像这样的大浪经常会产生强大的洋流
如果你在海里丢过帽子或太阳镜，那么你可能体会过海洋的流动性
。如果没有在东西丢失后立刻找回，那么它们很可能已经被洋流带去了世界的另一边。
提到水，"水流（current）
" 这个词描述的是水的流动。水流存在于河流、池塘、沼泽甚至游泳池中。但很少有水体像海洋那样拥有复杂的水流系统
。洋流（ocean current）
可以由潮汐、风或密度差异引起，既包含可以预测的潮汐流，也包含难以捉摸的激流。洋流对天气、海上交通和海水中的营养物质循环有着深远的影响。
那洋流到底是如何起作用的呢？
首先，它们是西欧温暖气候
的幕后功臣，也使得南极能够维持丰富的动植物生态
。此外，洋流的中断可能是2.5亿年前导致95%海洋生物灭绝
的主要原因。有一种特殊的洋流甚至能不断地将一个大洋的水排入另一个大洋，并在大约每1000年的时间里完两个大洋间的水体交换。
了解洋流对于航运和渔业
至关重要，同时在搜救、危险物质清理以及休闲游泳和划船活动
中也非常有用。通过预测和实时测量水流模式，船员可以安全地进出港口，搜救人员能判断失踪者可能漂流的方向，清理队伍能预测泄漏物的去向，冲浪者也能找到捕捉完美波浪的最佳位置。
不论你想了解的是像海滩上把你拉向大海那样的局部水流
，还是环绕地球的全球
洋流
，这篇文章都会回答你关于洋流的种种基本疑问。它们是如何形成的？有哪些类型？如何影响生态系统？
保护我们的海洋输送带
许多科学家担忧全球变暖
可能对全球输送带
（global conveyor belt， 也被称作温盐环流
thermohaline circulation，相关介绍见下文深洋洋流）造成影响。如果全球变暖导致降雨量增加，就像一些科学家认为的那样，淡水量的增加可能会降低极地的盐度。同样，全球变暖导致的冰融化也会降低盐度
。不管通过哪种途径，结果都一样：温暖、密度较低的水将不足以下沉，全球输送带的海水循环将无法进行
，这将带来深远且灾难性的后果。
洋流类型：表层洋流
波浪以一定角度接近海岸，从平行于海岸的方向引入能量并产生沿岸流。
出现在 328 英尺（100 米）深或以上的洋流通常被归类为表层洋流
。表层洋流，包括沿海洋流和洋表洋流
，主要由风驱动
。
你如果曾经去过海滩，那么可能对沿海洋流很熟悉。这些表层洋流也会影响波浪和陆地的形貌。为了更好地了解沿海洋流，首先了解一下波浪
会有所帮助。
当风吹过海洋时，水面会被拉扯并积累能量
，从而形成波浪。风的速度、吹动的距离和吹动的时间都会影响波浪的大小。如果风吹得很快，长时间和长距离地沿同一方向吹，就会形成大浪。当波浪的底部遇到海底时，它们会破裂，变得不稳定，倾泻到岸上。
波浪在海滩上拍打时释放的能量会产生沿岸流
。当波浪以一定角度而不是迎面接近海滩时，波浪的能量的一部分垂直于海岸，一部分平行于海岸。平行部分
的能量产生沿海岸线流动的沿岸流。如果你曾经在海洋中游泳，并感觉到海洋将你拖到更远的海岸上，那么你已经感受到了沿岸流的影响。
当这些水流传播时，它们会携带沉积物
，并沿着海滩进行横向运输，这个过程称为沿岸泥沙流
。沿岸泥沙流可以形成沙嘴
这样的长而窄的土地延伸，以及障壁岛
，即与海岸线平行的长岛屿。随着沿岸水流不断地搬运和重新沉积沙粒，障壁岛的形态也不断变化。
激流
是一种特殊的沿海洋流，是由于地形阻碍，波浪直接回流到海中形成的。在海滩上，你可能会看到警告激流的标志。激流是由已经破碎的波浪通过狭窄的通道
