洋流的运动: 浓度梯度 - 萨沙·怀特
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0:07 - 0:09如果你曾经在海洋上漂浮,
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0:09 - 0:13你就会知道海水是持续运动的。
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0:13 - 0:15放眼整个地球,
你就会了解更完整的运动状况: -
0:15 - 0:18我们地球71%的表面被水覆盖,
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0:18 - 0:22形成一个巨大的洋流,
绕着地球流动。 -
0:22 - 0:24这个全球传送带令人叹为观止,
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0:24 - 0:26其形成因素很多很复杂,
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0:26 - 0:29但我们可以用一个使海水绕地球流动的
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0:29 - 0:31简单的水泵来概括。
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0:31 - 0:34这个过程叫做热盐环流,
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0:34 - 0:36形成它的基础概念是
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0:36 - 0:39浓度梯度。
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0:43 - 0:45让我们先把海洋环境放到一边,
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0:45 - 0:47想象我们身处一个空房间里,
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0:47 - 0:49里面有很多扫地机器人吸尘器成堆地
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0:49 - 0:51挤在一个角落中。
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0:51 - 0:52把它们全部启动的话,
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0:52 - 0:54这些机器就会划向四周,
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0:54 - 0:56互相撞来撞去,
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0:56 - 1:00直到整个房间都均匀地
布满了这些吸尘器。 -
1:00 - 1:02这些机器的运动方向是随机的,
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1:02 - 1:04并最终达到平衡,
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1:04 - 1:06也就是在房间各个角落的分布
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1:06 - 1:08是均匀的。
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1:08 - 1:11这就是浓度梯度的原理,
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1:11 - 1:13物质会被动地从
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1:13 - 1:15高密度的地方
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1:15 - 1:18向低密度,更“舒适”的地方移动。
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1:18 - 1:21而这又与洋流和热盐循环有什么关系呢?
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1:21 - 1:23“thermo”意思就是温度,
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1:23 - 1:25而“haline”是盐的意思,
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1:25 - 1:27因为在现实的海洋中,
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1:27 - 1:30分布不均的温度和盐分促使
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1:30 - 1:33洋流从高浓度流到到低浓度。
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1:33 - 1:35让我们再回到海洋,
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1:35 - 1:37看看现实情况是怎样的。
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1:37 - 1:38啪!
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1:38 - 1:41你变成海面上的一个分子,
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1:41 - 1:43身处纽约沿岸温和的海面上,
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1:43 - 1:45周围都是大量闹哄哄的其他分子。
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1:45 - 1:48在这里,太阳的光照提供了能量,
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1:48 - 1:50使你和其他水分子
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1:50 - 1:52相互推挤,撞来撞去,
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1:52 - 1:54像机器人吸尘器一样。
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1:54 - 1:55你们分布得越广,
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1:55 - 1:57海面水分子的
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1:57 - 1:59密度就越低。
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1:59 - 2:00在这个被动过程中,
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2:00 - 2:04你从高密度区域移动到了低密度的区域。
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2:04 - 2:06让我们先暂时忘掉物理定律,
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2:06 - 2:08假设作为分子的你
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2:08 - 2:11可以一直潜入到海底深处。
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2:11 - 2:12在寒冷的海底,
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2:12 - 2:14阳光照射相对较少,
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2:14 - 2:16水分子活性较低,
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2:16 - 2:20也就是说它们在高浓度时也依旧静止不动。
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2:20 - 2:21不会发生碰撞。
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2:21 - 2:23但它们也想
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2:23 - 2:24从所在的拥挤环境挣脱出来,
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2:24 - 2:26于是它们开始向上游动
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2:26 - 2:29游向海面更宽敞的地方。
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2:29 - 2:30这就是温度
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2:30 - 2:32推动水分子流动的方式,
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2:32 - 2:34它们从高密度流向低密度,
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2:34 - 2:36最终达到平衡。
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2:36 - 2:39但组成海水的不光有水分子。
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2:39 - 2:43还有大量的盐离子。
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2:43 - 2:45而像你一样,它们也想要
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2:45 - 2:47在宽敞的环境中居住。
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2:47 - 2:48当太阳光加热海水时,
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2:48 - 2:50你们中有些水分子
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2:50 - 2:52从海面蒸发。
