奇妙又有趣的海洋泡沫

劉瓊山

壯觀的海洋泡沫

2020年7月，南非的海濱首都開普敦，氣溫驟降，大風(fēng)來襲。一場寒潮過后，海岸線上出現(xiàn)了神奇而壯觀的景象。

浪漫的沙灘上不見了金色的沙子，取而代之的是白色或者淡黃色的泡沫，它們被海浪推到岸邊，仿佛要給沙子鋪上一層黃白色的毛毯。在海天相接的地方，有更多的泡沫正“乘風(fēng)破浪”而來，使得泡沫越積越多，越壘越高，有的地方竟然形成了數(shù)米高的泡沫墻，氣勢十分驚人。淹沒海灘后，泡沫還會(huì)繼續(xù)蔓延到岸邊的街道和房屋，在經(jīng)過的地方覆蓋上一層乳白的“棉花”……一眼望去，大片海濱被泡沫點(diǎn)綴成白茫茫的“冰天雪地”，好似圣誕節(jié)的氛圍提前到來。

這已經(jīng)不是開普敦第一次出現(xiàn)此等壯觀的景象了。每隔一段時(shí)間——短則數(shù)月、長則數(shù)年，當(dāng)遭遇強(qiáng)風(fēng)、巨浪等極端天氣的時(shí)候，開普敦海邊就會(huì)聚集起大規(guī)模體型巨大的海洋泡沫。而世界其他的沿海地區(qū)，比如美國紐約市、英國蘭開夏郡或者澳大利亞昆士蘭州的海岸，也時(shí)常出現(xiàn)海洋泡沫淹沒一切的景象，令人不禁感嘆大自然的神奇。

海水的天然產(chǎn)物

海洋泡沫不只會(huì)在極端天氣出現(xiàn)，如果你常去海灘，仔細(xì)觀察一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使在風(fēng)和日麗的日子，即便海水非常清澈湛藍(lán)，海面也會(huì)漂浮起些許泡沫，隨著波浪向海岸涌來。當(dāng)波浪拍打海灘后，仍然會(huì)有殘留的泡沫粘在巖石和沙子上，堆成雪白或淡黃的“棉花糖”。

那么，為何海洋會(huì)天然地產(chǎn)生泡沫？要回答這個(gè)問題，我們先要弄清楚海水里到底有什么。海水是咸的，其中96.5%的物質(zhì)是水，2.5%的物質(zhì)是鹽，其他的1%是什么呢？具體點(diǎn)說，是很多很多東西，比如蛋白質(zhì)、脂肪、死亡的藻類或者其他懸浮的沉積物和污染物。如果簡單點(diǎn)說，那就是三個(gè)字——有機(jī)物。

生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，水中只要有有機(jī)物，那就非常容易起泡。比如，你對(duì)啤酒里的泡沫應(yīng)該很有印象。啤酒中含有大量二氧化碳，還有蛋白質(zhì)等有機(jī)物，蛋白質(zhì)是形成泡沫的基礎(chǔ)，當(dāng)二氧化碳噴出時(shí)，會(huì)對(duì)啤酒產(chǎn)生攪拌作用，從而產(chǎn)生大量泡沫。又比如，用肥皂水或洗滌劑洗衣服時(shí)，用手隨便搓幾下，整盆都是泡沫。同樣，在海洋里，海水中的有機(jī)物時(shí)時(shí)刻刻會(huì)被海風(fēng)和波浪攪動(dòng)，自然就會(huì)產(chǎn)生海洋泡沫了。

“表面活性劑”在作怪

水中的有機(jī)物之所以容易起泡，是因?yàn)樗鼈兂３３洚?dāng)“表面活性劑”的角色。所謂“表面活性劑”，可以通俗地解釋為“一種粘附在水和空氣交界面上的黏性分子”。科學(xué)研究已經(jīng)表明，為了在水生環(huán)境中產(chǎn)生泡沫，必須要有空氣、水以及第三種關(guān)鍵成分——“表面活性劑”的參與。

