洋流的运动: 浓度梯度 - 萨沙·怀特

完整课程链接：http://ed.ted.com/lessons/the-motion-of-the-ocean-the-concentration-gradient-sasha-wright

我们海洋的不断流动过程是一个庞大复杂的体系，涉及到许多不同的因素。萨沙·怀特解释了这些因素的其中一种物理机制——浓度梯度——并描述了我们的海洋是如何展开空间的大规模争夺的。

授课：Sasha Wright, 动画：Andrew Foerster.

如果你曾经在海洋上漂浮，

你就会知道海水是持续运动的。

放眼整个地球，
你就会了解更完整的运动状况：

我们地球71%的表面被水覆盖，

形成一个巨大的洋流，
绕着地球流动。

这个全球传送带令人叹为观止，

其形成因素很多很复杂，

但我们可以用一个使海水绕地球流动的

简单的水泵来概括。

这个过程叫做热盐环流，

形成它的基础概念是

浓度梯度。

让我们先把海洋环境放到一边，

想象我们身处一个空房间里，

里面有很多扫地机器人吸尘器成堆地

挤在一个角落中。

把它们全部启动的话，

这些机器就会划向四周，

互相撞来撞去，

直到整个房间都均匀地
布满了这些吸尘器。

这些机器的运动方向是随机的，

并最终达到平衡，

也就是在房间各个角落的分布

是均匀的。

这就是浓度梯度的原理，

物质会被动地从

高密度的地方

向低密度，更“舒适”的地方移动。

而这又与洋流和热盐循环有什么关系呢？

“thermo”意思就是温度，

而“haline”是盐的意思，

因为在现实的海洋中，

分布不均的温度和盐分促使

洋流从高浓度流到到低浓度。

让我们再回到海洋，

看看现实情况是怎样的。

啪！

你变成海面上的一个分子，

身处纽约沿岸温和的海面上，

周围都是大量闹哄哄的其他分子。

在这里，太阳的光照提供了能量，

使你和其他水分子

相互推挤，撞来撞去，

像机器人吸尘器一样。

你们分布得越广，

海面水分子的

密度就越低。

在这个被动过程中，

你从高密度区域移动到了低密度的区域。

让我们先暂时忘掉物理定律，

假设作为分子的你

可以一直潜入到海底深处。

在寒冷的海底，

阳光照射相对较少，

水分子活性较低，

也就是说它们在高浓度时也依旧静止不动。

不会发生碰撞。

但它们也想

从所在的拥挤环境挣脱出来，

于是它们开始向上游动

游向海面更宽敞的地方。

这就是温度

推动水分子流动的方式，

它们从高密度流向低密度，

最终达到平衡。

但组成海水的不光有水分子。

还有大量的盐离子。

而像你一样，它们也想要

在宽敞的环境中居住。

当太阳光加热海水时，

你们中有些水分子

从海面蒸发。

增加了水中含盐量的比例。

拥挤的盐离子仍然留在水面，

并注意到海水深处的

盐离子似乎能享受到更多的空间。

所以它们开始入侵了，

它们也向下游到海水深处。

在极地地区，

我们可以看到这些微观的过程

是如何影响全球环流的。

在南北极，

海面布满了浮冰，

海面与海水深处产生了

细微的温差。

其实两边都很冷。

但盐分分布不一样，

在这种情况下，

这种差距促使了反应的发生。

这时，太阳光使部分表面浮冰融化，

使一些新的水分子

进入海水中。

这不仅使

水分子之间距离更近，

让你再次想要寻找新的空间，

还同时反过来稀释了

盐离子的浓度。

所以你会向下移动，

沿着浓度梯度一路往下，

向更舒适的环境游去。

而对盐离子来说，

它们在海面的低浓度

就像宣传广告一样

吸引着底下大批的盐离子，

它们开始蠢蠢欲动。

无论是在温带还是在极地，

这种沿着浓度梯度的被动过程

都促成了洋流活动。

这就开始了

名为热盐环流的

全球传送带。

这就是一个简单的理论

支撑起了

我们地球规模最大

以及最重要的系统之一。

而如果你看看周围，

你会发现这种现象无处不在。

开灯也是这个原理。

浓度梯度支配着

电流的产生，

使挤在一块儿的电子

向电子密度更低的地方移动，

当你打开开关，

电流通道也就打开了。

事实上，现在也有浓度梯度现象发生在

你体内，随着你把氧气吸入肺部，

肺部堆积的氧气

就会被动地排出，

进入到血液中。

我们都知道，世界充满了

复杂的物理问题，

但是有时候，理解它们的第一步

是很简单的。

所以当你遇到像

洋流这样宏大的问题，

或想要了解电力如何运作时，

记住不要慌张。

认识的过程就像打开开关一样简单。