一台 120 英尺长的海洋模拟器正在七大洋上掀起波澜

世界上第一台海洋大气模拟器位于加利福尼亚州圣地亚哥的一座巨大的木制建筑内，距离太平洋海浪仅几步之遥，它轰隆隆地启动了。随着开关的轻按和声音的响起，一米高的海浪开始流过一个 120 英尺长的水箱，水箱上装有一系列传感器、灯光和计算机。

斯克里普斯海洋大气研究模拟器 (SOARS) 在实验室环境下模拟海面水、天气、盐度、化学和微生物海洋生物之间的相互作用。这个微型生物群落由加州大学圣地亚哥分校的斯克里普斯海洋研究所设计，可以产生相当大的海浪、产生飓风、控制空气和水温以模拟极地和热带条件，并搅动各种物种的浮游植物。此外，SOARS 还允许研究人员测试温室气体和其他空气污染物等变量，以研究未来的气候情景。

该模拟器的开发团队表示，它能够模拟和重现七大洋乃至整个时间的物理、生物和化学现象，旨在成为跨学科海洋探索的催化剂。更具体地说，它有可能加深我们对海洋和大气层之间相互作用的理解——大气层在地球功能中发挥着巨大作用。

容纳 SOARS 的 SIO 水力学实验室建于 1964 年，正是为这种大型实验设备而建。几十年来，它储存了各种波浪通道和水盆、流动槽和更简单的风道。随着设备老化和退役，大学将空间让给更先进的仪器，例如新的模拟器。

“SOARS 是独一无二的，也是同类中的首例，”斯克里普斯海洋学家、SOARS 联合首席研究员戴尔·斯托克斯 (Dale Stokes) 说道。“虽然周围还有其他波浪通道或风洞，但没有一个能像 SOARS 一样拥有完整的环境控制和复杂性……以及复制地球上任何地方的海面的能力。”

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这台机器耗时五年才完成，主要由美国国家科学基金会提供的 280 万美元资助，由风洞制造公司 Aerolab 建造。Aerolab 副总裁兼 SOARS 首席工程师 Paul Vasilescu 很少对自己的一项发明如此印象深刻。

“就整体设计而言，我们从零开始开发这款机器，”瓦西里莱斯库说。“能够设计出这台机器并真正实现 [斯克里普斯研究所] 能够用它进行的研究类型，这绝对令人兴奋。”

这个容量为 36,000 加仑的海水箱直接从圣地亚哥的拉霍亚湾注水。它有一个大桨，可以根据指令产生波浪，并由可调节的天窗和模拟自然光照射到海面上的明亮灯泡照明。

对于海洋生态系统而言，水面发生的事情与水底发生的事情同样重要。研究大气与海洋相交的海气边界是制作模拟器的主要动机。作为世界上化学和物理上最动态的环境之一，海气边界对海洋和其他地方的生物都至关重要。

“这是一个特殊的地方，是水和空气之间错综复杂的舞蹈，”斯克里普斯海洋学家、SOARS 联合首席研究员格兰特·迪恩 (Grant Deane) 说道。“由于海气边界覆盖了地球的 71%，因此那里发生的事情与地球的命运息息相关。过量温室气体捕获的热量中约有 90% 和全球释放的所有二氧化碳的三分之一通过边界进入海洋。它对天气和气候有着非常非常重要的影响。”

当水和其他颗粒从海气边界蒸发时，它们会凝结，控制云或蒸汽的形成。然后这些水通过降水循环回到地面，维持植物、微生物、动物和人类的生存。

以前，海洋生物学家和其他科学家会在船舶和复杂的计算机上对海气边界进行研究。但研究大自然赋予水面的微妙化学和物理动态非常困难，更不用说成本高昂了。虽然 SOARS 团队表示，该模拟器并非旨在取代远洋探索，但它可以充当实验室与自然界之间的桥梁。

威斯康星大学大气化学家蒂莫西·伯特伦 (Timothy Bertram) 是众多渴望亲眼目睹 SOARS 实际作用并为其即将开展的海气边界调查做出贡献的科学家之一。

Bertram 表示：“环境边界是最令人着迷的研究领域之一，因为地球系统各部分之间会进行质量和能量的交换。然而，研究这些界面的过程很难以系统和可控的方式进行。SOARS 将引起广泛领域的兴趣，并允许开展通常难以协调的跨学科研究。”

该模拟器提供的最大机会之一是深入了解两极的情况。在北极地区，海气边界包括冰盖，而冰盖依赖于海洋和大气的稳定性。借助 SOARS 更寒冷的环境，研究人员将能够研究冰融化与海平面上升之间的相互作用，以及微生物从水中转移到空气中的过程。有兴趣研究南极海洋的团体还可以将机器切换到极地模式，将海水温度降至 34 华氏度，风温降至 -2 华氏度。

“我们可以转动旋钮，把它当做时光机使用，”斯托克斯说，“我们可以让它模拟我们最近经历的条件，或者说，我们可以调高_二氧化碳浓度，看看这些微生物将来会发生什么。”

通过向化学家、生物学家、海洋学家等提供模拟器，斯克里普斯希望 SOARS 不仅能成为一个创新的研究设施，还能成为科学未来的灵感大熔炉。

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在接下来的几周内，迪恩、斯托克斯和瓦西列斯库将与外部研究人员和实验室合作，为各种实验配置这台机器。该模拟器已经计划进行风力升级，以更好地模拟飓风和热带风暴。这可能会改善现实世界中的建筑规范，帮助它们抵御随着时间的推移越来越普遍的极端天气事件。

“虽然地球上没有其他类似 SOARS 的设备，但我们真心希望其他国家也能建造一个这样的设备，”迪恩说。“海洋是一个非常复杂的系统，我们将其划分为不同的部分或领域并不重要。我们可以用 [我们的模拟器] 做很多工作，但如果这项工作能够复制并合作，我们可以做更多。”