與此同時,由於馬尾藻海的海水穩定,且表層的海水幾乎不與中層和深層的海水對流,因而它的淺水層的養料便無法更新。這樣一來,就不利於浮遊生物在這一海區繁殖生長,因此在這裏的浮遊生物較少,同時以浮遊生物為食物的海獸和大型魚類也無法生存,於是這一海域就顯得毫無生氣,死氣沉沉。
在航海家眼中,馬尾藻海是海上荒漠和船隻的墳墓。原來其地理位置恰好處於大西洋北部環流的中心,因此,它像台風眼無風一樣,是一個風平浪靜、水流微弱的海區。正是因為這種原因,才會使古老的、依賴風和洋流助動的船隻在這片海域寸步難行。
水循環
中國古詩中有“山雨欲來風滿樓”的佳句。刮風下雨像一對孿生兄弟,總是相伴而行。那麼,地球上的風雨是哪裏來的呢?
不同的風雨,各有不同的成因和來源。但是,從地球宏觀水循環的觀點看問題,風雨起源於海洋,海洋是風雨的故鄉。在廣闊的海麵上,海水不斷地蒸發進入大氣層。海麵上的氣團就像一個吸滿水的濕毛巾。濕氣團上升成雲,靠太陽和海洋供給的能量,由海麵輸送到大陸上空,以雨雪的形式降落到地麵,再經江河返回海洋。地球上水的總量約為15億立方千米,其中海水約為137億立方千米。陸地上的水和海水相比,隻占了很少部分。在陸地上分布著河流、湖泊、沼澤和地下水,連同厚厚的冰川,這些水組成了自然界的水圈。千百年來,它們如此循環不息,數量變化很小,這就是地球水的自然循環。風雨從海洋開始,又回到海洋。因此我們說海洋是風雨的故鄉。
事實上,海洋不但是風雨的故鄉,它還是地球的中央空氣調節器。在夏天的時候從海洋上吹來涼爽的風,冬天的時候又給陸地送去溫暖的風,它時時刻刻調節著空氣的溫度和濕度。能有調節氣候的作用,原因就在於海洋是一個巨大的熱能倉庫。
海洋的麵積廣大,海水吸收熱量的能力強,進而儲存熱量的能力也大。海洋表麵的熱量來源最主要的是太陽輻射。進入海洋熱量的51%用於海水蒸發,42%用於海麵回輻射,7%用於對流和傳導,是海水傳給了大氣。因此,到達地球的大部分太陽能量都被海洋吸收並儲存起來,海洋就成為地球上名副其實的熱能大倉庫。相對海洋而言,陸地表麵吸收太陽熱量能力差,而且集中在表層很淺的地方,儲存能力也很差。白天熱得快,夜晚也涼得快。這樣一來,地球熱量的供應就主要由海洋來調節。海洋通過海水溫度的升降和海流的循環,並通過與大氣的相互作用影響地球氣候變化。
海洋不但通過大氣調節地球氣候,而且海洋浮遊植物的光合作用,還向地球大氣提供40%的再生氧氣。另外60%的再生氧氣是森林和其他地表植物提供的,因此,人們把海洋與森林並稱為地球的兩葉肺。不過,地球的這兩葉肺與動物的肺相反,它吸入的是二氧化碳,呼出卻是新鮮的氧氣。地球上的生物就是依靠氧氣繼續存活下去。
海水溫度
“萬物生長靠太陽”。太陽能量輻射到地球,80%以上被地球表麵吸收,隻有不到20%反射到空中。而到達地球的大部分太陽能量被海洋吸收並儲存起來,雖然海洋積聚了大量的熱,但水溫也不會升得很高。
雖然如此,每年每天海洋表層水溫總是受到太陽輻射、海流和盛行風變化的影響,海水溫度仍然會發生變化。赤道和高緯度海區表層水溫的年變化相對比較小,一般為1~2℃。大洋表層水溫每天變化最小,一般不會超過04℃。中緯度變化最大,尤其是在北緯35°附近,表層水溫年變化可以達到12℃。淺海的海水表層每天的溫度變化也較大,常常可以達到3~4℃以上。海水表層溫度的每日變化會通過海水向更深層海水傳導,表層以下各層水溫的年變化比較小。不過影響的最大深度不會超過50米。
也可以簡單地講,海水溫度的垂直變化由於太陽輻射首先到達海水表麵,海水溫度隨深度而發生變化。海水越深,水溫越低,而且深層海水的水溫年變化幅度也越來越小。從表層向深層,水溫漸低,1000米以下的深層海水,經常保持低溫狀態。不過,在大洋底層的海水由於受到地殼內岩漿活動的影響,溫度有時候也會出現異常的變化。
