今年4月，印尼南伽拉號潛艇沉沒，潛艇上的53人也隨之殞命。這艘由德國製造的潛艇碎成了三塊，沉睡在840米深的海底。現在事故原因還沒有查明，不過印尼海軍(jun) 少將 Iwan Isnurwanto 稱，一個(ge) 海中自然現象可能是事故的肇因，日本氣象衛星向日葵8號還拍攝到了證據。

印尼南伽拉號潛艇活著時候的樣子。（圖片來源：ANTARA / VIA REUTERS）

這個(ge) 可怕的現象，就是在岸上和水麵的人很難覺察的內(nei) 波（internal wave）。

致命波浪

內(nei) 波就是在水下的一種重力波，內(nei) 波的產(chan) 生的必要條件是分層的液體(ti) ，當不同液層的界麵被擾動時就會(hui) 產(chan) 生內(nei) 波。

我們(men) 用油和水就可以模擬內(nei) 波。你可以看到，油和水的界麵上也有暗波湧動，但這種波在油麵上幾乎不會(hui) 引起什麽(me) 變化。

在水（藍色）和油（透明）的交界處形成了內(nei) 波。（圖片來源：Portland State University）

在海中，更熱、鹽度更低的海水位於(yu) 上層，上下層之間的密度差使海水分層，為(wei) 內(nei) 波創造了初始條件，當潮流遇到海底高山等阻礙時就會(hui) 內(nei) 波就會(hui) 湧現。實際上世界各地的大陸架附近經常會(hui) 出現內(nei) 波。

全球出現內(nei) 波的地方（圖片來源：Cornell Civil and Environmental Engineering）

和水麵的波浪不同，內(nei) 波可以傳(chuan) 播數千米，並且可以持續數小時。內(nei) 波的幅度，也就是最高和最低處常常超過50米，這也讓內(nei) 波變得極為(wei) 危險。

根據斯克裏普斯海洋研究所（SIO）的海洋和大氣研究部的部長 Matthew Alford 和同事在2014年發表的研究，在10分鍾內(nei) ，海洋表層10米厚的海水就能打出一個(ge) 近40米的浪頭，隻不過這個(ge) 浪頭是向下的而不是向上的。

這樣迅疾的內(nei) 波對於(yu) 浮潛的人來說相當致命。Alford 介紹，他曾經作為(wei) 專(zhuan) 家被邀請為(wei) 一場訴訟提供專(zhuan) 業(ye) 建議。在這個(ge) 案件裏，一名大溪地潛水員被內(nei) 波刮到了深海。

潛艇天敵

畏懼內(nei) 波的不僅(jin) 有潛水員，還有各國的潛艇。
早在1966年，美國海軍(jun) 的一項研究就指出，內(nei) 波可以讓潛艇的控製變得困難，甚至可能導致潛艇沉沒。二戰時，潛艇通常會(hui) 避免在連接地中海和大西洋的直布羅陀海峽處作業(ye) ，就是因為(wei) 它們(men) 知道那裏有臭名昭著的內(nei) 波。

在30多年前，真的有潛艇在直布羅陀海峽出事了。1984年9月21日，蘇聯的潛艇悄咪咪地潛伏在蘇聯的一艘商船下通過直布羅陀海峽，但在快要離開的時候卻一下子撞在了商船上。這次相撞導致商船損壞嚴(yan) 重，潛艇的頭也破了，最終不得不浮出水麵曝光。

直布羅陀海峽的邪性和那裏獨特的自然條件脫不了關(guan) 係。歐洲航天局（ESA）指出，直布羅陀海峽的海水大致分為(wei) 兩(liang) 層：下層是更鹹的地中海海水，上層是鹽度稍低的大西洋海水。再加上直布羅陀海峽海底地貌複雜，那裏有大量內(nei) 波出沒就不奇怪了。

歐洲遙感衛星拍攝到的直布羅陀海峽海洋表麵，海麵的波紋揭示下方有內(nei) 波。（圖片來源：ESA）

剛才說過，世界各地的大陸架附近都有內(nei) 波，而擁有最為(wei) 驚悚的內(nei) 波的海域除了直布羅陀海峽，還有我國的南海、印尼的龍目海峽、安達曼海的小安達曼島和卡爾尼科巴島、意大利半島和西西裏島之間的墨西拿海峽。

這是麻省理工學院製作的南海的呂宋海峽（位於(yu) 台灣島和菲律賓之間）的內(nei) 波，它是潮流經過呂宋海峽時產(chan) 生的。

我國南海東(dong) 沙群島附近的內(nei) 波可能是世界上最強力的，幅度可達300米。

今年 Alford 在接受美國全國公共廣播電台（NPR）采訪時表示，美國、俄羅斯和中國都花了大筆經費研究南海的內(nei) 波，因為(wei) 這裏的內(nei) 波可能對這些國家的軍(jun) 事行動有很大影響。