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2:52 - 2:55增加了水中含盐量的比例。
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2:55 - 2:57拥挤的盐离子仍然留在水面,
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2:57 - 2:59并注意到海水深处的
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2:59 - 3:01盐离子似乎能享受到更多的空间。
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3:01 - 3:03所以它们开始入侵了,
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3:03 - 3:06它们也向下游到海水深处。
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3:06 - 3:08在极地地区,
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3:08 - 3:10我们可以看到这些微观的过程
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3:10 - 3:11是如何影响全球环流的。
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3:11 - 3:13在南北极,
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3:13 - 3:15海面布满了浮冰,
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3:15 - 3:17海面与海水深处产生了
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3:17 - 3:19细微的温差。
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3:19 - 3:21其实两边都很冷。
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3:21 - 3:22但盐分分布不一样,
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3:22 - 3:23在这种情况下,
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3:23 - 3:25这种差距促使了反应的发生。
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3:25 - 3:27这时,太阳光使部分表面浮冰融化,
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3:27 - 3:30使一些新的水分子
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3:30 - 3:31进入海水中。
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3:31 - 3:33这不仅使
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3:33 - 3:36水分子之间距离更近,
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3:36 - 3:38让你再次想要寻找新的空间,
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3:38 - 3:40还同时反过来稀释了
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3:40 - 3:42盐离子的浓度。
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3:42 - 3:43所以你会向下移动,
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3:43 - 3:45沿着浓度梯度一路往下,
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3:45 - 3:47向更舒适的环境游去。
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3:47 - 3:49而对盐离子来说,
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3:49 - 3:51它们在海面的低浓度
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3:51 - 3:53就像宣传广告一样
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3:53 - 3:55吸引着底下大批的盐离子,
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3:55 - 3:57它们开始蠢蠢欲动。
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3:57 - 3:59无论是在温带还是在极地,
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3:59 - 4:02这种沿着浓度梯度的被动过程
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4:02 - 4:04都促成了洋流活动。
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4:04 - 4:06这就开始了
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4:06 - 4:07名为热盐环流的
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4:07 - 4:09全球传送带。
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4:09 - 4:11这就是一个简单的理论
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4:11 - 4:13支撑起了
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4:13 - 4:14我们地球规模最大
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4:14 - 4:16以及最重要的系统之一。
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4:16 - 4:17而如果你看看周围,
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4:17 - 4:19你会发现这种现象无处不在。
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4:19 - 4:20开灯也是这个原理。
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4:20 - 4:22浓度梯度支配着
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4:22 - 4:24电流的产生,
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4:24 - 4:26使挤在一块儿的电子
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4:26 - 4:29向电子密度更低的地方移动,
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4:29 - 4:31当你打开开关,
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4:31 - 4:33电流通道也就打开了。
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4:33 - 4:35事实上,现在也有浓度梯度现象发生在
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4:35 - 4:39你体内,随着你把氧气吸入肺部,
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4:39 - 4:41肺部堆积的氧气
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4:41 - 4:43就会被动地排出,
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4:43 - 4:45进入到血液中。
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4:45 - 4:47我们都知道,世界充满了
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4:47 - 4:49复杂的物理问题,
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4:49 - 4:50但是有时候,理解它们的第一步
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4:50 - 4:53是很简单的。
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4:53 - 4:54所以当你遇到像
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4:54 - 4:55洋流这样宏大的问题,
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4:55 - 4:58或想要了解电力如何运作时,
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4:58 - 4:59记住不要慌张。
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4:59 - 5:02认识的过程就像打开开关一样简单。
- Title:
- 洋流的运动: 浓度梯度 - 萨沙·怀特
- Description:
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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.
- Video Language:
- English
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- closed TED
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- TED-Ed
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