海水溫度是海水的一個重要的理化指標。實際上,它也是度量海水熱量的重要指標。每天海水溫度都會隨著太陽的輻射而發生變化。表層水溫的每日變化的最高值和最低值出現的時間與太陽的輻射強度有直接的關係。每天中午12點左右是每天太陽輻射最強的時候,海水的最高溫度一般會在午後2點左右出現;每天夜間海水的溫度都會降低,到淩晨4點海水的溫度會下降到全天最低點。
盡管如此,不管是在炎熱的夏天還是在寒冷的冬天,海水的溫度受四季的影響仍然不大。這是因為海水的熱容量比空氣的熱容量大得多,海水的溫度變化也比空氣的溫度變化緩慢。可是為什麼每天海水的溫度變化總是滯後於太陽輻射的變化呢?
這是因為太陽輻射的熱量大部分用於蒸發海水,隻有一小部分用於升高水溫。由於海水的比熱比空氣大得多,因此,水溫上升的過程十分緩慢,出現了海水溫度最高值比太陽輻射最強時間滯後的現象。同樣,海水降溫的過程也進行得比較緩慢,形成了最低水溫要比太陽輻射的最弱時間晚得多的現象。
總之,海水溫度常作為研究水團性質、鑒別洋流的基本指標。研究海水溫度的時空分布及其變化規律,不僅是海洋地理學的重要內容,而且對漁業、航海、氣象和水聲等學科也有重要價值。
海水顏色
晴朗的夏日,麵對煙波浩渺的大海、蔚藍色的海麵,輝映著蔚藍色的天穹,極目遠眺,水天一色,極為壯觀。即使從太空中看,地球也是個蔚藍色的星球。而事實上,海洋水和普通水並沒兩樣,都是無色透明。為什麼看見的海水呈藍色呢?
原來,海洋是個連綿不斷的水體,它的水色主要由海洋水分子和懸浮顆粒對光的散射決定。但大洋中懸浮質較小,顆粒也很微小,因此水的顏色取決於海水分子的光學性質。簡單地講就是,五顏六色的海水形成的原因是海水對光線的吸收、反射和散射的緣故。
人眼能看見的七種可見光,其波長是不同的,它們被海水吸收、反射和散射程度也不相同。其中波長較長的紅光、橙光、黃光,穿透能力較強,最容易被水分子吸引,射入海水後,隨海洋深度的增加逐漸被吸收了。一般來說,當水深超過100米,這三種波長的光,基本被海水吸收,還能提高海水的溫度。而波長較短的藍光、紫光和部分綠光穿透能力弱,遇到海水容易發生反射和散射,這樣海水便呈現藍色。
紫光波長最短,最容易被反射和散射,為什麼海水不呈紫色?科學實驗證明,人眼對可見光有一定偏見,對紅光雖可見到,但是感受能力較弱,對紫光也隻是勉強看到,由於人的眼睛對海水反射的紫色很不敏感,因此往往視而不見,相反地對藍綠光都比較敏感。這樣,少量的藍綠光就會使海水中呈現湛藍或碧綠的顏色。
可是也有的海看起來是紅色的。赤潮又稱紅潮,是海洋因浮遊生物的興盛,海水呈現一片鐵鏽紅色而得名。這種使海水變色的浮遊生物,主要是繁殖力極強的海藻,其他的還有極微小的單細胞原生動物——各類鞭旋蟲等。赤潮的海水都有臭味,因而也被漁民們俗稱為“臭水”。它會使水體變黏稠,附著在魚蝦表皮和鰓上,導致魚蝦呼吸困難而死亡。許多赤潮生物還有較大毒性,因此它對海洋捕撈業、養殖業的危害極大。現在我們知道,這實際上是一種海水被汙染的現象,而不是海水本來的顏色。
除了赤潮,還有黃海。黃海是因為古時黃河的水流入,江河帶來大量泥沙,使海水中懸浮物質增多,海水透明度變小,故呈現黃色,黃海之名因此而得。黃海是我國華北的海防前哨,也是華北一帶的海路要道。
世界上有紅海、黃海、黑海,那麼是不是還有白海。其實,白海是存在的,它就是北冰洋的邊緣海,一年有200多天被皚皚的白雪與冰層覆蓋,所以人們給它起了這麼一個美麗純潔的名字。
海水的鹽度
不知道你嚐沒嚐過海水,剛進嘴隻是有點鹹,可馬上就又苦又澀,難受之極。可是海水為什麼是鹹的呢?
