1. 深海洋流的意义
深海环流=温盐环流.
温盐环流(英文:thermohaline circulation、缩写:THC),又称「输送洋流」、「深海环流」等,是一个依靠海水的温度和含盐密度驱动的全球洋流循环系统。这个系统的运作现况是,以风力驱动的海面水流如墨西哥湾暖流等将赤道的暖流带往北大西洋,暖流在高纬度处被冷却后下沈到海底,这些高密度的水接着流入洋盆南下前往其他的暖洋位加热循环,一次温盐循环耗时大约1600年,在这个过程中洋流运输的不单是能量(温度 / 热能),当中还包括地球固态及气体资源等,不过温盐环流最受人类关注的是其全球恒温的功能。温盐环流推测主要是由於北大西洋及南冰洋之间的盐分及温差对流而触发的。
概观
深海中的洋流主要是依仗密度的差额来驱动,并且潮汐现象引发的洋流运动亦会对深海洋流带来显着的影响。至於表面的洋流带会因为密度的差异而与其他的水域划清界线。暖流会膨胀致使密度下降,高浓度的盐则会填补水分子间的空隙导致密度上升,低密度的水会浮在高密度的上方。当高密度的水先形成,分层形态并不稳定的,为了均衡其密度分布,不同密度的水会相互产生对流,提供了深海洋流的动能。
深层水的形成
高密度的水几乎都集中在北大西洋及南冰洋下沈至海底深处的洋盆,在这些极地的洋域,表面洋带的水都会因为寒风吹袭而冷却,这些风不单带动表面洋带移动,所引起的乾湿温差还会构成大规模的海水蒸发,加速水温下降,这个现象被称为蒸发冷却,类似人体在湿热的环境下排汗降温的原理。由於被蒸发走的是纯水的分子,海水中的盐度会相对地上升。另海洋上冰的构成亦对海盐的浓度带来不可忽视的影响,由於纯水的凝固点是摄氏0度,比盐水的零下1.8度要高,因此纯水往往会比咸水优先结冰,增加了的盐度减弱了海水凝固的速度,如此寒冷的浓盐水会被包含在海冰的蜂巢状之结构中,当中的浓盐水逐渐地反过来熔解覆盖着它的冰层,最后将一部分冰块从母冰块分裂出并下沈,这个过程叫做海水排斥。水温和盐度这两大因素加起来导致海水的密度增大。
深层水的动态
挪威海是这个系统主要进行蒸发冷却及洋带下沈的场地,在此处下沈的水被称为「北大西洋深层水」(North Atlantic Deep Water,英文缩写:NADW)。NADW充满着洋盆并沿着连接格林兰岛、冰岛及大不列颠海底岩床的裂隙溢流向南方。接着极缓慢地流入大西洋深海平原,继续向南方推进。绕过南非后寒流带会一分为二,一部分的水会前往印度洋在该处涌升将寒流带到,另外一部分部分经历最长的一个周期的洋流最终会抵达北太平洋,受到浅而狭窄的白令海峡阻塞然后因为受热上涌变回暖流继而循环。
「南极底层水」(Antarctic Bottom Water,英文缩写:AABW)在威德尔海以冰块的海水排斥作用下沈并流向北方的大西洋洋盆,由於其密度比NADW更高所以AABW实际上潜流在NADW之下。它原本向西太平洋的旅程在德雷克海峡受阻继而沿着南美洲东岸的圭亚那洋盆向大西洋赤道进发。
2. 深层洋流
洋流又叫海流。它和周期性地改变着自己的流速和流向的潮流不同,而是具有相对稳定流向的海水流动。洋流可以是一支浅而狭窄的水流,仅仅沿着海洋表面流动;也可以是一股深而广阔的洪流,携带着数百万吨海水前进。洋流的性质可以分为比流经海区水温高的暖流和比流经海区水温低的寒流。寒、暖流的划分是以相对温度为准的,所以寒流的实际温度不一定都比暖流低;反之,暖流的温度也不一定都比寒流高。洋流既分布于海洋的表层,构成大洋中的环流系统(即表面环流),又分布于海洋的深层,构成深层海洋环流。根据洋流的流动性质可以区分为加速度为零的稳定海流,以及速度、方向不断变化的非稳定流。一般所说的洋流,都是指稳定流。洋流具有很大的规模,是促成不同海区间,大规模水量、热量和盐量交换的主要因子,对气候状况、海洋生物、海洋沉积、交通运输等方面,都有巨大影响。
