高中地球科学/海洋概论

你有没有听说过地球被称为“蓝色星球”？这个说法是有道理的，因为地球表面超过70%都被水覆盖着。绝大多数的水（97.2%）都在海洋中。如果没有这些水，我们的世界将是另一番景象。海洋是地球的重要组成部分：它们有助于决定空气的构成，有助于决定天气和温度，并支持大量的生命。海水的成分因其位置和深度而异。就像地球内部被分成不同的层一样，海洋也分成不同的层，称为水柱。

课程目标

描述海洋是如何形成的。
解释海洋的重要性。
描述海水的成分。
定义水柱和海洋分区。

海洋的形成

科学家们已经提出了许多关于海洋是如何形成的假设。尽管这些假设随着时间的推移而发生了变化，但现在有一个观点得到了地球科学家的广泛支持，称为火山喷气理论。这意味着数百万年或数十亿年来火山喷发释放出的水蒸气冷却并凝结，形成了地球的海洋。

水体的形成和聚集

当地球在46亿年前形成时，它永远不会被称为蓝色星球。那时没有海洋，大气中也没有氧气，更没有生命。但发生了剧烈的碰撞、爆炸和喷发。事实上，地球在其早期阶段是熔化的。这使得元素能够在地球内部分离成不同的层——重力将密度更大的元素拉向地球中心，而密度较小的物质则聚集在地表附近。这种分离过程创造了我们所知的地球的各层。

随着温度的下降，地表凝固，并形成了大气层。火山爆发从地壳中释放出水蒸气，而更多的水则来自与地球碰撞的小行星和彗星（图14.1）。大约40亿年前，温度下降到足以开始形成海洋的程度。

现代海洋的形成

如你所知，大陆并不总是像今天这样形状和位置。由于板块构造运动，自大陆形成以来，它们一直在地球上移动。大约2.5亿年前，所有的大陆都排列成一个巨大的陆地，称为盘古大陆（图14.2）。这意味着地球的大部分水都聚集在一个巨大的海洋中，称为泛大洋。到了大约1.8亿年前，由于大陆漂移，盘古大陆开始分裂。这将泛大洋分成了几个相互连接的独立海洋，这些海洋就是我们今天在地球上看到的海洋盆地。

海洋的重要性

地球的海洋在维持我们所知的世界方面发挥着重要作用。事实上，海洋在很大程度上负责保持地球上的温度相当稳定。在冬天，你居住的地方可能会变得非常寒冷。地球上有些地方的温度低至-70°C。有些地方的温度高达55°C。这相差125°C。但将其与水星的表面温度进行比较：水星的表面温度范围从-180°C到430°C，相差610°C。水星既没有大气层也没有海洋来缓冲温度变化，因此它既非常热又非常冷。

在地球上，海洋吸收太阳的热能。然后洋流将能量从热水区域转移到冷水区域，反之亦然。海洋环流不仅使水温保持适中，而且还影响空气的温度。如果你检查地球上的陆地温度，你会注意到最极端的温度出现在大陆中部，而靠近水域的温度往往更适中。这是因为水比陆地更能长时间保持热量。因此，夏季气温不会那么高，冬季气温也不会那么低，因为水需要很长时间才能升温或降温。如果我们没有海洋，温度范围将会更大，人类将无法在如此恶劣的环境中生存。

海洋是大量生物的家园。这包括许多种类的微生物、植物和藻类、无脊椎动物（如海星和水母）、鱼类、爬行动物和海洋哺乳动物。海洋的许多不同生物形成了一个庞大而复杂的食物网，实际上构成了地球上所有生物量的绝大部分。（生物量是指特定区域内所有生物的总重量。）我们依赖海洋作为食物来源，甚至依赖海洋植物产生的氧气。科学家们仍在发现海洋的新生物和特征，并了解更多关于海洋生态系统的信息（图14.3）。

最后，海洋为地球的水循环提供了起点。大部分蒸发到大气中的水最初来自海洋。这些水又以降水的形式落到陆地上。它形成了雪和冰、溪流和池塘，如果没有这些，人们将几乎没有淡水。没有海洋的世界将是一个没有生命的世界。

海水成分

水通常被称为“万能溶剂”，因为许多物质可以溶解在水中（图14.4）。许多物质，如盐、糖、酸、碱和其他有机分子，都可以溶解在水中。海洋水污染在一些地区是一个主要问题，因为许多有毒物质很容易与水混合。

也许溶解在海洋中最重要的一种物质是盐。每个人都知道海水尝起来是咸的。这些盐来自通过水循环进入海洋的矿物沉积物。盐约占海水质量的3.5%。盐分含量或盐度会因具体位置而异。在海水与淡水混合的地方，例如河流入海口，盐度会较低。但在蒸发量很大且水体循环很少的地方，盐度可能会高得多。例如，死海的盐度为30%；几乎是海水平均盐度的九倍。它被称为死海，因为很少有生物能够在这种超级咸的水中生存。

