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第14章 海流海洋(1)

海洋即“海”和“洋”的总称。地球上3/4的面积都被海洋覆盖,总面积大约为3.55亿平方千米。通常来说,人们将这些占地球很大面积的咸水水域称为“洋”,大陆边缘的水域被称为“海”。

洋流及其分类

洋流也称为海流,是具有相对稳定的流速和流向的大规模的海洋水运动。

洋流按成因分类,可以分为风海流、密度流和补偿流。风海流也叫吹送流、漂流,是在风力作用下形成的;密度流是在密度差异作用下引起的;补偿流则是因为海水挤压或分散而引起的洋流。

按冷暖性质分,洋流又可以分为暖流和寒流。暖流的本身水温比周围水温高;而寒流也称凉流、冷流,本身水温要比周围的水温低。

按地理位置分,洋流又可以分为赤道流、大洋流、极地流及沿岸流等。

气旋型与反气旋型大洋环流

由西风漂流、西风漂流遇到陆地后向北分支形成的补偿流、极地东风带形成的中高纬大洋西岸的洋流组成北半球中高纬海区的气旋型大洋环流。

该环流在北太平洋上有:北太平洋暖流、阿拉斯加洋流、千岛寒流;在北大西洋上有:北大西洋暖流、挪威暖流、东格陵兰寒流。

信风带作用下的信风漂流(南、北赤道暖流)向西流动,遇大陆后,一部分海水因信风切应力南北向速度分量不均和补偿作用而折回,便形成了自西向东的赤道逆流和赤道潜流;另一部分信风漂流向高纬的南北分流,在北太平洋形成黑潮、在南太平洋形成东澳大利亚洋流、在南大西洋形成巴西洋流、在北大西洋形成北大西洋湾流、在南印度洋形成莫桑比克洋流。

西风带作用下的西风漂流向东流动,遇大陆后,向两侧的高纬低纬分流,形成补偿流,向低纬流的洋流有:北太平洋的加利福尼亚洋流、南太平洋的秘鲁洋流、北大西洋的加那利洋流、南大西洋的本吉拉洋流、南印度洋的西澳大利亚洋流。

信风漂流、信风漂流遇大陆后向高纬转向的补偿流、西风漂流、西风漂流遇大陆后向低纬转向的补偿流,便构成各大洋副热带海区的反气旋型大洋环流。

海水的盐分

海水所含的盐分各处不同,平均约为7.5%。这些溶解在海水中的无机盐,最常见的是氯化钠,即日用的食盐。

有些盐来自海底的火山,但大部分来自地壳的岩石。岩石受风化而崩解,释出盐类,再由河水带到海里去。在海水汽化后再凝结成水的循环过程中,海水蒸发后,盐留下来,逐渐积聚到现有的浓度。

洋所含的盐极多,可以在全球陆地上铺成约厚170米的盐层。

海水是名符其实的液体矿藏,平均每立方千米的海水中有3570万吨的化学物质,目前世界上已知的100多种元素中,80%可以在海水中找到。海水还是陆地上淡水的来源和气候的调节器,世界海洋每年蒸发的淡水有450万立方千米,其中90%通过降雨返回海洋,10%变为雨雪落在大地上,然后顺河流又返回海洋。

目前,海水淡化技术正在发展成为产业。有人预料,随着生态环境的恶化,人类解决水荒的最后途径很可能是对海水的淡化。

海水是盐的“故乡”,海水中含有各种盐类,其中90%左右是氯化钠,也就是食盐。另外还含有氯化镁、硫酸镁、碳酸镁及含钾、碘、钠、溴等各种元素的其他盐类。氯化镁是点豆腐用的卤水的主要成分,味苦,因此,含盐类比重很大的海水喝起来就又咸又苦了。如果把海水中的盐全部提取出来平铺在陆地上,陆地的高度可以增加153米;假如把世界海洋的水都蒸发干了,海底就会积上60米厚的盐层。

