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地球/5c. 地球的海洋(水库)

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地球的海洋

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2010年,特蕾西·卡尔德威尔·戴森在国际空间站的穹顶舱观察她下方地球广阔的海洋。

尽管地球表面大部分被水覆盖,但你大部分时间都将生活在其中一个大陆上。地球表面超过3.61亿平方公里(1.39亿平方英里)被液态水覆盖,占地球表面的71%。这个液态水库庞大得令人惊叹,但除非你正在穿越这些巨大的水域,否则很少会影响到我们的日常生活。地球被称为“蓝色星球”,因为从外太空看,这些海洋的蓝色主导着地球的整体颜色。由于地球上的所有海洋都是相连的,因此将世界海洋划分为地理区域的划分在某种程度上是人为的,但通常分为五个大洋:太平洋、大西洋、印度洋、南部(南极)洋和北冰洋。然而,这些海洋都是相互连接的,允许水在这些地球区域之间进行全球循环。世界海洋的平均深度为3.7公里,约2.3英里深。作为地球的一个主要特征,海洋对远内陆地区的区域天气模式和气候极其重要,并且对犹他州的天气有重大影响,尽管它距离最近的海岸线近1兆米。

太平洋马绍尔群岛的海面。

探索海底

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维克托·维斯科沃

维克托·维斯科沃留着长发和灰色的胡须,是美国一些最负盛名大学的校友;获得了哈佛大学、斯坦福大学和麻省理工学院的学位,但他并没有选择科学,而是专注于商业和政治科学学位。他被命运多舛的雷曼兄弟公司招募,在那里他为沙特阿拉伯政府提供商业投资咨询,但也曾在美海军预备役担任情报军官,直至2013年。2001年,他创办了一家公司,为美国军人提供信贷和贷款,后来与他人共同创办了一家名为Insight Equity的投资公司。他的金融银行经验为他带来了财富,他将其用于实现极其崇高的个人目标,攀登七大洲的最高峰,包括珠穆朗玛峰,并用滑雪的方式到达南北两极。在实现这些目标后,维斯科沃继续追求一个更大的个人目标,即到达世界五大洋的五个最深点。2019年5月,维克托·维斯科沃乘坐潜艇DSV Limiting Factor潜入地球上最深的地方——位于南太平洋的挑战者深渊。挑战者深渊位于马里亚纳海沟内,由英国皇家学会的船只——19世纪70年代的挑战者号发现并命名,其深度接近海平面以下10.9公里。

DSV Limiting Factor,Triton潜艇,于2019年在挑战者深渊将维克托·维斯科沃送至海面以下10925米处。
地球大部分被水覆盖,很少有人类涉足。

仅仅潜入几米深的海底就会导致压力的增加,因为上面的水会以静水压力向下推,以单位面积上的力来测量,压碎任何下潜到这个深度的潜艇。下潜越深,施加的压力越大。潜入地球最深处会导致压力超过1.08亿帕斯卡,或比海平面上的大气压高出1000倍以上。为了进行这次潜水,“五大深潜探险”使用了专门设计的Triton 36000/2型潜艇。此前,只有另外两次载人探险潜入过挑战者深渊,1960年唐·沃尔什雅克-皮卡尔乘坐名为的里雅斯特号的潜艇潜入10.912公里深处,2012年电影制片人詹姆斯·卡梅隆乘坐潜艇深海挑战者号到达10.908公里深处。维克托·维斯科沃驾驶潜艇多次潜入挑战者深渊,五大深潜探险队的其他成员也参与其中,包括帕特里克·莱希、乔纳森·施特鲁维、潜艇设计师约翰·拉姆齐和科学家艾伦·贾米森。他们记录了每次潜水,并在海洋深处观察到一些非凡的动物。到达的最深点是海平面以下10.928公里,位于海洋的超深渊带。

海洋深处的区域。

海洋学家将海洋划分为远洋带,即相当于天空的开阔水体,以及底栖带,即相当于地面的海底。远洋动物是指在开阔水域中游泳或漂浮的动物,而底栖动物是指在海底爬行或固着的动物,通过附着或洞穴固定在海底。底栖带是指海洋或海底,无论其深度如何,都可以用来指代浅水和深水,远洋带也是如此。因此,海洋学家使用修饰语来表示海面以下的深度。

表层带

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表层带是阳光能够穿透水域的区域,并且有足够的阳光进行光合作用。这个区域也被称为透光层。大多数海洋动物生活在这个区域,因为这里有丰富的浮游植物,它们利用光合作用,需要阳光才能生存。这些喜光的浮游植物,包括甲藻、硅藻、蓝细菌、如颗石藻的藻类、隐藻和其他微生物,是海洋中大型动物的重要食物来源。表层带延伸至海平面以下200米深处。