海水中的“表面活性劑”可以來自許多地方：人造來源包括肥料、洗滌劑、造紙廠、皮革制造廠和生活污水;天然來源包括藻類、海草和其他海洋生物中的蛋白質(zhì)和脂肪。不論何種“表面活性劑”，都有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：“表面活性劑”分子的一端是親水的（被水吸引），另一端是疏水的（被水排斥）。當(dāng)大量的“表面活性劑”與大量的水和空氣混合在一起時(shí)，“表面活性劑”的分子都想粘附在水和空氣的交界面處，讓親水端面對(duì)水，讓疏水端面對(duì)空氣。這就會(huì)形成一種層狀結(jié)構(gòu)，即，“空氣——（分子疏水端—分子親水端）——水——（分子親水端—分子疏水端）——空氣”，而處于最中心位置的水很容易形成小球，因?yàn)榍蝮w所需的能量最小。那么，以小水球?yàn)橹行模氨砻婊钚詣?、水和空氣所形成的層狀結(jié)構(gòu)就變成了一層一層的“泡泡球”。

由于海水成分復(fù)雜，再加上不斷運(yùn)動(dòng)的空氣和水流，真實(shí)的海洋泡沫大都不是完美的球體，更可能成為無規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)，但產(chǎn)生所有形狀泡沫的基本原理是一樣的——都是“表面活性劑”在作怪。

來場“泡泡浴”？

最后，我們聊一聊多數(shù)人更關(guān)心的問題。比如，海洋泡沫會(huì)不會(huì)傷害人體？以及，我們?cè)摬辉搧韴龊〞沉芾斓摹芭菖菰　保?/p>

首先，注意一下泡沫的顏色。海洋泡沫通常是白色的，有時(shí)候可能有點(diǎn)泛黃，它們大概率是由天然“表面活性劑”制造的，也可能是由污染程度不太高的人造“表面活性劑”產(chǎn)生的，一般沒有什么毒性。不過，當(dāng)你看到紅棕色或者更深顏色的海洋泡沫時(shí)，可能要小心了，它們往往與“赤潮”有關(guān)。

“赤潮”是一種因水體嚴(yán)重污染而出現(xiàn)的生態(tài)現(xiàn)象。如果海上油田、海邊的工業(yè)廢水和生活污水給海洋注入大量富含氮、磷的污染物，而這些污染物又是微生物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，那么水中某些浮游植物、原生動(dòng)物或細(xì)菌就會(huì)爆發(fā)性增殖或高度聚集，使海水以及海洋泡沫顯示更深的顏色。所以，深顏色海洋泡沫中的病菌、毒素或污染物會(huì)更多，對(duì)人的身體絕對(duì)沒有好處。

其次，注意一下泡沫的量。適量的海洋泡沫意味著一切正常——海水不太臟，海風(fēng)不太大，海浪不太高，你可以跳進(jìn)泡沫中盡情玩耍。但是，如果遇到“開普敦式”的“巨型泡沫秀”，你遠(yuǎn)遠(yuǎn)觀賞就可以了，因?yàn)椤熬扌团菽恪币馕吨Ｋ?、空氣以及大量的“表面活性劑”之間發(fā)生了強(qiáng)烈的“攪拌”，這說明天氣狀況失控或者污染嚴(yán)重。

2020年5月，荷蘭就發(fā)生了一起沖浪者因無視海洋泡沫而溺亡的事故。當(dāng)時(shí)，海邊出現(xiàn)了高達(dá)兩米的巨量的海洋泡沫，5名正在海中沖浪的游泳好手被困在泡沫當(dāng)中，結(jié)果4人死亡。由于泡沫很厚，沖浪者失去了方向感，找不到海岸，而且，沖浪者被淹沒在無法提供浮力的泡沫中，不能游泳，只能在泡沫下方被嗆到而吸入海水。所以，在海邊游玩時(shí)，海洋泡沫不容小視，它對(duì)戲水者的安全有著至關(guān)重要的影響。

（劉誼人摘自《大科技》2021年第9期）

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