，如沙洲的缺口，以巨大力量流出形成的。想象一下，当你打开浴缸的小排水口时，大量水迅速流出的情形，这就是激流的大致原理。
当风吹动表层海水，使得较深的海水上升来补充表层水时，就会出现上升流。
当风吹走表层海水，使得较深的海水上升来补充表层水时，就会出现上升流
。相反的过程称为下降流
，在风将表层水推向如海岸线等障碍物，导致水的积聚，使得表层水下沉时形成。这两个过程不仅可以在沿岸发生，也可以在开阔的海洋中发生。
上升流和下降流对海洋营养物质的循环
至关重要。较冷的深海水层富含营养物质和二氧化碳，而较暖的海表层则富含氧气
。当这些水层通过上升流和下降流交换位置时，营养物质和气体也随之循环。
下降流阻碍了溶解氧参与表层水中有机物的分解，这可能引发厌氧细菌的爆发和有毒硫化氢的积聚。而上升流则使得生态系统在原本贫瘠的地区得以繁荣。来自深层冷水的营养物质涌入，为南极洲等荒芜地区的多样化生命
提供了滋养。
沿岸流是由当地的风向驱动的
，而开阔海洋中的表层流则是由全球的风的模式所塑造。下面将介绍有关全球洋流的更多细节。
更多表层洋流
圆形风型在海洋表面形成五个主要环流。
正如你所了解的，风和水是紧密相连的
。要理解开阔海洋中的表层洋流，你需要了解一些关于驱动这些洋流的风的知识。
科里奥利力
引起了一些风的模式。如果地球不自转，风将沿直线环绕地球。但由于地球自转，风向在北半球看起来向右偏转，在南半球向左偏转
。这种风向的偏转称为科里奥利效应
。
在北半球，强信风从东北方向吹向西部
，在赤道附近带动海洋表面水向西方
流动。受海岸线和科里奥利效应的影响，这股温暖水流随后向北偏转，在大约北纬30度
处改变方向。随后，西风带接手，引导水流在撞击陆地后向东和向南
流动，从而形成一个持续循环的风流模式，即在北半球顺时针流动，在南半球逆时针流动
。
这些圆形风型产生螺旋状洋流，称为环流
。有五个主要环流跨越赤道南北流动
：北大西洋环流、南大西洋环流、北太平洋环流、南太平洋环流和印度洋环流。两极也存在较小的环流
，其中一个环流环绕南极洲。短暂的、较小的洋流通常由小型和大型环流中衍生出来。
墨西哥湾流
是北大西洋环流的一部分，是一种特别强大的洋流，它从墨西哥湾向北输送暖水，沿着美国东部海岸向上输送到西欧。因此，居住在美国东海岸
的幸运的佛罗里达人在夏季比周边地区更凉爽，冬季更温暖，而西欧
比同纬度的其他地区要温暖得多。
如果风只影响海面下 100 米
（328 英尺）的水，那么更深的洋流是如何形成的？
危险的洋流
在人们对洋流知之甚少的时代，水手们晚上停船过夜，却常在清晨惊愕地发现自己已远离原停泊点。墨西哥湾流
就是这样一条曾让古代航海者屡遭挑战的强大洋流。它宽达240公里，深1.6公里，每秒能移动超过260亿加仑的水，流量之大，甚至超过了亚马逊河
。由于在北卡罗来纳州东海岸突出的哈特拉斯角附近造成了无数船只失事，该区域被称为「大西洋的墓地
」。
深洋洋流（全球输送带）
全球输送带
对我们这些生活在陆地上的生物而言，一条强大的水下洋流环绕着地球，其力量之强，相当于全球所有河流总和的16倍。这种深水洋流被称为「全球输送带
」，由水中的密度差异所驱动
。由密度差异引起的水流运动被称为温盐环流
，因为水的密度受其温度（温）和盐度（盐）的影响。
密度
描述的是单位体积内的物体质量，也可以理解为物体的紧密程度。比如，一个沉重而结实的保龄球，其密度显然大于一个充满空气的沙滩球。对于水而言，温度越低、盐度越高，密度就越大
