基本介紹
- 中文名：死水效應
- 外文名：The water effect
發現,科學研究,形成原因,科學意義,
發現
1893年的一天，“弗拉姆”號考察船正穿行在北冰洋巨大的白色冰山之中，由於沒有風，四周一片寂靜，只有當船隻駛過時，平滑的海面才泛起道道漣漪。挪威探險家弗里德約夫·南森是這艘船的主人，他正準備向北極點接近，尋找傳說中的“北極陸地”。突然，考察船似乎遇到了阻礙，速度明顯慢了下來。船員們並沒有偷懶，船也沒有撞上冰山或海面浮冰，也沒有遭遇到逆風，船就這樣神秘地減速了。
接下來，南森還發現，他的船似乎被一種神秘的力量控制了，這種力量有時讓船無法轉向，有時會讓船自動拐彎，在海面上劃出一個大圓圈回到起點。在神秘力量的干擾下，考察船的航行速度比正常速度慢了1/4。許多船員對此感到非常恐懼，以為他們的航行驚動了北極地區神秘的水怪。好在這種力量似乎並不想讓考察隊永遠地留在冰冷的海面，考察船還是能夠克服神秘力量緩慢前行。過了一陣，當逃離那片古怪的水域後，船隻的航行速度又正常了。
南森在北極航行時發現“死水效應”
南森在北極航行時發現“死水效應”那種神秘的力量不止一次地干擾南森的考察船，有時在這片水域，有時在那片水域。南森既是一位科學家，還是一位經驗豐富的北極探險家，他和別人一道探索北極，證明北極並不存在像南極那樣的巨大陸地；他還在生物神經系統領域頗有研究。此外，當時世界主要國家組成了一個稱作“國際聯盟”的組織，類似今天的聯合國，處理國際事物。南森因為在當時國際聯盟中的優秀貢獻，被授予了諾貝爾和平獎。就是這樣一位學識淵博的科學家、社會活動家，也難以解釋自己遇到的這個北極怪現象，於是他給這種現象起了一個名字，叫做“死水效應”。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。
科學研究
法國研究人員已經揭示了“死水效應”的這一神奇作用：當一片水域具有不同鹽度的二層或更多層的水層時，就會出現這種“死水效應”。比如，來自冰川的淡水在高濃度的海水上面形成一層相對薄的水層。來自隱藏層的波浪會不露痕跡地減緩船隻的航行速度。
法國里昂大學的物理學家瑟里·道克斯及其同事發現，無形的水層界面所隱藏的波浪會減緩船隻的行駛速度。他們將一艘玩具船放在一個3米寬的水池中，通過光纜以恆力來拉動它前進。水池中的水分成二層不同鹽度的水，並用染料給這二層水打上標識，因此說這二層水的密度也不盡相同。正如在真實海洋中經歷過死水效應的人所描述的那樣，此水池中的水表面雖然很平滑，但當玩具船碰到隱藏的波浪時，此船隻突然減速了。研究小組成員麥西表示，它產生了向下的低壓，阻止此船隻移動。
科學家發現這是船隻本身產生的波浪，來自下層的水被牽引到上面來，填充其波浪所形成的旋渦，因此在二層水的界面產生了振動，當船隻前進時，此振動不斷加大，從而阻礙了船隻的行進。麥西表示此波浪不斷加大和加速，最終趕上了此船隻的速度，獲取船隻的能量直到波浪被船隻的側面擋住為止。雖然先前有關死水效應的研究考慮了二層水，但真正海洋會因稍微不同的鹽度分成許多不同的層次。當研究人員將第三層水加入他們的實驗時，隱藏波在先前的二層水中同時出現，同樣減緩了船隻的行進速度。
形成原因
法國科學家試圖在水槽中製造出死水效應，並揭示死水效應的奧秘。他們在水槽中製造了鹽度、密度不同的水層，不同水層染上不同的顏色，並把電動玩具船放入水槽做實驗。水槽中的水面十分平靜，但是科學家發現，水下卻並不平靜，在兩個水層的交界面上，會出現微微的波浪。而當玩具船在水面行駛並搖晃時，深層的水體被攪動了，一部分水被吸引到了淺層，填充玩具船產生的漩渦。隨著船隻向前行駛，這種水體的振盪越來越劇烈，交界面處的波浪也越來越大，甚至大到影響了船隻正常行駛的程度。而此時，水面其實還很平靜，可是波浪卻在船下面產生了一個低壓區，船到了這個低壓區前行就比較困難了。法國科學家終於成功地在水槽中製造了死水效應，並發現這是由於水層的界面波造成的。
當風吹過水麵時，水體會泛起波浪，從廣義的理解，波浪就是一種界面波，界面之上是空氣，之下是水，而波沿著界面傳播，並有一定的振幅，出現波峰和波谷。其實，在水體中也會出現多個水層，它們之間存在著界面。在北極水域，由於光照變化，露出水面的冰山的融化速度時快時慢，於是固態的水變成液態水併流入海水的量也就時多時少。海水的平均鹽度是3.5%，密度比淡水要大。因此當大量的冰融化後，一時之間不會與海水溶合，往往會在海水表面形成一個鹽度很低的淡水層，和高鹽度的海水之間形成了一個水面下的界面。科學家發現，有時水面下甚至不止出現一個界面，而是有數個界面。這些界面上同樣會出現界面波。當水層界面波的振幅很大時，即使水面上似乎很寧靜，但界面波也足以干擾船隻的航行。
科學意義
水層界面波的發現對科學家真正理解海洋很有幫助。比如一些在平靜的海水中游泳的人會突然出現難以划動的意外，這其實就是死水效應造成的。
研究表明不同水層產生和形成的這些界面波可以幫助科學家了解真正海洋動力學，比如，污染會達到什麼樣的程度，還有過濾會下沉到多深的海水中。
