1.　深层水也能流

人类认识大洋是个漫长的过程。16世纪弄明白海洋有多大，20世纪弄明白海洋有多深。有了面积和深度，就可以算出大洋的体积。现在知道海洋总面积为 3.6 亿km ² ，海水总量有13.3亿km ³ 。普通人听这种大数据找不到感觉，可以打个比方：长江每年入海流量将近1000km ³ ，就是说要流140万年才能灌满世界大洋。或者说，假如地球表面没有起伏，那么全球都会盖上2600m厚的海水。听起来吓人，但是与6371km的地球半径相比，只相当于 0.04%的一薄层。有人把地球表面的水画成三颗水珠（图1.9），最小的是江湖的水，小得几乎看不见，中间的那颗是地下水，最大的才是全球海水，但是与地球相比，实在小得可怜。

既然海水很深，那深海底上压力很大吧？根据物理学原理，每10m厚的海水增加一个大气压，几千米深处就有几百个大气压，在如此的高压下，猜想海水是很难流动的。但是18世纪大西洋航船一次偶然的发现，却提供了深层也有海流的线索。

直到18世纪，黑奴还是大西洋海上“贸易”的重要“商品”，这里说的就是一条贩卖黑奴的船。1751年，一位贩卖黑奴的英国船长在北回归线附近抛绳测深时，挂上了一个能够采深层水样的桶和温度计，结果在1600m深处测到水温只有12℃，而当时船上温度高达29℃。船长大为惊奇，但并没有去追究这低温水从哪里来，更没有去想这冷水有什么意义，只是琢磨天这么热，冷水可以为船上的饮料降温。回过头看，18世纪发现深海水冷具有重大的历史意义，因为这是人类第一次测量深海的水温。现在知道，世界大洋底层水冷是两极表层水降温下沉的结果，但是当时对冷水的解释还得等半个世纪，等到一位英国物理学家在讨论液体传热的著作中引用了这个实例，提出极地的冷水下沉可以传到热带的深处。至于从地球科学给出的解释，还要等到19世纪，德国的博物学家洪堡（Alexander von Humboldt）提出了深层海流从极地流向热带的假设，那时候再一次引用了这位船长的测量数据。

可见深层海流的踪迹，早在18世纪中叶已经发现，说明海洋深处海水也在流，对深层海流作科学研究却是发生在200年之后。对于海洋表层水的流动，人类在19世纪就已经有系统认识，驱动表层洋流的就是风；至于深层水为什么流，直到现在还有争论，但是关于深海洋流的系统假设，出现于 1950 年代末期。当时美国的施托梅尔（Henry Stommel）提出了全球底层海流的理论框架，分成几步：首先，高纬区表层海水随着冷却和结冰而变重，从北大西洋北部和南大洋下沉到大洋深部（图 1.10 的黑圆点），然后沿着洋盆的西边界向赤道流动（图1.10的粗线），构成大洋的深部洋流，最后在大洋内部向上返回高纬区（图1.10的细线）。