“把科学带回家”所有

撰文 七君

今年4月，印尼南伽拉号潜艇（KRI Nanggala (402)）沉没，潜艇上的53人也随之殒命。
这艘由德国制造的潜艇碎成了三块，沉睡在840米深的海底。
现在事件缘故原由还没有查明，不过印尼海军少将 Iwan Isnurwanto 称，一个海中自然征象可能是事件的肇因，日本气候卫星向日葵8号还拍摄到了证据。

印尼南伽拉号潜艇活着时候的样子。
图片来源：ANTARA / VIA REUTERS

这个恐怖的征象，便是在岸上和水面的人很难觉察的内波（internal wave）。

内波便是在水下的一种重力波，内波的产生的必要条件是分层的液体，当不同液层的界面被扰动时就会产生内波。

我们用油和水就可以仿照内波。
你可以看到，油和水的界面上也有暗波涌动，但这种波在油面上险些不会引起什么变革。

在水（蓝色）和油（透明）的交界处形成了内波。
图片来源：Portland State University

在海中，更热、盐度更低的海水位于上层，高下层之间的密度差使海水分层，为内波创造了初始条件，当潮流碰着海底高山等阻碍时就会内波就会呈现。
实际上天下各地的大陆架附近常常会涌现内波。

环球涌现内波的地方。
图片来源：Cornell Civil and Environmental Engineering

和水面的波浪不同，内波可以传播数千米，并且可以持续数小时。
内波的幅度，也便是最高和最低处常常超过50米，这也让内波变得极为危险。

根据斯克里普斯海洋研究所（SIO）的海洋和大气研究部的部长 Matthew Alford 和同事在2014年揭橥的研究，在10分钟内，海洋表层10米厚的海水就能打出一个近40米的浪头，只不过这个浪头是向下的而不是向上的。

这样迅疾的内波对付浮潜的人来说相称致命。
Alford 先容，他曾经作为专家被约请为一场诉讼供应专业建议；在这个案件里，一名大溪地潜水员被内波刮到了深海。

畏惧内波的不仅有潜水员，还有各国的潜艇。

早在1966年，美国海军的一项研究就指出，内波可以让潜艇的掌握变得困难，乃至可能导致潜艇沉没。
二战时，潜艇常日会避免在连接地中海和大泰西的直布罗陀海峡处作业，便是由于它们知道那里有臭名昭著的内波。

在30多年前，真的有潜艇在直布罗陀海峡失事了。
1984年9月21日，苏联的潜艇悄咪咪地潜伏在苏联的一艘商船下通过直布罗陀海峡，但在快要离开的时候却一下子撞在了商船上。
这次相撞导致商船破坏严重，潜艇的头也破了，终极不得不浮出水面曝光。

直布罗陀海峡的邪性和那里独特的自然条件脱不了关系。
根据欧洲航天局（ESA），直布罗陀海峡的海水大致分为两层：下层是更咸的地中海海水，上层是盐度稍低的大泰西海水。
再加上直布罗陀海峡海底地貌繁芜，那里有大量内波出没就不奇怪了。

欧洲遥感卫星拍摄到的直布罗陀海峡海洋表面，海面的波纹揭示下方有内波。
图片来源：ESA

刚才说过，天下各地的大陆架附近都有内波，而拥有最为惊悚的内波的海疆除了直布罗陀海峡，还有我国的南海、印尼的龙目海峡、安达曼海的小安达曼岛和卡尔尼科巴岛、意大利半岛和西西里岛之间的墨西拿海峡。

这是麻省理工学院（MIT）制作的南海的吕宋海峡（位于***岛和菲律宾之间）的内波，它是潮流经由吕宋海峡时产生的。

我国南海东沙群岛附近的内波可能是天下上最强力的，幅度可达300米。

今年 Alford 在接管美国全国公共广播电台（NPR）采访时表示，美国、俄罗斯和中首都花了大笔经费研究南海的内波，由于这里的内波可能对这些国家的军事行动有很大影响。

1998年Radarsat-1号卫星拍摄到的南海的内波在海洋表面引发的波纹，白色箭头所指的便是内波。
图片来源：CSA 1998

看完了上面对内波的描述，你可能会认为，只要不潜水、不搭乘潜艇就没事儿了吧，实际上，在海面也有被内波陵暴的可能。

内波会造成一种名为去世水（dead water）的罕见征象。
有些海面看起来风平浪静、人畜无害，但在海面航行的船只却无法前行，这便是碰着了去世水。

这是由于船只航行在和船差不多深的淡水上，淡水下方则是盐度更高的海水，两者没有充分稠浊。
这种情形下船的动能会被转化为内波，造成船只无法移动。
峡湾附近常常会涌现这种征象，由于冰川融化的淡水和峡湾的海水没有完备稠浊，因此淡水能轻轻地浮在上层。

去世水征象一开始被当作水手间的奇谈，但是后来由于著名挪威探险家弗里乔夫·南森（Fridtjof Nansen）的经历而得到科学研究。

1893年南森搭乘的北极探险船只。
图片来源：Fridtjof Nansen

1893年，南森在亚洲最北的半岛——泰梅尔半岛附近探险时遭遇了去世水。
他将自己的经历见告了物理学家威廉·皮耶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）。
皮耶克尼斯和他的学生、后来被誉为当代物理海洋学的第一人的沃恩·华费特·埃克曼（Vagn Walfrid Ekman）创造，船在分层的液体长进步时会产生内波，而内波会阻碍船只前行，导致去世水涌现。

在海洋中内波切实其实防不胜防。
麻省理工学院的海洋学家 Thomas Peacock 表示，内波便是海洋中沉睡的巨人，它们在全天下的海洋里滚来滚去，但是人类却很少看到它们。

虽然内波之上常常风平浪静，但某些情形下大家可以在海边不雅观察到内波。
海面上间距较大的一行行荡漾便是下方内波的表征。

内波在海面形成的图案。
图片来源：Jen MacKinnon(SIO)

比如，索马里海岸的亚丁湾就常有内波留下的壮美“皱纹”。
亚丁湾的海底地貌相称雄伟，有非常陡峭的大陆架外缘，因此常常会发生壮不雅观的内波。
当然了，这种情形下下海是极为危险的。

索马里海岸的亚丁湾内波在海面留下的痕迹。
图片来源：Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center

内波虽然毁坏力巨大，但也是环球生态和气候中的主要一环。

内波能将藻类和浮游动植物进行重新分布，为海岸生态系统带来营养，也能让海水稠浊，这对付地球的景象变革非常主要，因此内波的活动也可以被用于预测景象变革。

如果你很想不雅观察内波但又没机会不雅观海，望天也是一个办法。
实在，不仅海里会涌现内波，天上也会哦。

大气具有冷热分层的空气时也会形成内波。
下面是澳洲北部大气中的内波形成的波纹，我们看到的是云在经由内波时被裱出的花。
这种能揭示大气层中内波的云也被称为波状云（wave clouds）。

图片来源：Nick Hall/Paul Sabatier University

那么，波状云在地面上看是什么样的呢？我们平时在地面上看到的这样的云便是内波卷出来的。
这种天空也被叫做鱼鳞天（mackerel sky）。
一样平常来说看到这样的天空，景象就很可能会发生变革。
这招不雅观天你学会了吗？

鱼鳞天 图片来源：weather.gov

我国的浪是最强的，最浪的强国是我的。

参考资料储存于石墨：

https://shimo.im/docs/JDPWCgv888CXYrJt/

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