海水之所以鹹,是因為海水是鹽的“故鄉”,在裏麵含有各種鹽類,其中90%左右是氯化鈉,也就是食鹽。海水中另外還含有氯化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂及含鉀、碘、鈉、溴等各種元素的其他鹽類。正是這些鹽類使海水變得又苦又澀,難以入口。氯化鎂是點豆腐用的鹵水的主要成分,味道是苦的,因此,含鹽類比重很大的海水喝起來就又鹹又苦了。
那麼這些鹽類究竟從哪裏來的呢?
有的科學家認為,地球在漫長的地質時期,剛開始形成的地表水(包括海水)都是淡水。後來由於水流侵蝕了地表岩石,使岩石的鹽分不斷地溶於水中。這些水流再彙成大河流人海中,隨著水分的不斷蒸發,鹽分逐漸沉積,時間長了,鹽類就越積越多,於是海水就變成鹹的了。如果按照這種推理,那麼隨著時間的流逝,海水將會越來越鹹。
有的科學家則另有看法。他們認為,海水一開始就是鹹的,是先天就形成的。根據他們測試研究發現,海水並沒有越來越鹹,海水中鹽分並沒有增加,隻是在地球各個地質的曆史時期,海水中含鹽分的比例不同。
目前世界上隻有中國、印度和少數氣候條件特別適宜的國家大規模海水曬鹽。
還有一些科學家認為,海水所以是鹹的,不僅有先天的原因,也有後來的因素。海水中的鹽分不僅有大陸上的鹽類不斷流入到海水中去,而且在大洋底部隨著海底火山噴發,海底岩漿溢出,也會使海水鹽分不斷增加。海水經過不斷蒸發,鹽的濃度就越來越高,而海洋的形成經過了幾十萬年,海水中含有這麼多的鹽也就不奇怪了。這種說法得到了大多數學者的讚同。
雖然海水中都含有鹽,然而世界的個別海域鹽度差別很大。地中海東部海域鹽度達到3958‰,西部受到大西洋影響,鹽度下降,隻有37‰。紅海海水鹽度達到40‰局部地區高達428‰。世界上海水鹽度最高的是死海。死海表麵的鹽度為227‰~275‰。深40米處,海水鹽度達到281‰。
影響海水鹽度變化的因素主要與海水的蒸發、降雨、海流和海水混合這4個方麵有關。近岸海水的鹽度主要受陸地河流向海洋輸入淡水影響,所以鹽度的變化範圍較大。此外,在地球的高緯度地區,冰層的結冰和融化對這些海區海水的鹽度影響也很大。
海裏的聲音
水裏是我們所不熟悉的另外一個世界,五彩繽紛、五顏六色的海底世界是攝像師用我們熟悉的光帶給我們的感受。其實水下尤其是深水區往往是漆黑一片,生活在這裏的生物練就了通過聲音來辨別目標的能力,所以說水下是聲音的世界。
近表層海水的溫度、鹽度變化劇烈,所以海洋中的最大聲速一般在海平麵下100米深處。從上方傳來的聲音不能穿越這個聲速最大層,從下方傳來的聲音也不能穿透聲速最大層向上傳播,而向下折射。所以,這個聲波不能穿透的區域叫作聲陰影帶。在這樣的環境中,對各種海洋生物來說,海洋中的聲音對它們有極其重要的意義。許多生物都是靠聲音來傳播信息、尋找獵物和導航的。像鯨類動物,是靠聲音來和夥伴交流,並利用聲波來確定目標的大小、距離和方位。
水下生物利用聲波的特點有點像空中飛行的蝙蝠,科學家就是根據這些特點來研製聲呐的。在伸手不見五指的深海,它是人類探索海底未知世界的有力手段。
