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第1章 海洋概述

1.海洋是什么?

海洋是指地球上广大连续水体的总称。当人类第一次遨游太空,遥望自己的家园时,惊讶地发现地球竟然是一颗极为美丽的蓝色星球。

实际上,地球的蓝色来源于海洋,蓝色的大海占据了地球表面积的一大半,面积达到3.62亿平方千米,相当于地球表面的70.9%。所以,从太空远远望去,地球就是一颗蓝色的星球—海洋之星。

那么,海洋是从哪里来的呢?

关于海洋从哪里来,这一直是科学界研究的话题。有人认为海洋里的水来自地球本身,也有人认为来自巨大的冰核体彗星。

事实上,大约在50亿年前,从太阳星云中分离出一些大大小小的星云团块,它们一方面绕太阳旋转,一方面自转。在运动过程中,星云团块互相碰撞,有些团块彼此结合,由小变大,逐渐成为原始的地球。

原始的地球是一颗炙热的大火球,到处是岩浆,没有大气也没有海洋。随着宇宙中小天体不断对地球表面的撞击,使地球变得像个久放而风干了的苹果:表面皱纹密布,凹凸不平,高山、平原、河床、海盆等各种地形一应俱全。

在很长的一个时期内,天空中水气与大气混合一体,这时浓云密布,天昏地暗。随着地壳逐渐冷却,大气的温度也慢慢地降低,水气以尘埃的形式与火山灰结合为凝结核,变成水滴,越积越多。由于冷热不均,空气对流剧烈,形成雷电狂风,暴雨浊流。降水长期累积在低洼的地方,久而久之就成了最原始的海洋。

原始的海洋,海水不是咸的,而是带酸性,而且缺氧的。水分不断蒸发,反复地成云致雨,后又落回地面,把陆地和海底岩石中的盐分溶解,不断地汇集于海水中。经过亿万年的积累融合,这才变成了大体均匀的咸水。

总之,由于水量和盐分的逐渐增加,加上地质历史的沧桑巨变,原始海洋逐渐演变成了今天的海洋。

2.海和洋一样吗?

人们在日常生活中,通常把美丽、壮观而又辽阔的咸海海域称做“海洋”,但具体地说,“海”和“洋”并不完全是一回事。

洋是海洋的中心部分,是海洋的主体。世界大洋的总面积约占海洋面积的89%。大洋的水深,一般在3000米以上,最深处可达1万多米。

洋离陆地遥远,不受陆地的影响。世界上共有4个大洋,即太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋。洋的水分和盐度的变化不大,每个大洋都有自己独特的洋流和潮汐系统。大洋的水色蔚蓝,透明度很大,水中的杂质很少。

而海则是洋的边缘,是大洋的附属部分。海的面积约占海洋总面积的11%,它的深度较浅,平均水深在2000米以下。

海临近大陆,受大陆、河流、气候和季节的影响。海水的温度、盐度、颜色和透明度也都受陆地的影响,有明显的变化。世界主要的海接近有50个,根据它们所处位置的不同可分为边缘海、内陆海和地中海。

边缘海既是海洋的边缘,又是临近大陆的前沿。这类海与大洋联系广泛,一般由一群海岛把它与大洋分开,如我国的东海、南海就是太平洋的边缘海。

内陆海,即位于大陆内部的海,如欧洲的波罗的海等。地中海是几个大陆之间的海,水深一般比内陆海深些。地中海的数量以太平洋最多,大西洋次之,印度洋和北冰洋的数量差不多。

3.生命起源于海洋

生命的起源一直是科学家们研究的课题。从现在的研究成果看,人们普遍认为生命起源于海洋。水是生命活动的重要成分,海水的庇护能有效防止紫外线对生命的杀伤。

大约在45亿年前,地球就形成了。大约在38亿年前,当地球的陆地上还是一片荒芜时,海洋就已经开始孕育生命—最原始的细胞。原始细胞的结构和现代细菌很相似。

大约经过了1亿年的进化,海洋中的原始细胞逐渐演变成为原始的单细胞藻类,这大概是最原始的生命。由于原始藻类的繁殖,以及它们进行光合作用,便产生了氧气和二氧化碳,这为生命的进化准备了重要条件。

