30秒探索神秘的海洋

为什么海水是咸的 数千年来，海洋中的盐不断累积。当矿物质溶解在雨水中时，盐*终被带入海里。这些矿物质是由雨水从岩石中淋滤得到的，雨水由于溶解了大气中的二氧化碳而呈弱酸性。一些矿物质被海洋生物消耗殆尽，但海水中钠和氯化物的含量远远超过海洋生物的需要，这些元素共同构成了氯化钠。所以，海盐本质上是海水经过过滤和蒸发后的产物。目前，来自河流和雨水的淡水流入海洋，平衡了溶于海水的盐。因此，平均而言，海洋中盐的浓度（盐度）保持在约35‰。在河口和其他淡水来源附近，如降水量高或冰川消融的地区，海面盐度可能远远低于35‰。在热带和亚热带，海洋中的淡水蒸发后流失到大气中，导致海面的盐度高于全球海洋平均水平。与自身体积相比，浅海或浅水湖泊的蒸发量较大，这让它们在世界上*咸的水体中占有一席之地。其中*著名的是死海，盐度约为342‰。 将阳光存储为热量 当太阳照射海面时，太阳光线会进入水柱。任何一个水肺潜水员都会告诉你，随着你潜入海洋深处，海水会很快变暗。太阳光线之所以随海洋深度加大而变暗，是因为它们穿过水体时，水分子会被激活，从而使水变暖。从本质上讲，海洋就像一块巨大的太阳能电池板，将阳光转化为热能。太阳光，也称为太阳辐射，波长较短（紫外线和蓝光的波长比红光短），可以穿透大气层而不使大气层的温度上升太多，然后被海洋吸收并转化为热能。再者，温暖的海面向大气发射波长较长的红外辐射，这些辐射被温室气体吸收，导致大气变暖。海洋将短波太阳辐射转化为大气中的热能，因此在全球气候系统中起着关键作用。据估计，大气中90%以上的热能来自海洋。如此一来，地球上大多数主要的天气系统都从海洋中获取能量也就不足为奇了。 海洋就像千层蛋糕 在观赏海洋时，人们会认为从海面到海底的风光都是一样的，这无可厚非。然而，当你探索海洋深处时，你会意识到情况并非如此。1751年，亨利·埃利斯船长测量了北大西洋热带海域不同深度的水温。令他惊讶的是，他发现在水深1000～2000米处的水温为11.℃，比海面温度低（空气温度为30.℃）。此后的观察发现，深海的水温极低，即使在赤道，*高水温也仅为4.℃。这是因为海洋是由不同温度和盐度的垂直水层组成的。底部的海水*重（密度*高，水温低、盐度大），上面的海水密度较低（较温暖、盐度较小）。加热和冷却会改变海面的温度，蒸发和结冰会增加海水盐度，而雨雪、河流和冰雪融水会增加流入海洋的淡水，从而降低海水盐度。在地球的不同位置，起主导作用的海洋过程不尽相同，并且所产生的不同盐度和温度的水体将向海洋内部扩散，从纵向上看，海洋就好比千层蛋糕。 海平面上升 海洋密度的变化（温度和盐度的变化导致海洋体积的膨胀或收缩）和海洋与存储在陆地或大气中的淡水（例如冰或地下水）之间质量交换的变化会引起海平面高度的变化。19世纪末以来，海平面一直以每年约1.5毫米的速度上升；20世纪60年代以来，海平面上升的速度不断加快，达到了至少3000年来前所未见的水平。据观测，在整个20世纪，海平面上升的主要原因是冰川融化（约占45%）和海洋变暖（约占35%），但在过去的30年里，格陵兰冰盖和南极冰盖都以更快的速度融化。因此，它们正在成为当代海平面上升的主要源头。这个问题为什么很重要？冰盖是海平面上升的“大油轮”。尽管冰盖对气候变化的反应相对缓慢，可反应一经做出，在未来几十年到几百年内将很可能无法阻挡。