。由於在北卡羅來納州東海岸突出的哈特拉斯角附近造成了無數船只失事，該區域被稱為「大西洋的墓地
」。
深洋洋流（全球輸送帶）
全球輸送帶
對我們這些生活在陸地上的生物而言，一條強大的水下洋流環繞著地球，其力量之強，相當於全球所有河流總和的16倍。這種深水洋流被稱為「全球輸送帶
」，由水中的密度差異所驅動
。由密度差異引起的水流運動被稱為溫鹽環流
，因為水的密度受其溫度（溫）和鹽度（鹽）的影響。
密度
描述的是單位體積內的物體品質，也可以理解為物體的緊密程度。比如，一個沈重而結實的保齡球，其密度顯然大於一個充滿空氣的沙灘球。對於水而言，溫度越低、鹽度越高，密度就越大
。
在地球的兩極，當海水結冰時，鹽分通常不會一起凍結，因此會留下大量濃稠的冷鹽水
。這種濃稠的水沈入海底後，更多的水會上升以填補空缺，形成洋流。新流入的水同樣會變冷並下沈，持續這一迴圈。令人驚嘆的是，正是這個過程推動了環繞地球的洋流
。
全球輸送帶始於北極
附近的冷水，向南穿過南美洲和非洲之間，朝南極進發，這一過程部份受其所遇到的大陸板塊引導。到達南極後，它被更多的冷水充能，隨後分為兩路——一部份流向印度洋
，另一部份則進入太平洋
。隨著這兩部份接近赤道，水溫升高並上升到海面，形成所謂的上升流
。當它們到達赤道後無法繼續前進，這兩部份便繞回南大西洋
，最終返回北大西洋
，從而完成一個迴圈，並再次開始新的迴圈。
全球輸送帶的速度遠低於表層洋流——僅為每秒幾厘米
，而表層洋流的速度則可達每秒數十甚至數百厘米
。科學家估計，輸送帶需要1,000年
才能完成一次環球之旅。盡管它的速度很慢，但它移動的水量巨大——超過亞馬遜河流量的100
倍
。
全球輸送帶對維持世界食物鏈至關重要
。它透過將水運送到世界各地，將表層貧營養、缺少二氧化碳的水帶到這些元素十分豐富的海洋深處。底層富含的營養和二氧化碳被帶到上層，促進了藻類和海草的生長，這些是所有生命形式的基礎
。此外，這條輸送帶還有助於調節全球溫度
。
繼續往下看，你會發現一種與眾不同的洋流，它並非由風或密度差異驅動
，而是源自地球之外的神秘力量。
在第二次世界大戰期間，一個由密度驅動的著名洋流被潛艇利用，它們可以在不啟動引擎的情況下進入和離開地中海。這個洋流就發生在較鹹的地中海流入大西洋的地方。
潮汐流
月球的重力通常每天產生兩次漲潮和兩次退潮。
顧名思義，潮汐流是由潮汐引起的。潮汐主要是由月球對地球表面的重力
，以及太陽的重力
，共同作用形成的又長又慢的波浪
。由於月球距離地球更近，它對潮汐的影響也更為顯著。
月球重力使得海洋在地球的兩側凸起，與月球對齊的兩側水位升高，而在這兩個地點之間的中間位置水位降低。這種水位上升伴隨著一種水平水流，即潮汐流
。
潮汐流與前面提到的洋流的不同之處在於，它們並非持續不斷地流動
。每次潮汐在漲潮和退潮
之間轉換時，潮汐流也會改變方向。雖然潮汐和潮汐流對開闊的海洋沒有太大影響，但當它們流入和流出海灣、河口和港口等較狹窄的區域時，它們可以產生高達每小時 15.5英裏（25公裏）的快速水流。湍急的潮汐流將沈積物卷起，影響動植物的生命。另外，潮汐流可以將魚的卵從河口轉移到開放海域，或者將魚所需的營養物質從海洋帶入河口。
最強的潮汐流發生在漲潮和退潮的高峰期附近
。當潮汐上漲，水流流向岸邊時，潮汐稱為漲潮流
，當潮汐退去，水流被引導回海時，稱為落潮流
。因為月亮、太陽和地球的相對位置以已知的速率變化，所以潮汐流是可以預測的
。
洋流，無論是潮汐流、表層流還是深海流，都深刻地影響著我們所知道的世界。
一些不太著名的表層洋流卻引發了一些重大事件。例如，溫暖、向東流動的赤道逆流可能會引發聖嬰現象
。而較冷的拉布拉多洋流則沿著格陵蘭島的西海岸流動，常常將冰山推向北大西洋的航線，正是這個洋流導致了鐵達尼號的沈沒
。
作者：Jennifer Horton
轉譯：Meyare
審校：7號機
原文連結：How Ocean Currents Work
編輯：7號機
轉譯內容僅代表作者觀點
不代表中科院物理所立場