海水中的盐是由陆地上的江河通过流水带来的。当雨水降到地面,便向低处汇集,形成小河,流入江河,一部分水穿过各种地层渗入地下,然后又在其他地段冒出来,最后都流进大海。水在流动过程中,经过各种土壤和岩层,使其分解产生各种盐类物质,这些物质随水被带进大海。海水经过不断蒸发,盐的浓度就越来越高,而海洋的形成经过了几十万年,海水中含有这么多的盐也就不奇怪了。

因此,尽管海水中含有大量盐类和多种元素,其中许多元素都是人体所需要的,但因海水中各种物质的浓度太高,远远超出了正常饮用水的卫生标准,人若大量饮用,就可能会导致某些元素过量进入人体,影响人体正常的生理功能,严重的甚至会导致中毒。

小知识

最淡的海

波罗的海是大西洋伸入欧洲大陆北部的内海,呈东北-西南走向,面积42万多平方公里,一般水深40~100米,最深处470米。

一般海水的含盐度在34‰~37‰左右,而波罗的海表层海水含盐度由西部的8‰~11‰,降到中部的6‰~8‰和东部的2‰,因此是世界上含盐度最低的海。

波罗的海岛屿众多,海岸线曲折,多港湾,有250条河流注入,是北欧重要的海运航道。北部和东部封冻期达3~4个月,南部通常不封冻。沿岸重要海港有圣彼得堡、赫尔辛基、斯德哥尔摩、哥本哈根等。

海水的颜色

海水看上去并不全是蓝色的,而是有红、黄、白、黑等,色彩斑斓。因为海水的颜色受很多因素影响,比如海水中的悬浮物质、海水的深度、云层等等。

黄海:我国的黄海看上去一片黄绿色,这是由于古代黄河中夹杂着大量的泥沙,将海水“染黄”了。虽然现在的黄河改道后流入渤海,但黄海北部有宽阔的渤海海峡与之相通,加之它还有淮河等河水注入,因此海面仍然呈现浅黄的颜色。

红海:亚非两洲之间的红海,由于水温很高,海里生长着一种水藻。这些水藻大批死亡后,就会呈现红褐色,从而将海水染成红色。红海也由此而得名。

黑海:由于多瑙河、顿河、第聂伯河等河水都注入黑海,导致黑海表层的密度很小,深层受地中海高盐度海水影响,密度很大。这样,海水上下层的密度差异很大,上下层水体难以交换,下层海水长期处于缺氧环境,而上层海水中生物分泌的秽物和各种动植物死亡后还会沉到深处,导致腐烂发臭,大量污泥浊水,从而使海水变黑了。

白海:北冰洋深入俄罗斯北部的白海,纬度较高,终年寒冷,冰雪茫茫,加之海水中有机物含量少,因此海水呈现一片白色,故名为白海。

海水有哪些用途

海水制食盐:在我国,海盐的生产和发展很快,现在沿海的11个省、自治区、直辖市都有盐田,盐田面积增长很快,所生产的海盐质量也在不断提高,品种越来越多。除了原盐意外,已投入批量生产的还有洗涤盐、粉碎洗涤盐、精制盐、加碘盐、餐桌盐、肠衣盐、蛋黄盐和滩晒细盐,同时还在不断试制调味盐、饲畜用盐砖等。

海水变肥料:在海水中,钾元素的含量占第六位,约有600万亿吨。氯化钾就是我们从海水中提取的肥料。钾肥肥效快,容易被植物吸收,不易流失;而且,钾肥还能使农作物的茎秆长得强壮,防止倒伏,促进开花结实,并能增强抗寒、抗病虫害能力。因此,从海水中提取的钾主要用来制造钾肥。

钾在工业上还可以用于制造含钾玻璃。这种玻璃不容易受化学药品的腐蚀,常用于制造化学仪器和装饰品。另外,钾还可以用来制造软皂,用作洗涤剂。而钾铝矾(明矾)还可用作净水剂。