原始的单细胞藻类又经历亿万年的进化,发展出原始水母、海棉、三叶虫、鹦鹉螺、蛤类、珊瑚等。海洋中的鱼类大约是在4亿年前出现的。

由于月亮的引力作用,引起海洋潮汐现象。涨潮时,海水拍击海岸;退潮时,把大片浅滩暴露在阳光下。原先栖息在海洋中的某些生物,在海陆交界的潮汐间带经受了锻炼。同时,臭氧层的形成,拉上了防止紫外线辐射的防护罩,使海洋生物登陆成为可能。有些生物就在陆地生存下来。同时,留在陆地上的生命经受了严酷的考验,适应环境,逐步得到发展。

大约在2亿年前,爬行类、两栖类、鸟类出现了。而后,所有的哺乳动物都在陆地上诞生。但它们中有的又回到了海洋。大约在300万年前,地球上出现了具有高度智慧的人类。

4.海洋分几层?

海洋的分层由表及里有以下几种:

(1)光合作用带:这是大洋最表层的水域,指从表面到200米的深处。在这一层,阳光中大部分的可见光都可以照射进来,海洋表层的浮游植物就在这里生存,所以这一层被称为“光合作用带”。

(2)中层带:第二层被叫做“中层带”,从200米深一直延伸到1000米深。它又叫“暮色带”或者“中水带”,当光线穿透到这一层时已经相当昏暗。从这一层开始,我们能够看到产生冷光的生物发出的闪烁光线,看到许多相貌奇特的鱼类。

(3)深层带:第三层被叫做“深层带”,从1000米的深度延伸到4000米深。这里的可见光由那些发光生物产生的,这里的水压巨大,但仍有大量生物生存,抹香鲸也可以潜到这个深度来寻找食物。由于缺少光线,这个深度中的多数生物都是黑色或者红色。

(4)深渊带:继续往下,就来到了“深渊带”,深度从4000米延伸至6000米。深渊带的希腊名为“Abyssopelagic”,其意为“无底”,在古代的希腊人看来,大洋应该是没有底的。这里不仅黑暗,而且寒冷,水温接近冰点。在这里的可怕压力下,很少有生物存在,存在的生物多数是无脊椎动物,例如蓝海星和小鱿鱼。

(5)深海带:深渊带以下的地方,又叫做“深海带”或者“超深渊带”,这一层从6000米深一直下降到10000多米,一般只有在海沟和海底峡谷中才能找到这么深的地方。尽管这里有难以想象的压力和冰冷的海水,依然可以发现生命,如蓝海星和管虫这样的无脊椎动物就在这里兴旺地生长。

怎样了解海底的情况?

在科技不发达的年代,海底一向被人们视为神秘世界,人们为海洋编造了很多神话。但随着科技的进步,人类对海底世界的情况已经越来越了解。

最早,人们在从事捕鱼、晒盐、航行时用竹竿、测深锤等仪器来测量海底,但这样既费时又费力,后来改用带计数器的水文绞车来测量海底。

在20世纪初时,人们利用回声探测仪来测量海洋深度,使对于海底深度的记录有了很大增加。这种仪器在船舶航行时向海底发出声波,声波遇到障碍物返回。根据声波的速度和所用时间即可算出海底深度。现在这种仪器不但能测量海底深度还能直接绘出曲线图,让人更直观地感受海底。

为了进一步了解海洋,人们还利用各种仪器测定海水的透明度、温度、水质等信息,还采集了地质标本进行综合研究分析。至于深海里的一些情况,人们利用潜水球和潜水探测船来帮助采取标本、拍摄海底镜头,利用超音波测量地质构造等。

可以预言,人类对神奇大洋底的探测,在不久的将来一定会有新的更大的成就。

5.海底地形

海底地形是指海水覆盖下的固体地球表面形态。海底地形也像陆地一样,复杂多变。那里既有高耸的海山,起伏的海丘,绵长的海岭,深邃的海沟,也有坦荡的深海平原。世界各大洋的结构通常分为大陆边缘、大洋盆地和大洋中脊三大基本单位。

大陆边缘是大陆与洋底两大台阶面之间广阔的过渡地带。它包括大陆架、大陆坡和大陆隆,约占海洋总面积的29%。

大洋盆地位于大洋中脊与大陆边缘之间,是在世界大洋中面积最大的地貌单元,其深度大致在4000~6000米之间,占海洋总面积的45%左右。最深的一个盆地是位于太平洋的马里亚纳海沟,这一深度远远超过了陆地上的最高的珠穆朗玛峰的海拔。

大洋中的山脊又叫中央海岭,隆起于洋底中部,并贯穿整个世界大洋,为地球上最长、最宽的环球性洋中山系,占海洋总面积的33%。它纵贯太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋,彼此相连,总长约8万千米,是地球上最长最大的山系。

浅海的底为什么是平坦的?

