荷蘭“海洋吸塵器”項目，為什么會失敗？

為什么身負眾望的清理步履，會以掉敗了結呢？其實這一點也不料外。

荷蘭青年柏揚·史拉特（Boyan Slat）16歲時在希臘的一次潛水，親眼看見海里的塑料袋比魚多的畫面后，立下宏愿，籌算用海洋吸塵器把全宿世界海洋清清潔。而此番豪語吸引了上萬萬美元的捐錢，他18歲就當作立了本身的組織“海洋清理步履（The Ocean Cleanup，后簡稱TOC）”。固然短短幾年，小鮮肉俄然釀成滿臉胡渣的，即將步入中年的男人，他決定信念滿滿，傳播鼓吹只要有60個如許的系統，就能在2025年削減海上一半的垃圾。

客歲9月，眾所矚目、奶名威爾森的系統001（System001）（也就是俗稱的海洋吸塵器）聲勢赫赫從舊金山出發，沒想到過了幾個月，從“氣候不睬想我們還在試”、“呈現塑膠！但它漂走了我們還在研究為什么”、“系統調整中”、“系統調整中但速度不睬想”、“嗯……威爾森要先回口岸補綴”，到本年（2019年）1月初慘烈的“哎呀，它斷了”，最終宣告掉敗。

加拿年夜海洋物理學家克拉克·理查（Clark Richards）博士從流體力學的角度，就闡發了海洋吸塵器為何掉敗的原因。

簡單說，海洋是個很難工作的處所。說真的，有專門讓工程師把設備丟到海里看有幾多能生還的鉆研會，他們如許形容：若是你能把設備拿回來，代表那是當作功的打算；若是它還能記載到任何數據，那就是錦上添花了。

TOC提出的是一個自由漂浮的系統001，團隊傳播鼓吹在洋流、風和波浪的感化下，系統001會比塑膠漂得更快，然后把塑膠垃圾集中到U字形的圍欄中心，就可以等閑的匯集垃圾。

抱負環境是：風、波浪和洋流全都是標的目的統一個偏向進步。

系統001作為垃圾收集系統的前提是：經由過程風，海浪和洋流的配合感化，U形圍欄會比漂浮的塑膠垃圾更快地擦過水面，因而可以或許收集、集中垃圾，最后斷根。TOC的設法是：固然圍欄和塑膠垃圾城市跟著洋流而漂移，因為圍欄像帆一樣從水中凸出，所以它能借由風力，移動得比概況水層更快。

1、海浪比你想得復雜

波浪移動的時代，水粒子以小圈圈（凡是稱為海浪軌跡）的體例移動，可看下面動畫領會圓形軌跡的移動。簡單來說，波浪進步時同時受到進步的動力與軌道力的感化。別的，海浪在傳布時，它的偏向也會有一些漂移，為了紀念1847年用數學方式來描述這個漂移的斯托克斯師長教師（Gabriel Stokes），我們就把這稱為“斯托克斯漂移（Stokes Drift）”。斯托克斯指出，漂移量長短線性的，取決于波幅與波長。舉例來說，對波長10米、周期10秒（近似于典型的波浪）的0.5米振幅波，概況的漂移速度約為10厘米／秒。

感覺頭很痛痛的同窗別嚴重，以上只是要申明，任安在水里、被水粒子包覆的工具要移動，都需考慮到力、推進波、海浪動能的分歧構成（讓我們懷想親愛的牛頓與逝去的物理課……）。而比起龐大的、長達600米的漂浮圍欄，一塊小小的、漂浮的塑膠垃圾，會更輕易受到斯托克斯漂移的影響。而單單這點就足以打臉這套被動收集系統了。

2、你不知道風往什么偏向吹：風也很復雜

1905年，瑞典海洋學家艾克曼（Vagn Walfrid Ekman）發現，當風吹過海水概況，因空氣和水之間摩擦力發生的水流，并不會跟著風往統一個偏向移動。原因是因為地球自轉，地表物體的活動會受到與活動偏向切線的加快度，讓原本直線的活動沿著彎曲的路徑走，也就是科氏力（Coriolis force）。

總之，在抱負的年夜海（若是宿世界上真的存在如許的處所）上，概況吹著不變的風，概況的水流現實上跟風標的目的是呈45度角。至于是往左仍是往右45度，則取決于你在海說神聊半球仍是南半球。更酷的是，表層的水流也會對其下方的水層發生摩擦力，乃至下方的水層也會有個角度的移動，層層往下以此類推。風所造當作的流動，會跟著深度而感化力漸小，是以發生了一個梯度標的目的下的螺旋，稱為艾克曼螺旋（Ekman spiral）。

螺旋穿透的現實深度取決于一個叫做Az的神秘海洋參數，它描述了水層之間垂直夾雜的動能，有點像是它們之間的摩擦力。不外，很較著的是，接近表層漂浮的塑膠碎片跟3米深的浮動圍欄，它們承受的風力和水流是紛歧樣的，是以，它們也不會朝著統一偏向移動的。嗯……這個結論，會讓系統001很難收集塑膠垃圾。

3、環流真的很復雜

什么是環流？若是把時候軸拉長、洋流是平均的狀況下，簡直我們可以看到一個復雜的、扭轉的龐大海流。不外，在任何一個剎時，現實的年夜海受到分歧空間和時候標準、參差不齊流（簡稱為“亂流（或擾流）”）的感化，沒那么輕易把握啊。簡單說，風、海浪和流場在空間和時候上都是高度變更的，并且從不會在統一個時候乖乖的停在統一個處所。統一時候、地址的洋流和海浪，也不盡然是該地址的風所造當作的。年夜海里經由各類分歧過程發生的漩渦，會在力量消失前傳布到海洋盆地的各個角落。

在如許的環境下，系統001想要在茫茫年夜海中找到承平洋年夜垃圾帶，即便有垃圾帶年夜致分布的位置，但系統001若何能實時回應瞬息萬變的各類風、海浪和海流？