海水提溴:茫茫的大海几乎是化学元素溴的“故乡”,地球上99%以上的溴都在海水中。海水中溴的含量约为65毫克/升,总量约达100万亿吨。

从1967年开始,我国开始用“空气吹出法”进行海水直接提溴,1968年获得成功。现今在青岛、连云港、广西的北海等地相继建立了提溴工厂,进行试验生产。

海浪及其分类

海浪是发生在海洋表面上的表面波,亦就是沿着水与空气界面间传行的一种波动,属于重力波的一种类型。当有海风吹起时,海风所带来的压力及摩擦力就会对海洋表面的平衡态产生扰动,一些能量自风转移到水上。水能够风那里得到能量,就是因为两者之间存在的摩擦力,使得表面粒子以椭圆式运动移动,这种椭圆式的运动是由纵波(往覆运动)与横波(上下运动)所合成的。

通常来说,海流可以分为风浪、涌浪和海洋近岸波。

风浪是风直接推动的海浪,同时还会出现许多高低长短不等的波浪,波面较陡,波峰附近常常伴有浪花或大片的泡沫。

涌浪是风浪传播到风区以外的海域中所表现的波浪,具有较规则的外形,排列也比较整齐,波峰线较长,波面较平滑,略近似正弦波。在传播过程中,由于海水的内摩擦作用,使得能量不断减小,从而逐渐减弱。

海洋近岸波是指在风浪或涌浪传播到海岸的附近,受地形的作用而改变波动性质的海浪。随着海水变浅,其传播速度也逐渐变小,使得波峰线弯转,渐渐与等深线平行,波长和波速减小。在传播过程中,波形还会不断变化,波峰前侧不断变陡,后侧不断变得平缓,波面变得很不对称,以至于发生倒卷破碎现象,并且会在岸边形成水体向前流动的现象。

海浪的等级

海浪通常会有不同高度,称为浪高或波高。在不同的风速、风向和地形条件下,海浪的尺寸变化很大,通常周期为0.5~25秒,波长为几十厘米至几百米,波高为几厘米至20米左右。

浪高通常要用波级来表示。波级是海面因风力强弱引起波动程度的大小,波浪愈高,波的级别愈大。浪高也是用波级来定义的,通常有将风浪、涌浪分别定级,也有依同一标准分级。

我国则采用后者对海浪进行分级。按照常用的道氏波级,将海浪的级别分为无浪、微浪、小浪、中浪、大浪、巨浪、狂浪、狂涛、怒涛、暴涛等不同级别。如今已能根据气象等条件,利用波级表,对风浪的级别进行预报。

迄今为止,仪器测量到的最大波浪波高超过20米。例如,1961年9月12日英国气象船“天气报告者”号测量到20多米波高的暴涛,其最大波高约25米左右。台风过境时,青岛近海也观测到波高可达9米左右的波浪。在罕见的情形下,波高甚至可达到30米以上。比如在1933年1月6日,美国海军“拉马波”号军舰从菲律宾出发,准备横渡太平洋到美国的西部城市圣地亚哥,不料航行途中就遭遇到了高达34米的浪涛。这也是有记录以来世界的最高风浪。

海浪的危害

1989年7月17日20时,8号台风靠近了我国珠江口上川岛东南约30千米处,沿海岸向西北偏西方向移动时,珠江口至湛江沿岸均有8~10米的海浪,致使沿岸海堤遭受到严重破坏,台山县海宴东镇中门高5.7米、宽8米、长3.2千米的海堤全被海浪冲毁,阳江的海陵岛高4.5米、宽度10米大堤被巨浪冲毁8米,仅剩下2米。据统计,这次台风仅海浪毁坏的海堤水利工程,造成的直接经济损失就达1.5亿元。

由此可见,海浪可以给航海、海上施工、码头及各种建筑物等造成一定的破坏和损失。

灾害性的海浪还会引起船舶横摇、纵摇和垂直运动。横摇的最大危险在于船舶自由摇摆周期与波浪周期相近时,会出现共振现象,导致船舶倾覆。剧烈的纵摇还会使得螺旋桨露出水面,导致机器不能正常工作而引起船舶失控。当海浪波长与船的长度接近时,由于船舶的自重,还会导致万吨巨轮拦腰折断,而且船舶在波浪中的垂直运动还会造成在浅水中航行的船舶触底碰礁。