在大陆边缘的海里,海水总是比较浅的。我们把深度在200米以内的海叫做浅海。浅海底也称大陆架,是陆地在海底的自然延伸。大洋的底部常常起伏不平,但浅海底一般比较平坦,究其原因,这与海浪有很大关系。

浅海底的形成主要是与海浪的冲刷作用有关。海浪能够影响到水深不超过200米的地方,把海底深度不大于200米的部分冲刷削平,再把破碎的沙石搬到水深大于200米的地方堆积起来,使海底变得平坦。

海浪还有力地冲击着海岸,使海岸不断受到破坏,崩塌碎裂,形成砂砾。当海浪退回海中时,这些砂砾也被带到海中,在海底堆积起来。

另外,河流也带来了大量的泥沙,堆积在海底,把低凹的地方填平。

所以,浅海的海底一般都是比较平坦的。

海底会地震吗?

陆地上有地震,海洋中是否也像陆地一样会发生地震?我们先来看看地震形成的原因:地震是地下岩石突然断裂而发生的急剧运动。自然,这种情况在海洋中也是存在的。海震是指在海底、大洋底、海沟边缘、海岸地区等发生地震引起的海水震动,是由于海洋底部的岩层破裂或移位引起的。

海震一般持续几分钟,主要分布在活动大陆边缘和大洋中脊。地震发生的时候出现两种震动波:纵波和横波,纵波的传播速度要比横波快,所以我们会先感到上下颠簸而后才是左右晃动。因为水不能传播横波,所以如果发生海震的时候,人在船上会感觉到上下摇晃。

如果海底地震是具有垂直运动的逆冲构造型地震,常可引起巨浪。能引发海啸的地震,首先是发生在海里的大地震,具有的特点是断层面上部地壳向上移动,下部下降,以垂直运动为主。上部在抬升过程中把海水向上抬,同时又在逆冲方向推动海水作水平运动,从而形成破坏力极强的海啸。强烈的地震往往引起海底结构变化。

地震过程中,地壳运动打乱海下地质结构的变化,海浪以每小时600~800千米的速度向四面八方冲击,相当于飞机的飞行速度。抵达浅海地带,海浪逐渐平缓下来,但余波足以使沿岸陷入灾难。近年,在印尼发生的海啸就是这样残酷。

海底里的电闪雷鸣

积雨云浓密,云层含有大量冰晶,云在垂直方向的热力对流作用,不断发生起电和放电现象(闪电)。在放电过程中,空气温度骤升,空气中的水滴汽化产生电离,短时间内空气膨胀,产生冲击波,形成强烈的雷鸣,这就是大气中的电闪雷鸣。

而海水中蕴含着大量盐分再加上它的浓度大,所以海水有良好的导电性能,不可能贮存大量的电荷。那么,海底为什么放电呢?原来海底存在的放电现象,这是科学家在日本海底的最新发现。电场仪表记录了海底放电的频率,让人奇怪的是它与大气中闪电的频率基本上一样。按照水文物理学的原理,类似于大气闪电的天然电磁过程,一般发生在200米以下的浅层海水。500米深度的深海导电能力较强,从理论上说是不会产生放电现象的,因此科学家们对500米以下深海探测到的闪电现象目瞪口呆。

科学家们经过反复的试验终于发现了答案。原来,电荷源实际来自于陆地附近的海岸的空中,而与海底连接的岩石,充当了天然传导管的角色,把电荷传到海底。由于距离比较远,电量不够大,因此海底闪电一般非常微弱。

6.谁给大海披上了外衣

翻开世界地图册,黄海、红海、黑海、白海会映入我们的眼帘。海的颜色为什么不同?彩色的大海是谁的杰作呢?