1998年Radarsat-1號衛星拍攝到的南海的內(nei) 波在海洋表麵引發的波紋，白色箭頭所指的就是內(nei) 波。（圖片來源：CSA 1998）

無處不在

看完了上麵對內(nei) 波的描述，你可能會(hui) 認為(wei) ，隻要不潛水、不搭乘潛艇就沒事兒(er) 了吧，實際上，在海麵也有被內(nei) 波欺負的可能。
內(nei) 波會(hui) 造成一種名為(wei) 死水（dead water）的罕見現象。有些海麵看起來風平浪靜、人畜無害，但在海麵航行的船隻卻無法前行，這就是遇到了死水。

這是因為(wei) 船隻航行在和船差不多深的淡水上，淡水下方則是鹽度更高的海水，兩(liang) 者沒有充分混合。這種情況下船的動能會(hui) 被轉化為(wei) 內(nei) 波，造成船隻無法移動。峽灣附近經常會(hui) 出現這種現象，因為(wei) 冰川融化的淡水和峽灣的海水沒有完全混合，因此淡水能輕輕地浮在上層。

死水現象一開始被當作水手間的奇談，但是後來因為(wei) 著名挪威探險家弗裏喬(qiao) 夫·南森（Fridtjof Nansen）的經曆而得到科學研究。

1893年南森搭乘的北極探險船隻（圖片來源：Fridtjof Nansen）

1893年，南森在亞(ya) 洲最北的半島——泰梅爾半島附近探險時遭遇了死水。他將自己的經曆告訴了物理學家威廉·皮耶克尼斯（Vilhelm Bjerknes）。皮耶克尼斯和他的學生、後來被譽為(wei) 現代物理海洋學的第一人的沃恩·華費特·埃克曼（Vagn Walfrid Ekman）發現，船在分層的液體(ti) 上前進時會(hui) 產(chan) 生內(nei) 波，而內(nei) 波會(hui) 阻礙船隻前行，導致死水出現。

在海洋中內(nei) 波簡直防不勝防。麻省理工學院的海洋學家 Thomas Peacock 表示，內(nei) 波就是海洋中沉睡的巨人，它們(men) 在全世界的海洋裏滾來滾去，但是人類卻很少看到它們(men) 。

雖然內(nei) 波之上常常風平浪靜，但某些情況下大家可以在海邊觀察到內(nei) 波。海麵上間距較大的一行行漣漪就是下方內(nei) 波的表征。

內(nei) 波在海麵形成的圖案（圖片來源：Jen MacKinnon）

比如，索馬裏海岸的亞(ya) 丁灣就常有內(nei) 波留下的壯美“皺紋”。亞(ya) 丁灣的海底地貌相當雄偉(wei) ，有非常陡峭的大陸架外緣，因此常常會(hui) 發生壯觀的內(nei) 波。當然了，這種情況下下海是極為(wei) 危險的。

索馬裏海岸的亞(ya) 丁灣內(nei) 波在海麵留下的痕跡。（圖片來源：Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center）

內(nei) 波雖然破壞力巨大，但也是全球生態和氣候中的重要一環。
內(nei) 波能將藻類和浮遊動植物進行重新分布，為(wei) 海岸生態係統帶來營養(yang) ，也能讓海水混合，這對於(yu) 地球的氣候變化非常重要，因此內(nei) 波的活動也可以被用於(yu) 預測氣候變化。

如果你很想觀察內(nei) 波但又沒機會(hui) 觀海，望天也是一個(ge) 辦法。其實，不僅(jin) 海裏會(hui) 出現內(nei) 波，天上也會(hui) 哦。

大氣具有冷熱分層的空氣時也會(hui) 形成內(nei) 波。下麵是澳洲北部大氣中的內(nei) 波形成的波紋，我們(men) 看到的是雲(yun) 在經過內(nei) 波時被裱出的花。這種能揭示大氣層中內(nei) 波的雲(yun) 也被稱為(wei) 波狀雲(yun) （wave clouds）。

圖片來源：Nick Hall/Paul Sabatier University

那麽(me) ，波狀雲(yun) 在地麵上看是什麽(me) 樣的呢？我們(men) 平時在地麵上看到的這樣的雲(yun) 就是內(nei) 波卷出來的。這種天空也被叫做魚鱗天（mackerel sky）。一般來說看到這樣的天空，天氣就很可能會(hui) 發生變化。這招觀天你學會(hui) 了嗎？

魚鱗天 圖片來源：weather.gov

參考資料儲(chu) 存於(yu) 石墨：

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

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撰文 | 七君

來源 | 把科學帶回家（ID: steamforkids）


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