1281年,元世祖忽必烈和范文虎等人率10多万军队、4400多艘战船攻打日本的一些岛屿,突然台风袭来,狂风巨浪导致4400艘战船几乎全部被毁、沉没,10多万军队还全部葬身海底,活着逃回来的仅有3人。

第二次世界大战中,英美海军在诺曼底登陆,由于一次不大的风暴潮就损失了700多艘登陆艇。1952年底,一艘美国船只也曾在意大利的海岸附近被巨浪折成两段。

灾害性海浪对海岸的压力可达到每平方米30~50吨。在一次大风暴中,巨浪曾将1370吨重的混凝土块移动了10米,20多吨的重物也被它从4米深的海底抛到岸上,巨浪冲击海岸还激起了60~70米高的水柱。由此可见,海浪的巨大威力足以毁掉一切可以毁掉的东西。

大陆架的地形与分类

大陆架又称大陆棚、陆架、陆棚,是大陆沿岸土地在海面下向海洋的延伸。可以说,这是被海水所覆盖的大陆。在古代的冰川期,由于海平面下降,大陆架常常会露出海面,成为陆地、陆桥;在间冰期(冰川消退后,如现在),这些大陆架又被上升的海水淹没,成为浅海。

大陆架的地势通常比较平坦,海床大多被沉积层所覆盖,边缘逐渐向深海倾斜,称为大陆坡,接着斜度介于陆架与陆坡之间的陆基,最后,陆基伸入深海平原。因此,大陆架与大陆坡都属于大陆边缘一部分。

大陆架的深度大多不会超过200米,但宽度则是大小不一。通常来说,与大陆平原相连的大陆架比较宽,其宽度可达数百至上千千米;而与陆地山脉紧邻的大陆架则比较狭窄,可能只有数十千米,甚至更少。

在大陆架上,也能够发现一些丘陵、盆地,还有明显的“水下河谷”。这些河谷的地形看起来就如同是陆地河流的地形,有蜿蜒的河道,还有冲积平原、三角洲等。许多水下河谷还与陆地上的河流相对应,这也可以看成是陆上河流的“延续”。因为这些水下河谷都是在远古大陆架露出海面时由河流所冲刷而成,只是后来没入海中而已。

依据地形学与海洋生物学的意义,大陆架可以再细分为内陆架、中陆架与外陆架。在陆架的外缘,其地形结构会发生急剧改变,也就是陆坡的开始。除少数例子外,陆架外缘几乎都坐落在海下140米处,这仿佛也是冰川期的海岸线标记,当时的海平面比现代要低得多。陆坡比陆架陡峭,其平均坡度为3?,通常介于1?~10?之间。而且,大陆坡也常是水下河谷的终结。

陆基位于陆坡之下、深海平原之上,其斜度介于陆架与陆坡之间,即0.5?~1?之间,并从陆坡开始向处延伸500千米,由浊流从陆架与陆坡夹带的厚厚沉积物所组成。这些沉积物还从陆坡泄下,并在陆坡底下堆积,形成陆基。

大陆架的范围

大陆架的范围自海岸线(通常取低潮线)起,向海洋方面逐渐延伸,直到海底坡度显著增加的大陆坡折处为止。陆架坡折处的水深多在20~550米间,平均为130米,也有把200米等深线作为陆架下限的。大陆架的平均坡度为0?~0.7?,宽度不等,在数千米至1500千米之间。全球大陆架的总面积为2710万平方千米,约占海洋总面积的7.5%。

大陆架多数分布在太平洋西岸、大西洋北部两岸、北冰洋边缘等。如果把大陆架海域的水全部抽光,使大陆架完全成为陆地,那么大陆架的面貌与大陆基本上是一样的。在大陆架上,也有流入大海的江河冲积形成的三角洲。

小知识

大陆架有哪些矿藏

大陆架中有丰富的矿藏和海洋资源,迄今已发现的有石油、煤、天然气、铜、铁等20多种矿产。其中,已探明的石油储量占整个地球石油储量的1/3。