由于海水中溶解了如此多的物质，因此海水的密度（每单位体积的质量）大于淡水。当水密度更大时，它会下沉到底部。地表水通常密度较低，盐度较低。温度也会影响密度。温水密度较低，冷水密度较高。这些密度差异会产生水体运动或深海洋流，将水从地表输送到更深处。

水柱

1960年，两名男子乘坐一艘名为“的里雅斯特”号的专门设计的潜艇到达了海洋最深处之一（10910米）（图14.5）。这部分海洋被命名为挑战者深渊。相比之下，海洋的平均深度为3790米；对于海洋生物来说，这是一个难以置信的深度，对于人类来说，这也是一个难以置信的深度。是什么让在海底生存如此困难？有三个主要因素：缺乏光线、低温以及极高的压力。为了更好地理解海洋的不同区域，科学家们根据深度定义了不同的区域（图14.6）。

阳光只能穿透水下约200米，这个区域称为**透光层**（photic意为光）。由于进行光合作用的生物依赖阳光，因此它们只能生活在水体最上面的200米。这些光合生物几乎为海洋食物网的其余部分提供了所有的能量和营养。生活在200米以下的动物大多以从透光层掉下来的东西为食。

透光层下方是**无光层**，那里没有足够的光线进行光合作用。无光层占据了海洋的大部分区域，但其生命形式却很少。随着深度下降至海底，水温降低，而压力却急剧增加。每个区域都逐渐变得更深、更冷，海洋最深的地方位于海沟。

海洋还可以根据与海岸的水平距离进行划分。最靠近海岸的是**潮间带**。在这个区域，你可能会发现波浪、潮汐变化以及水体的持续运动，这些都会使水体暴露在大量的空气中。生活在这个区域的生物已经适应了抵御波浪和低潮时暴露在空气中的环境，它们拥有强壮的附着器官和坚硬的外壳。**沿岸带**包括潮间带和海洋底部非常缓慢向下倾斜的部分，即大陆架。这个区域生长着大量的海洋植物，因为一些阳光仍然可以穿透到沿岸带海底。沿岸带以外是**远洋带**，这里海底的倾斜度变得非常陡峭，阳光无法到达。鲨鱼、鱼类和鲸鱼等动物可以在这个区域被发现。它们以从上层沉下来的物质为食，或者互相捕食。在热液喷口，极其热的水体中溶解着大量物质，使稀有和不寻常的生产者能够在此繁盛。

课程总结

我们的海洋最初形成于火山喷发释放的水蒸气冷却凝结。
海洋发挥着非常重要的作用，有助于调节地球的温度。
海洋是种类繁多的生物的家园，还有藻类，它们都是光合生物。
海水中溶解的主要元素是氯、钠、镁、硫酸盐和钙。
海洋的正常盐度约为3.5%或35‰（千分之三十五）。
一些蒸发量高的地区，例如死海，盐度异常高。
透光层是海洋的表层，深度达约200米，那里有足够的光线进行光合作用。
在透光层以下，绝大多数海洋位于无光层，那里没有足够的光线进行光合作用。
平均而言，海底深度约为3790米，但有些海沟深达10910米。
海洋根据不同非生物因素的可用性，具有许多生物区。
沿岸带是近岸区域，包括潮间带。远洋带是海洋的离岸区域。

复习题

形成今天大陆的单一大陆叫什么名字？
地球上的水源自哪三个来源？
地球表面有多少百分比被水覆盖？
海洋如何帮助调节地球的温度？
随着时间的推移，地球的海洋变得越来越咸。为什么？
溶解在海水中最常见的物质是什么？
密度是什么？
比较和对比透光层和无光层。
描述潮间带、沿岸带和远洋带中发现的生物类型。举例说明你认为每个区域可能存在的生命形式。

词汇表

无光层: 水柱中深度超过200米的部分。阳光无法到达海洋的这一区域。
生物量: 某个区域内所有生物的总质量。
洋流: 河流、湖泊或海洋中水的流动。
密度: 单位体积的质量。密度的单位通常为^g⁄_cm³或^g⁄_mL。
潮间带: 最靠近海岸的海洋部分，位于低潮和高潮之间。
沿岸带: 大陆架从大陆边缘逐渐向外倾斜的海洋部分。一些阳光可以穿透海洋的这一区域。
远洋带: 公海，海底很深。阳光无法到达海洋底部的区域。
盘古大陆: 大约2亿年前发生构造板块分裂形成的超级大陆，形成了我们今天在地球上看到的陆地和海洋。
透光层: 水柱最上层区域，从表面延伸到大约200米的深度。阳光很容易穿透水柱的这一区域。
盐度: 衡量水中溶解盐含量的指标。
水柱: 垂直的海洋水柱，根据深度划分为不同的区域。

思考要点

什么造成了像潮汐和波浪这样的水体运动？
海洋中间可能存在河流吗？
还有哪些其他因素会影响海水运动？这些因素如何影响世界的气候和海洋的生态系统？

← 地球的海洋 · 海洋运动 →