如果將一個聲源放在大洋中最小聲速處,即水深1000米處,聲波會彙集在這裏,以最小的能量衰減,並且沿著這條聲速帶傳播,這就是水中聲道。實驗證明,聲音沿著水中聲道傳播可達幾千千米甚至幾萬千米。海洋中的聲速在1450~1550米/秒之間變化。由於海水的密度比空氣大得多,海水是聲波的良好介質。所以,海水中的聲速比空氣中的聲速快得多。
現在軍用和民用技術中應用非常廣泛的聲呐,便是根據聲音在水下傳播的原理設計的,被稱為“水下的雷達”。不同的是,雷達波是電磁波,適合在空氣中傳播,而電磁波在水下會很快衰減,隻有聲音可以在水下傳播,而且傳得很遠。由於水下我們無法用眼睛看到,因此對水下地貌的研究隻有用先進的聲呐來探測。回聲探測儀,也就是今天已經廣為使用的聲呐。它測量海底深度的原理就是從船上發出聲脈衝至洋底,通過測算接收,然後將接收到的回聲所經曆的時間自動轉換為深度值顯示出來。我們平常看到的海底結構圖就是根據聲呐提供的數據繪製的。可以這樣說,我們就是通過它去了解人類所未知的海底世界。
海平麵
生活中,盡管風、海底地震和潮汐總是引起海麵漲落,但是人們還是認為海麵是平坦的,仿佛是一麵鏡子平放在大地上。近年來,隨著人造衛星測量技術的發展,人們發現風平浪靜的海麵實際上也是坑坑窪窪的。有些地區的海麵是凸起的,有些地區的海麵是凹陷的,兩者之間最大的差距可達100多米。盡管如此,因為海平麵凹凸的變化在1000千米以上的廣泛範圍內逐漸變化,所以不容易被航海者察覺罷了。
那麼影響海平麵不平的兩個主要因素可以歸結為:一是漲潮、落潮、風暴和氣壓高低等因素,使海麵始終不能歸於平靜;二是海底地形的不同,也決定了海麵的不平。此外,有時海麵的高低還與附近的巨大的山脈或山脈所組成的物質的積聚有關。這種物質的積聚,可以使其表麵引力彎曲,從而形成一種動力,驅使水離開一個地區而流向另一個地區,從而造成了海麵高低不平的現象。
事實上,海平麵的高度並不是一成不變的。海平麵的上升和下降對人類的生活會產生巨大的影響。影響海平麵升降的因素有很多。比如,溫室效應使地球南極和北極的冰雪大量融化,就會引起海平麵上升。在過去的20世紀中,人們竟然發現凹凸不平的海平麵上升了20厘米,這是一個在過去千年中的最高速度。科學家估計,如果不采取有效措施,隨著溫室效應的增強,一部分冰山將會融化,2080年海平麵還要上升41厘米。此外,地質學家也曾經告訴我們,在地球漫長發展的曆史中曾經有7次特大的冰期,每次冰期都會引起海平麵的大幅度下降。
除了溫室效應對海平麵的影響以外,海底的擴張速度對它的影響同樣不容忽視。
海洋是一個開放性的係統,它不停地與地球內部存在著水分循環和交流。由於現代地幔水陸續不斷地滲入海中,從而導致海平麵正在以每年1毫米的速度上漲,所以可以說海底的擴張速度是另一個影響海平麵的重要原因。當海底板塊擴張速度加快時,大洋中脊體積變大,結果使海水溢出正常的海岸線而侵入大陸內部,造成海平麵上升。反之,當海底板塊擴張速度變慢時,大洋中脊變冷收縮,海底下沉,這時候海平麵自然就會下降了。