问题

平面高度不同的海洋间狭地若直接打通,会发生什么?

回答
大海之间如果硬要拉一条河,那可就热闹了。

想象一下,两个海洋,一个像平静的湖泊,水面悠悠地浮着天鹅;另一个则像翻滚的锅炉,波涛汹涌,海怪在深处打转。现在,有人说:“咱们把它们连起来吧!”于是乎,一通猛挖,一个宽阔的“海峡”就这么横空出世了。

最直观的,就是水的互动。两个海洋的水位不同,就像两个高低不平的水池,你把它们中间的隔断打掉了,会怎么样?水肯定要从高的地方往低的地方流。这个过程可不是温文尔雅的,而是轰轰烈烈地。

刚开始,会有一股巨大的水流从水位高的那个海洋涌入水位低的海洋。这股水流带着它自己的脾气,它会搅动低水位海洋原有的平静,把底部的沉积物搅得天翻地覆,就像一个巨型搅拌机在工作。鱼群会被这突如其来的冲击吓得四散奔逃,底栖生物的家园也会被冲毁。

同时,低水位海洋的水也会被这股强大水流吸过去,虽然吸力不如涌出的水流强劲,但也会形成一股相对较弱但持续的水流。这就像拔河,两边都在用力拉扯。

这种大规模的水体交换,会带来一系列连锁反应。

首先是盐度。海水不像淡水那么简单,它的盐度是长期以来在地质、气候、蒸发和降水等因素作用下形成的平衡。如果两个海洋的盐度本来就不同,那么打通狭地后,盐度高的一方会向盐度低的一方渗透,反之亦反。这种盐度的改变对海洋生物来说是致命的。很多海洋生物对盐度变化非常敏感,就像你突然把一条喜欢淡水的鱼丢进咸水里,它立刻就受不了。盐度的小幅变化可能就会导致大量生物死亡,破坏原有的生态系统。

接着是温度。海洋的水温也是有层次的,深层水和表层水、不同纬度的海水都有差异。当两个不同温度的水体混合时,会产生复杂的混合层,这会影响海洋的环流模式。原本稳定的洋流可能会被打乱,新的洋流模式会逐渐形成。这种变化会影响热量的输送,进而可能影响全球气候。比如,某些地区可能因为洋流的改变而变得更冷或更热。

还有营养物质和氧气的分布。海洋中的营养物质(比如磷、氮)和溶解氧的分布,也和洋流、水团的运动息息相关。一旦水体混合,这些物质的分布也会随之改变。一些区域的营养可能会变得更丰富,也可能变得贫瘠;氧气含量高的水团流到氧气含量低的地方,可能会改善那里的状况,也可能导致一些厌氧生物的生存危机。

更深远的影响在于生物多样性。当两个原本隔绝的海洋连通后,原本生活在各自海域的物种就有机会接触、甚至迁移到对方的海域。

物种入侵:来自一个海域的物种可能会入侵另一个海域,由于新海域缺乏天敌或竞争对手,它们可能会迅速繁殖,占据主导地位,挤压甚至消灭本土物种。这就好比把一群外来的野猫丢进一个原本没有猫科动物的岛屿,它们会很快统治整个岛屿。
竞争加剧:即使没有入侵成功,原本的物种也会面临新的竞争对手,争夺食物、空间和繁殖机会,这会导致生物多样性的降低。
基因交流:另一方面,如果条件适宜,两个海域的物种也可能进行基因交流,产生新的变异,从长远来看,这可能有助于物种的进化,但短期内对现有生态系统的稳定性是巨大的挑战。
疾病传播:病毒和病原体也可能随着水流进行传播,可能导致整个海洋区域的生物大范围染病。

另外,地质和地形方面也可能会受到影响。海水的高度差意味着底部承受的压力也不同。打通狭地后,水流的侵蚀作用会改变海底地形。原本稳定的海岸线和海底构造,可能会因为持续的强水流而发生改变,甚至可能引发海底滑坡或调整。

总而言之,如果两个平面高度不同的海洋之间直接打通,那将是一场巨大的、不可逆转的生态和环境灾难。它会打破长期以来形成的自然平衡,引发一系列连锁反应,从微观的生物细胞到宏观的全球气候,都可能因此而发生剧烈的变化。这就像把人体内一个健康的器官和另一个有疾病的器官强行连接起来,结果很可能是两败俱伤,甚至引发全身性的崩溃。大自然在这方面的“稳定性”,其实是经过亿万年演化而成的精妙平衡,任何粗暴的干预,都可能带来无法预料的后果。