洋流的成因主要有:大气运动和行星风系、密度差异、流体的连续性形成的补偿作用、陆地的形状和地球自转产生的地转偏向力。其中,盛行风是形成洋流的主要动力,但是,在地转偏向力的作用下,风海流的流向并不与风向完全一致。
顺便指出,洋流的流向是指洋流流去的方向,这与风向的概念正好相反,风向指风吹来的方向。洋流的流速是指单位时间内洋流流动的距离(厘米/秒)。海洋学中,洋流的速度常用“节”来表示。每小时移动1海里叫做1节。l海里等于1.852千米,所以,1节大约等于52厘米/秒。
3. 深层海洋环流的主要驱动力
投流消耗是指在环流系统中,向其它区域投放物质或能量所导致的损失。这种损失包括物质的拓散、混合和化学反应等。投流消耗是海洋环流和大气环流的重要组成部分,在这些系统中,物质和能量不断地从一个区域向另一个区域转移,导致投流消耗现象的发生。尤其在全球变暖和气候变化的时代,投流消耗对环境和气候的影响日益凸显,需要引起我们的重视。对于海洋环流系统,投流消耗对于水温、盐度、养分和生物分布等方面都有着重要的影响。在研究海洋生态系统和全球气候变化等问题时,投流消耗是一个重要的研究课题。
4. 海洋洋流的作用
1、影响气候。暖流增温、增湿,寒流降温、减湿。发生厄尔尼诺现象和拉尼娜版现象时,洋权流发生改变,对世界上很多地区的气候都有影响,包括对我国。
2、影响海洋生物资源。有寒暖流交汇的海区,海水受到扰动,可以将下层营养盐类带到表层,为浮游生物提供充足的养料,从而为鱼类提供充足的饵料。
3、影响海洋航行的速度与安全。顺着洋流航行可以加快速度,节省燃料,节省时间;逆着洋流航行会减慢速度,浪费时间,浪费燃料。
4、影响海洋环境。对于海洋污染来说,既可以使污染物因迅速扩散而加快其稀释和净化的速度,也相应地使污染范围扩大。如赤道逆流对波斯湾石油泄漏的影响。
洋流可分为暖流和寒流。如果洋流的水温高于到达海区的水温,则称为暖流。当洋流的水温低于其入海区域的水温时,就称为寒流。一般来说,从低纬度流向高纬度的洋流为暖流,而从高纬度流向低纬度的洋流为冷流。暖流增加温度和湿度,而寒流降低温度和湿度。
洋流是地球表面热环境的主要调节器。巨大的洋流系统促进了地球高纬度和低纬度之间的能量交换。洋流也通过它们与流经区域之间的容量交换改变它们的环境特征。
5. 海洋深沟
如同陆地上一样,海底世界有高山,有平原,还有深沟峡谷。这个世界并不象人们所想像的或是象表面看起来那样平缓和宁静,相反却是地球上最活跃最动荡不安的地带。地震火山活动频繁,形成高山峻岭,只不过一切都掩盖在海水之下进行而已。
海底地形与陆地一样,有山岭、高原、盆地、丘陵等形态。海底地貌按洋底起伏的形态特征,大致可分为大陆架、大陆坡和大洋底三部分。大陆架是指陆地向海洋延伸的平浅海底。大陆坡是大陆架 与深海底之间较陡的陡坡。大洋底是海洋主要部分,有海岭、海脊、海底高原等正地形;也有海沟、海槽、深海盆地等负地形。
6. 洋流对于浅海、半深海至深海的沉积作用均无影响
(一)浅海环境
浅海位于大陆架之上,是低潮线以下至200m水深的海区。在此范围内的沉积称为浅海沉积,又称大陆架沉积。
