中学的地理课是非常有趣的课。课里描述了很多有趣的自然现象，其中最令我惊奇的就是洋流。最著名的洋流当然是给欧洲带去温暖的北大西洋暖流。关于洋流的产生其实是一个物理问题，这个问题一直困扰着我。地理书里的说法是，一般来说，空气的流动（也就是风）驱动了洋流。我对此比较怀疑，因为和水的密度相比，空气的密度太小，似乎很难驱动洋流。而且海水流走，流向何处了呢？流走的海水又是怎么得到补充的呢？

       前几天看了一部关于地球的纪录片（http://www.56.com/u12/v_MjkyNzczMzc.html），里面讲述了地球上的洋流。和中学地理课里罗列各个洋流的方式不同，这部纪录片只讲了大西洋和印度洋里的几股洋流。不过让人印象深刻的是，这些洋流是互相联系的！除了中学学过的那些海洋表面的洋流以外，海洋深处还有一些以前知之甚少的洋流，这样一来就清楚了。以北大西洋暖流为例，流到北方的洋流温度下降、盐度增高，从而密度增大，下沉到海底，形成海底的洋流，这些洋流再从北方流回，这样就完成了一个循环。实际上，洋流的范围很大，大西洋、印度洋表面的洋流加上海底的洋流构成了一个完整的循环。

       考虑到海底的洋流就可以理解海水的循环。但是海水为什么会流动呢？以北大西洋暖流为例，确实是风吹动的么？北大西洋暖流的流量大约是s1=8000万立方米每秒（http://baike.baidu.com/view/1152882.htm），流速大约是v1=1千米每小时。要驱动这么大的洋流，使那么大量的水定向运动，假设空气流动的速度是v2，那么空气的流量需要达到
 $s_2=s_1(\rho_1/\rho_2 )(v_1^2/v_2^2)$
才能具有和洋流同样的能流，其中$\rho_1$、$\rho_2$分别是水和空气的密度。假设$v_2$=10千米每小时，那么$s_2$=8亿立方米每秒。北大西洋暖流的宽度大约是100千米，也就是必须有大约1000米厚的大气流动，并将能量传递给海水，才能驱动北大西洋暖流。这即使不是不可能，也是不好想象的。

        我觉得洋流的产生其实和大气流动的产生有相似之处，它们都是温差造成的。下层大气被加热以后，密度降低，上升，其他地方的大气补充过来就造成了大气流动。而同时，高层大气有相应的流动使得大气流动形成完整的循环。这段叙述是不是和前面对洋流的叙述有点类似？只不过洋流是因为温度降低而下沉，在海底形成和海面相应的洋流使得海水流动形成完整的循环。从力学上来说，大气受热上升驱动了大气流动，而海水则是受冷下沉驱动了洋流。但是从能量上来讲，导致大气和海水流动的能量都来源于太阳。而从热力学上来讲，大气和海水的流动都是由温差造成的，大气和海洋都是巨型的热机，把大量的太阳能转换为动能，这样的热机的规模是任何人类制造的机械都无法比拟的！ 

2013年3月26日补记：2013年《环球科学》第三期中的一篇文章指出，洋流的产生可能是大气流动和海水温差共同作用的结果。因而北极的融冰不一定能阻止北大西洋暖流。