荷兰“海洋吸尘器”项目，为什么会失败？

为什么身负众望的清理步履，会以掉败了结呢？其实这一点也不料外。

荷兰青年柏扬·史拉特（Boyan Slat）16岁时在希腊的一次潜水，亲眼看见海里的塑料袋比鱼多的画面后，立下宏愿，筹算用海洋吸尘器把全宿世界海洋清清洁。而此番豪语吸引了上万万美元的捐钱，他18岁就当作立了本身的组织“海洋清理步履（The Ocean Cleanup，后简称TOC）”。固然短短几年，小鲜肉俄然酿成满脸胡渣的，即将步入中年的男人，他决定信念满满，传播鼓吹只要有60个如许的系统，就能在2025年削减海上一半的垃圾。

客岁9月，众所瞩目、奶名威尔森的系统001（System001）（也就是俗称的海洋吸尘器）声势赫赫从旧金山出发，没想到过了几个月，从“气候不睬想我们还在试”、“呈现塑胶！但它漂走了我们还在研究为什么”、“系统调整中”、“系统调整中但速度不睬想”、“嗯……威尔森要先回口岸补缀”，到本年（2019年）1月初惨烈的“哎呀，它断了”，最终宣告掉败。

加拿年夜海洋物理学家克拉克·理查（Clark Richards）博士从流体力学的角度，就阐发了海洋吸尘器为何掉败的原因。

简单说，海洋是个很难工作的处所。说真的，有专门让工程师把设备丢到海里看有几多能生还的钻研会，他们如许形容：若是你能把设备拿回来，代表那是当作功的打算；若是它还能记载到任何数据，那就是锦上添花了。

TOC提出的是一个自由漂浮的系统001，团队传播鼓吹在洋流、风和波浪的感化下，系统001会比塑胶漂得更快，然后把塑胶垃圾集中到U字形的围栏中心，就可以等闲的汇集垃圾。

抱负环境是：风、波浪和洋流全都是标的目的统一个偏向进步。

系统001作为垃圾收集系统的前提是：经由过程风，海浪和洋流的配合感化，U形围栏会比漂浮的塑胶垃圾更快地擦过水面，因而可以或许收集、集中垃圾，最后断根。TOC的设法是：固然围栏和塑胶垃圾城市跟着洋流而漂移，因为围栏像帆一样从水中凸出，所以它能借由风力，移动得比概况水层更快。

1、海浪比你想得复杂

波浪移动的时代，水粒子以小圈圈（凡是称为海浪轨迹）的体例移动，可看下面动画领会圆形轨迹的移动。简单来说，波浪进步时同时受到进步的动力与轨道力的感化。别的，海浪在传布时，它的偏向也会有一些漂移，为了纪念1847年用数学方式来描述这个漂移的斯托克斯师长教师（Gabriel Stokes），我们就把这称为“斯托克斯漂移（Stokes Drift）”。斯托克斯指出，漂移量长短线性的，取决于波幅与波长。举例来说，对波长10米、周期10秒（近似于典型的波浪）的0.5米振幅波，概况的漂移速度约为10厘米／秒。

感觉头很痛痛的同窗别严重，以上只是要申明，任安在水里、被水粒子包覆的工具要移动，都需考虑到力、推进波、海浪动能的分歧构成（让我们怀想亲爱的牛顿与逝去的物理课……）。而比起庞大的、长达600米的漂浮围栏，一块小小的、漂浮的塑胶垃圾，会更轻易受到斯托克斯漂移的影响。而单单这点就足以打脸这套被动收集系统了。

2、你不知道风往什么偏向吹：风也很复杂

1905年，瑞典海洋学家艾克曼（Vagn Walfrid Ekman）发现，当风吹过海水概况，因空气和水之间摩擦力发生的水流，并不会跟着风往统一个偏向移动。原因是因为地球自转，地表物体的活动会受到与活动偏向切线的加快度，让原本直线的活动沿着弯曲的路径走，也就是科氏力（Coriolis force）。

总之，在抱负的年夜海（若是宿世界上真的存在如许的处所）上，概况吹着不变的风，概况的水流现实上跟风标的目的是呈45度角。至于是往左仍是往右45度，则取决于你在海说神聊半球仍是南半球。更酷的是，表层的水流也会对其下方的水层发生摩擦力，乃至下方的水层也会有个角度的移动，层层往下以此类推。风所造当作的流动，会跟着深度而感化力渐小，是以发生了一个梯度标的目的下的螺旋，称为艾克曼螺旋（Ekman spiral）。

螺旋穿透的现实深度取决于一个叫做Az的神秘海洋参数，它描述了水层之间垂直夹杂的动能，有点像是它们之间的摩擦力。不外，很较着的是，接近表层漂浮的塑胶碎片跟3米深的浮动围栏，它们承受的风力和水流是纷歧样的，是以，它们也不会朝着统一偏向移动的。嗯……这个结论，会让系统001很难收集塑胶垃圾。

3、环流真的很复杂

什么是环流？若是把时候轴拉长、洋流是平均的状况下，简直我们可以看到一个复杂的、扭转的庞大海流。不外，在任何一个刹时，现实的年夜海受到分歧空间和时候标准、参差不齐流（简称为“乱流（或扰流）”）的感化，没那么轻易把握啊。简单说，风、海浪和流场在空间和时候上都是高度变更的，并且从不会在统一个时候乖乖的停在统一个处所。统一时候、地址的洋流和海浪，也不尽然是该地址的风所造当作的。年夜海里经由各类分歧过程发生的漩涡，会在力量消失前传布到海洋盆地的各个角落。

在如许的环境下，系统001想要在茫茫年夜海中找到承平洋年夜垃圾带，即便有垃圾带年夜致分布的位置，但系统001若何能实时回应瞬息万变的各类风、海浪和海流？