目前，全球大部分永久性冰层存储在冰盖中，一旦它们完全融化，全球海平面将上升约65米。 海浪 海浪的形成要么是由于海面受到推动，要么是由于海面在平衡或静止状态下受到扰动，这赋予了海面一些初始能量。随后，恢复力（通常为重力或浮力）让海面回到平衡位置。然而，随着海面的波动，其能量从存储状态的势能（波峰和波谷处*大）转化为运动状态的动能（当垂直移动的速度达到*大时，中部位置的动能*大）。因此，海浪会超出其初始位置并持续波动，直至能量再次回到存储状态。随着该过程的持续，海浪便由此诞生，并沿着海面传播。海浪具有各种各样的规模，包括靠风力驱动的毛细波（波长单位为毫米，周期以毫秒为单位）、风浪和涌浪（波长单位从厘米到米，周期从秒到分不等），以及潮汐波（波长单位为米，周期以小时为单位）。重力是海浪的主要恢复力，具有削减波峰和填充波谷的作用。不过除重力外，表面张力对于毛细波也很重要，而地球自转对于潮汐波也很重要。海浪具有极大的破坏性，但它也是潜在的可再生能源。 海滩与裂流 海洋和陆地在海拔较低的沿海地区接触。当海浪拍打海岸宣告旅程结束时，其输送的能量将随之消散。要使这种能量不消失，必须将它转化为另一种形式或转移到另一个过程中——在海滩上，这种能量经常被转移到裂流中。在浅水区，碎浪携带着动能沿着海滩的斜坡爬升上岸，但海水升高会产生一个相反的力，将海水推回海洋。正因如此，海滩的形状或形态变得非常重要——因为要将海岸和海上的流水集中到不同的区域。沙洲，即海滩的极浅部分，会加剧海浪的破碎，迫使更多的海水流向海滩。而在靠近沙洲的较深的凹槽中，海浪不会破碎，流向海岸的水流汇聚，形成快速（流速>1米/秒）流动的狭长裂流，穿透碎浪。虽然裂流通常对游泳者有害，但它们可以将来自海岸的营养物质输送到海洋更深处，因此具有积极意义。 潮汐 海潮造成的海平面升降是*容易预测的。潮汐是月球引潮力、太阳引潮力与地球自转偏向力共同作用于地球水体的结果。甚至在一些大型湖泊中也可以看到潮汐。*高的潮汐（大潮）发生在满月或新月期间，而较低的潮汐（小潮）在上弦月或下弦月期间出现。在世界上许多地方，高潮每天有两次，在另一些地方每天只有一次，还有一些沿海地区没有高潮。潮汐的时间取决于其特定位置，而潮汐的规模则深受水深的影响。公海中的潮汐高度可达1米，当接近海岸时，由于海水变浅，潮汐会变得更大。海岸线对海水的“漏斗效应”可能会使海峡和河口处的潮汐规模变大。世界上*大的潮汐出现在加拿大芬迪湾，那里的潮差（高潮位和低潮位之间的差值）可超过16米。潮流是由高潮（涨潮）和低潮（退潮）之间的水流引起的。在浅水区、海峡或岬角周围，潮流可能特别迅急。 死水现象 有时，当一艘船驶入邻近海面的淡水峡湾时，它会突然减速，甚至停滞不前，尽管发动机仍在运转。这种现象被称为“死水现象”，是海洋中不同密度的水体垂直分层的结果。如果海面淡水层的深度接近船舶吃水深度，船舶移动时水层交界处将形成内波。内波形成后会从船舶运动中吸收能量，使船舶减速。然后这些内波从它们的形成地向外传播，带走能量，就像产生于船尾的海洋表面波一样。当变化的水流（如潮汐）在海底的隆起和斜坡上将分层水体上下移动时，也会产生内波。随着海浪向外传播，海浪中蕴含的能量会在长达数千千米的远距离传播中慢慢消失。重新分配后的能量促进了海洋中不同水体及其热量、淡水和营养物质的混合，使得内波对于维持海洋的初级生产力和气候过程十分重要。