。
在地球的两极，当海水结冰时，盐分通常不会一起冻结，因此会留下大量浓稠的冷盐水
。这种浓稠的水沉入海底后，更多的水会上升以填补空缺，形成洋流。新流入的水同样会变冷并下沉，持续这一循环。令人惊叹的是，正是这个过程推动了环绕地球的洋流
。
全球输送带始于北极
附近的冷水，向南穿过南美洲和非洲之间，朝南极进发，这一过程部分受其所遇到的大陆板块引导。到达南极后，它被更多的冷水充能，随后分为两路——一部分流向印度洋
，另一部分则进入太平洋
。随着这两部分接近赤道，水温升高并上升到海面，形成所谓的上升流
。当它们到达赤道后无法继续前进，这两部分便绕回南大西洋
，最终返回北大西洋
，从而完成一个循环，并再次开始新的循环。
全球输送带的速度远低于表层洋流——仅为每秒几厘米
，而表层洋流的速度则可达每秒数十甚至数百厘米
。科学家估计，输送带需要1,000年
才能完成一次环球之旅。尽管它的速度很慢，但它移动的水量巨大——超过亚马逊河流量的100
倍
。
全球输送带对维持世界食物链至关重要
。它通过将水运送到世界各地，将表层贫营养、缺少二氧化碳的水带到这些元素十分丰富的海洋深处。底层富含的营养和二氧化碳被带到上层，促进了藻类和海草的生长，这些是所有生命形式的基础
。此外，这条输送带还有助于调节全球温度
。
继续往下看，你会发现一种与众不同的洋流，它并非由风或密度差异驱动
，而是源自地球之外的神秘力量。
在第二次世界大战期间，一个由密度驱动的著名洋流被潜艇利用，它们可以在不启动引擎的情况下进入和离开地中海。这个洋流就发生在较咸的地中海流入大西洋的地方。
潮汐流
月球的引力通常每天产生两次涨潮和两次退潮。
顾名思义，潮汐流是由潮汐引起的。潮汐主要是由月球对地球表面的引力
，以及太阳的引力
，共同作用形成的又长又慢的波浪
。由于月球距离地球更近，它对潮汐的影响也更为显著。
月球引力使得海洋在地球的两侧凸起，与月球对齐的两侧水位升高，而在这两个地点之间的中间位置水位降低。这种水位上升伴随着一种水平水流，即潮汐流
。
潮汐流与前面提到的洋流的不同之处在于，它们并非持续不断地流动
。每次潮汐在涨潮和退潮
之间转换时，潮汐流也会改变方向。虽然潮汐和潮汐流对开阔的海洋没有太大影响，但当它们流入和流出海湾、河口和港口等较狭窄的区域时，它们可以产生高达每小时 15.5英里（25公里）的快速水流。湍急的潮汐流将沉积物卷起，影响动植物的生命。另外，潮汐流可以将鱼的卵从河口转移到开放海域，或者将鱼所需的营养物质从海洋带入河口。
最强的潮汐流发生在涨潮和退潮的高峰期附近
。当潮汐上涨，水流流向岸边时，潮汐称为涨潮流
，当潮汐退去，水流被引导回海时，称为落潮流
。因为月亮、太阳和地球的相对位置以已知的速率变化，所以潮汐流是可以预测的
。
洋流，无论是潮汐流、表层流还是深海流，都深刻地影响着我们所知道的世界。
一些不太著名的表层洋流却引发了一些重大事件。例如，温暖、向东流动的赤道逆流可能会引发厄尔尼诺现象
。而较冷的拉布拉多洋流则沿着格陵兰岛的西海岸流动，常常将冰山推向北大西洋的航线，正是这个洋流导致了泰坦尼克号的沉没
。
作者：Jennifer Horton
翻译：Meyare
审校：7号机
原文链接：How Ocean Currents Work
编辑：7号机
翻译内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