实际上,这些都和太阳光线有关。

我们知道太阳光线是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种可见光所组成的。这七种光线波长各不相同,而不同深度的海水会吸收不同波长的光束。

波长较长的红、橙、黄等光束射入海水后,先后被逐步吸收,而波长较短的蓝、青光束射入海水后,遇到海水分子或其他微细的、悬在海洋里的浮体,便向四面进行散射和反射。

海水对蓝光吸收少,而反射多,越往深处越有更多的蓝光被折射回到水面上来,因此,我们看到海洋的海水便是蔚蓝色一片。

既然海水散射蓝色光,那么不论哪个大海都应该是蔚蓝色的,但实际上,海洋却是红、黄、蓝、白、黑五色俱全,这是由于某些海水变色的因素强于散射所产生的蓝色时,海水就会改头换面,五色缤纷了。

影响海水颜色的因素有悬浮质、离子、浮游生物等。大洋中悬浮质较少,颗粒也很微小,其水色主要取决于海水的光学性质。

因此,大洋海水多呈蓝色;近海海水由于悬浮物质增多,颗粒较大,所以近海海水多呈浅蓝色;近岸或河口地城,由于泥沙颜色使海水发黄;某些海区当淡红色的浮游生物大量繁殖时,海水常呈淡红色。

我国黄海,特别是近海海域的海水混浊多呈土黄色,这主要是因为从黄土高原上流进了又黄又浊的黄河水,因而得名黄海。不仅泥沙能改变海水的颜色,海洋生物也能改变海水的颜色。

介于亚、非两洲间的红海,它一面是阿拉伯沙漠,另一面有从撒哈拉大沙漠吹来的干燥的风,海水水温及海水中含盐量都比较高,海内红褐色的藻类大量繁衍,成片的珊湖以及海湾里的红色的细小海藻都为之镀上了一层红色的色泽,所以人们看到红海是淡红色的,因而取名红海。

由于黑海里跃层所起的障壁作用,使海底堆积大量污泥,这是促成黑海海水变黑的因素。另外,黑海多风暴、阴霾,特别是夏天狂暴的东北风,在海面上掀起灰色的巨浪,海水漆黑一片,故得名黑海。

白海是北冰洋的边缘海,延伸至俄罗斯西北部内陆,气象异常寒冷,结冰期达六个月之久。白海之所以得名是因为掩盖在海岸的白雪没有融化,厚厚的冰层冻结住它的港湾,海面被白雪覆盖。由于白色在海面上经过反光后太阳强烈的反射,致使我们看到的海水是一片白色。

五颜六色的大海,大海的各种生物是大自然奉献给人类的最精美“作品”。

7.地球深处的“海洋”

最近,地质学家通过模拟实验,在地表之下1000多千米的地层深处找到了水。在那些温度高达1000℃以上并且承受高压的矿物岩里,可能储藏着相当于地球所有大洋中水量总和5倍的水。该项发现很可能也有助于研究地球的形成和发育史。

千百年来,地幔像一只盛有热汤的锅子一样,处于剧烈的搅拌与动荡之中。这使得地幔的构造层带运动,并且使地幔的化学成分混合起来,相互作用。粘性更大的地幔会搅拌与动荡得更快。

在地幔下部中由矿物质形成水,可能也会影响地幔的构造层带,使之不容易下沉到地层更深的地方。当构造层带下沉、加热和受挤压时,它们释放的水可能会软化围绕的地幔,并减缓它们的下沉机制。

在地幔的较上层部分,即在大约地表之下400千米至650千米之间深度的区域叫做转换带,因为位于上部和下部地幔之间,在这里就可能存有相当于几个大洋的水。

科学家发现,在地幔下部的矿物质中,可能保留有大约相当于上位岩石质量1/10的水,但因为下部地幔的体积比转换带的体积大得多,所以它有相当多的水。

海洋里的淡水井

如果海洋里也有淡水井,那些不幸落入海洋中的人就不会因为没有淡水而避免悲剧的发生。但是,海洋里真的有淡水井吗?它的存在是事实。

美国佛罗里达半岛以东距海岸不远的海面上,就有一个这样的淡水井。它是一块直径约为30米的奇特水域,颜色和温度均与周边的海水不同。

科学家研究发现,这块水域的海底是像锅底似的小盆地,盆地中央有个水势极旺的淡水泉,不断向上喷涌出清如甘露的泉水。喷出的水量甚至比陆地上最大的泉还要大得多。泉水在海中日夜喷涌,久而久之便形成了奇妙的海中“淡水井”。这些淡水其实是地下径流流入海底,又从泉眼喷出。地下径流那么多,茫茫大海中应该不止这一个淡水井。

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