各地浅海带的宽度不等,从几千米至上千千米,位于被动大陆边缘者宽,如北冰洋的欧亚沿岸、北美的白令海等,浅海带宽达千余千米。位于活动大陆边缘者窄,如太平洋东岸的中南美洲浅海带极窄,甚至缺失。我国东部诸海浅海岸宽度由100km至500km不等。
浅海带阳光充足,海水温暖,常有海流作用,波浪有时可波及海底,因此水体较动荡,具有良好的通气条件及稳定的盐度,加之离陆地较近,接纳着由陆地带来的大量物质,富含营养,故海洋生物极为丰富,90%以上的海洋生物在浅海中大量繁殖。浅海是海洋生物的乐园。
(二)浅海的沉积特征
浅海区是海洋沉积作用最主要的沉积场所,它接纳由陆地带来的大量碎屑和溶解物质,常形成巨厚的各类型沉积物,绝大多数沉积岩属于浅海沉积形成的。按其沉积方式分为机械沉积、化学沉积和生物沉积三种类型。
1.浅海机械沉积特征
浅海机械沉积的碎屑物质主要来源于陆地,部分来自海蚀作用产物;沉积物颗粒比滨海为细,砾石极少见。由近岸到浅海深处,沉积物由粗到细:粗砂—中砂—细砂—粉砂(粉砂质粘土);沉积物具有极好的水平层理,常含有较完整的动物遗体、贝壳等。
2.浅海化学沉积特征
浅海化学沉积物是来自海水溶蚀和河流、地下水从陆地上溶运来的溶解物质和胶体物质,化学成分主要有:NaCl、KCl、MgCl2、CaSO4、MgSO4、CaCO3、MgCO3、FeCO3、Al2O3、MnO2及SiO2等。这些物质按一定的顺序和分异作用在不同的环境下沉积下来,形成化学沉积物。
图8-9 海洋化学沉积和分异作用
浅海常见的化学沉积物,按其溶解度由小到大,顺序是:Fe→Al→Mn→SiO2→P2O5→CaCO3→NaCl→MnO2,前几种是胶体,后几种为真溶液。呈胶体状态的铁、铝、锰以氧化物或氢氧化物首先沉积下来(图8-9),有的可形成鲕状、豆状和肾状结构。我国华北诸省就有这种类型的铝土矿和赤铁矿,工业价值很大。接着是低价铁的硅酸盐和铁的碳酸盐沉积,形成海绿石与菱铁矿。然后是碳酸盐类沉积,形成分布广泛的石灰岩和白云岩。溶解度最大的碱金属硫酸盐和卤盐,只有在潟湖中才能沉积。
3.浅海生物沉积特征
浅海生物大量死亡后,其骨骼或外壳在原地或被波浪等搬运到适当环境沉积下来,形成由生物遗骸组成的沉积物,经成岩作用形成生物沉积岩。如贝壳灰岩、珊瑚礁灰岩、有孔虫灰岩及硅藻岩等。
珊瑚是浅海固着底栖生物,珊瑚礁是由群体生活的珊瑚动物形成的。群体珊瑚的生活条件要求较高。一般在水深<50m、氧和阳光充足、水温在20℃左右、水质清洁不含泥砂、含盐度正常的环境中生活。其躯体呈树枝状,由许多CaCO3小管构成,珊瑚虫就生活于管中。珊瑚不断繁殖、长大,形成巨大的珊瑚礁,构成海中岛屿,如我国的南沙、西沙群岛等。
浅海中有大量的生物,特别是微生物。它们死亡后埋藏在泥沙中,在缺氧的环境下,受到一定的温度、压力和细菌的分解作用,有机质就转化成石油、天然气。我国大陆架海域辽阔,蕴藏着丰富的石油和天然气资源。
7. 深海有洋流吗
深海中的鱼呼吸方式多种多样,但其中最常见的方式是通过鳃来呼吸。因为鳃是鱼类呼吸的主要机构,能够将水中的氧气吸入,同时将二氧化碳排出体外。深海中的鱼在没有明显的波浪搅动水流的情况下,没有太多的氧气交换,所以需要更加完善的鳃,以满足其氧气需要。此外,还有一些深海鱼类通过类似于肺的器官来呼吸,如银龙鱼和蓝鳍金枪鱼。总的来说,深海中的鱼类至少拥有一种特殊的呼吸方式,以适应它们特殊的生存环境。