网友意见

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谢邀 @神井

很有意思的问题。

首先,巴拿马运河两侧的太平洋和大西洋并没有很高的高度差,太平洋一侧仅比大西洋一侧高20-50厘米(维基百科采用的是24厘米,东京大学教授山形俊男的测算是50厘米)。网上有说高度差达到5-6米,是讹传。由此推导出的因为两者落差过大不能修平面式运河,自然也是误传。

其次,巴拿马运河之所以要使用船闸,且船闸落差达到26米并不是为了调节两洋的高度差,而是因为运河会经过加通湖。这个湖比海平面高了26米,所以要用船闸把水位高度先升上来,再降下去。

巴拿马运河、加通湖、查格雷斯河
巴拿马运河剖面图

那么,如果不经过加通湖,直接修建和苏伊士运河一样的海平面水道行不行?

答案当然也是可以的,但在100多年前运河修建时有三个问题。

一、工程量会加倍。巴拿马运河始建于1881年,首任负责人法国人斐迪南·德·雷赛布正是苏伊士运河的主持建造者。雷赛布原本的计划就是按苏伊士运河的经验,建造与海平面等高的运河。但由于开凿库雷布拉山的技术问题、查格雷斯河雨季水位暴涨问题以及热带雨林导致的劳工高死亡率,运河建造一直进展缓慢,并于1889年中断。美国于1904年接手这一工程,发现在当时的技术条件下,如果不利用加通湖这个现成的水道,不仅造价会大大增加,而且可能造成更多的劳工伤亡。

二、不同于降水量较少的苏伊士地峡,巴拿马地峡处在雨量丰沛的中美洲,如果人工水道不与自然水道相连,即便能顺利建成,雨季时运河内必然会形成洪水,而运河的河道又相当狭窄,会给过往船只带来安全隐患。

三、物资运送方便。如果运河可以和加通湖、查格雷斯河连通,在基础设施尤其是道路设施远不如今天完善的百年前,也方便通过水运将物资运送到运河修建的沿岸。

巴拿马运河建造时修筑水闸

最后,为什么两洋在中美洲两侧会出现高度差?

其实,全球各地海平面都有高度差。我们常说海平面,海平面,但全球海洋即便排除波浪和潮汐,也不在一个平面。

这一方面是因为地壳不均匀,如果某一区域地壳较厚,引力就会相对较大,吸引的海水也就会多。全球海洋表面有三个较大的隆起区域,一个在澳大利亚东北部海区,隆起高度76米;第二个区域在北大西洋,高度68米;第三个在非洲东南部,高度48米。另外,地球上还有三个较大的凹陷区域,一个在印度洋上,凹陷深度112米;第二个在加勒比海,深度64米;第三个在加利福尼亚以西,深度56米;

另一方面,由于信风、地转偏向力、海水盐分的影响带来的洋流或者小范围海水流动,也会导致不同区域海平面高度不同。譬如大西洋和地中海,由于地中海气候较大西洋炎热蒸发量大,地中海的盐分高于大西洋。而盐分越高,海水密度就越大。因此地中海的水压大于大西洋,而且深度越深,两者的压力差越大。有了压力差,海水便会产生运动。这样地中海底部的海水便经由直布罗陀海峡进入大西洋底部,从而使大西洋海水被抬高。因此我们站在直布罗陀或者休达眺望两者交接处,会发现表层海水由于高度带来的重力作用是从大西洋流向地中海的。

而巴拿马两侧的太平洋和大西洋恰好与此相似。盐分方面,太平洋一侧因为降水较多,盐分要低于大西洋。高度方面,太平洋一侧是赤道逆流将海水带向沿岸,而大西洋一侧则是南赤道层流将海水从沿岸带向墨西哥湾,这一进一出,海水自然一多一少。

因此,在两洋有轻微高度差的情况下如果直接打通巴拿马地峡,可能会产生大西洋和地中海相似的情况——表层海水由太平洋流入大西洋,但底层海水由大西洋流向太平洋。

同时,因为直接沟通的是两大洋,海水流速会快于沟通大西洋和地中海的直布罗陀海峡以及沟通地中海和红海的苏伊士运河。

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