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海洋

海水是由地球的物质演化而来。地球早期火山排出的水汽凝结成液态水,于是形成原始海洋。随着地球不断演化,海水容积缓慢增长。地球表面大部分为海水覆盖,海洋总面积约3.6亿平方千米,约占地球总面积的71%。海洋不仅在面积上远超陆地,它的深度也是陆地高度难以企及的。海洋的平均深度约3 800米,深度大于3 000米的海洋占海洋总面积的75%;而陆地的平均海拔不到900米,海拔不足1 000米的陆地则占其总面积的71%。

我们经常同时提到“海”与“洋”,其实两者有很大不同。

洋,是海洋的主体部分,面积辽阔,远离大陆,约占海洋总面积的89%。大洋水深一般在3 000米以上,最深的马里亚纳海沟水深在1万米以上。大洋的海洋要素及特征如盐度、温度、水色、透明度等基本不受大陆影响,具有独立的潮汐、洋流及大气环流系统,洋底以海岭和岭脊为主。

世界大洋被分为太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋四大部分。由于南极洲附近的水域有其自成体系的环流系统和独特的水团结构,海洋学上通常把南极洲附近的水域称为南大洋或南极海域。

图1 平静的大洋

图2 滔天巨浪

海,是洋的附属部分,位于洋的边缘。全世界的海一共有50多个,面积仅占全世界海洋总面积的11%左右。海的水深一般较浅,平均深度在2 000米以内。海邻近大陆,受陆地、河流、气候和季节的影响,其温度、盐度、水色、透明度等海洋水文要素受大陆影响很大,有明显的周期变化,没有自己独立的潮汐和洋流。

小贴士

水团和大洋环流

水团是指源地和形成机制相近,具有相对均匀的物理、化学、生物特征及大体一致的变化趋势,而与周围海水存在明显差异的宏大水体。由海兰·汉森1916年首先用于海洋学中,1929年德凡特参照大气科学中气团的定义,首次给出了水团的定义。

大洋环流是指在海面风力和热盐等作用下,海水从某海域流向另一海域,最终又流回原海域的首尾相接的独立环流体系或流旋。大洋环流尺度非常大,最大的有几百千米宽、上千千米长、数百米深。

按所处位置,海可分为边缘海、内陆海及陆间海。边缘海是海的边缘部分,靠近大陆,以各种岛屿与大洋分隔,如我国的南海及东海、日本海。内陆海是大陆内部的海,面积小,受大陆影响很大,如波罗的海和我国的渤海。陆间海指大陆之间的海,深度和面积都较大,如地中海和加勒比海。

海底,按距离大陆的远近,分为海岸带、大陆边缘和大洋底。

海岸带是陆地和海洋的分界线,由于潮位作用而处于不断的变动之中。世界海岸线总长约44万千米,是与人类生活密切相关的区域,世界上约有2/3的人口靠近海岸带居住。

大陆边缘是大陆与大洋之间的过渡区域,可分为稳定型和活动型两种。稳定型少有活火山和地震,板块活动不频繁,如大西洋、印度洋和北冰洋周围。活动型大陆边缘简直就是地球的“大烟囱”和“出气筒”,是全球最强烈的板块构造活动地带,集中分布在太平洋东西两侧,这里集中了全世界约80%的活火山。

图3 大洋中脊

大洋底指大洋的底部部分,是大洋的主体,主要分为大洋中脊和大洋盆地两部分。

海水有多样的物理特性。含盐量是海水浓度的标志,但精确测定海水中绝对盐量是非常困难的。为此人们引进了“盐度”的概念,以近似表示海水中的含盐量,通过测定海水的电导率,根据公式换算得到海水盐度。

海水的热膨胀系数比空气小得多,温度变化对海水密度的影响很小。海水的比热容远大于大气的比热容,海水温度变化缓慢,而大气的温度变化十分剧烈。

图4 科学家在海上释放带有温-盐-深仪(CTD)的采水器

海水的温度、盐度和密度是海洋学中极其重要的三个基本物理量。海洋中一切现象几乎都与这三个物理量有着密切关系,而海洋中热量和水量的收支情况是影响其分布与变化的最主要因素。

海水有复杂的化学特性。海水是一种非常复杂的多组分水溶液,含有Cl - 、SO 、Na + 、K + 等各种阴阳离子,以及溶于海水中的气体成分、营养元素、微量元素、有机物质、放射性同位素等。

海洋与大气关系密切。海洋和大气都是地球上的流体,两者既有联系,又相互影响,其运动规律有诸多相似之处。它们都是气候系统的重要组成成分,大尺度海气相互作用是气候的形成和变化的根本因素。

在太阳光的照射下,水在海洋与大气之间循环,两者不断发生能量交换,海洋主要通过向大气输送热量影响大气运动,就像是一个大的“热机锅炉”;大气主要通过风向海洋提供动量,改变洋流并重新分配海洋蕴含的热量,就像一个大的“风扇”。

小贴士

大洋中脊和大洋盆地

大洋中脊又称中央海岭,它们是凸起于海底的大型山脉,是地球上规模最为宏大的环球山系。顶部水深一般在2~3千米,有的脊顶露出水面,形成岛屿,其面积约占洋底总面积的33%。

大洋盆地是指大洋中脊坡麓和大陆边缘之间的部分,水深通常在4~6千米,盆地中含有深海平原、海山及海丘。

图5 海水成分

图6 厄尔尼诺现象发生时的状况

图7 南方涛动

海洋中有各种声学现象。在水中,各种能量辐射形式,以声波的传播性能最好。受海水中各种盐分、气泡和生物的影响,光波和电磁波的衰减很大,传播距离非常有限,无法满足人们在海洋活动中的各种需要,因此声波就成了水下通信唯一有效的手段。

声呐是水中发射和接收声能以探测水下目标的一种声学设备,达·芬奇早在1490年就有过关于声呐雏形的描述,“如果船停航,将长管的一端插入水中,将管的开口放在耳旁,则可听到远处的航船”。声呐在第二次世界大战(简称二战)中得到迅速发展,二战后的民用开发也成果丰硕,测深、导航、水下通信、探鱼和海底地形测绘都离不开声呐。 xGxZqQcnyAuRHlA8EmS9XSNX2JtPpeu76fqksOtZQhlboRKhQOcg+F5rfgquzjNC

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