平面高度不同的海洋间狭地若直接打通,会发生什么?

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平面高度不同的海洋间狭地若直接打通,会发生什么?

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白驼山掌柜,想走遍大航海时代的每个港口

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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