海洋透光层(表层带)内的鱼群。

中层带

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中层带是暮光区,阳光减弱到其表面亮度的1%以下。作为一个黑暗区域,中层带主要由异养细菌和真核浮游生物主导,它们以或清除从生物丰富的透光层沉降下来的腐烂的死生物为食。在几乎持续的黑暗中,唯一的可见光来源是生物发光,即动物发出闪光以吸引猎物。许多适应黑暗的动物在夜间上升到上面的表层带觅食。中层带延伸至海平面以下1公里深处。

深层带

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深层带是完全黑暗的区域,主要由清除异养细菌和头足类动物(如鱿鱼和墨鱼)主导,它们既没有骨骼也没有复杂的内部骨骼。碳酸盐补偿深度(CCD)位于这个区域,这意味着有壳生物在其骨骼的碳酸钙在这些深度面临溶解的风险。美丽的玻璃海绵(六放海绵纲)用耐溶解的硅质骨针构建它们的骨骼,并过滤从较高海洋区域落下的碎屑。在这些深度沉积在海底的沉积物富含有机碳,形成黑色页岩而不是石灰岩。深层带延伸至海平面以下4公里深处。

六放海绵纲(偕老同穴)的玻璃海绵。

深渊带

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横贯印度洋洋底深渊平原的中洋脊。
一条在墨西哥湾戴维森海山3288米深处发现的须鳕(Spectrunculus grandis)。

深渊带构成了深渊带和深渊平原,覆盖了地球总表面积的50%以上。海平面以下深度小于4000米的海底被称为大陆坡和大陆架。从剖面上看,这些上层区域像摩天大楼一样拔地而起,几乎垂直,而深渊平原则更加低洼,覆盖了大部分洋中盆地的海底。洋中脊位于海洋中心的轴线附近,高出这些深渊平原,但大部分海底深度超过4000米。这里海底主要由玄武岩(一种火山岩)构成,水深处的环境一片漆黑。这些深海区域的生命依赖于从上层区域沉降下来的有机腐烂物质的“雨”来生存。其他生物利用化学合成作用,与深海热液喷口相关的复杂生态系统,细菌利用硫和甲烷,而不是二氧化碳和氧气。尽管氧气含量少,温度接近4°C,但仍观察到几种鱼类生活在这些深度,包括须鳕、深海狮子鱼、黑蜥蜴鱼和深渊蜘蛛鱼。有孔虫以沉降到这些深度的有机碎屑为食。有孔虫是单细胞底栖动物,以水中漂浮的碎屑为食。它们用碳酸钙构建骨骼,这些骨骼容易随着深度和CCD的变化而溶解。然而,这些骨骼在海底沉积物中经常被保存为化石。生活在更深处的有孔虫通常用硅质颗粒的壳粘合在一起的有机胶结物来构建骨骼,以避免方解石随着深度的增加而溶解。

甲壳类动物和多毛类蠕虫在这些深度很常见。一类独特的软体动物,它们有一个单一的帽状外壳,即单板纲,在深渊平原很常见,以及多板纲,如石鳖,它们有单个但分段的外壳。靠近大陆坡的深渊平原经常受到水下滑坡的影响,称为浊流。这些斜坡容易受到沉积物和泥土颗粒的影响,这些颗粒可以在水下斜坡上流动很长一段距离,穿过深渊平原,通常沿着数百英里长的巨大海洋深峡谷的路径流动。这些流动通常由地震或沉积物从大陆边缘运移导致的斜坡超载引发。深渊带延伸至海平面以下约6公里深处。

超深渊带

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马里亚纳海沟海洋国家纪念碑,海洋最深处。
马里亚纳海沟发现的深海狮子鱼(Pseudoliparis swirei)。

超深渊带仅存在于世界海洋的最深处,占海底的0.25%。超深渊带位于这些狭窄峡谷的深海沟或峡谷中,是由洋板块的地质俯冲形成的,导致深邃的洼地延伸到超过10公里的海洋深度。靠近关岛的马里亚纳海沟就是这些区域之一。最深处的鱼类,深海狮子鱼(Pseudoliparis swirei),可以生活在深达8公里的地方,尽管无脊椎动物和单细胞原生生物可以在更极端的深度生存。片脚类甲壳动物,类似小虾的生物,可以生活在马里亚纳海沟的深度,以漆黑深水中落下的有机碎屑为食。它们对低氧环境有独特的适应性,鱼类无法在这种环境中生存。超深渊带大部分是无生命的,特别是对于像鱼类这样需要氧气的较大动物而言。因此,这些深海区域的生命形式大多是微观的,包括不需要光或氧气的独特细菌形式。到达海洋最底部需要近4个小时,但一旦到达底部,维克托·维斯科沃驾驶潜艇在海底绕行4个小时,然后开始4个小时的返程。这次探险进行了多次往返海底的旅程,创造了多个纪录,探索了最深的海底并采集了样本。但最引人注目的发现是,在几乎没有生命的超深渊带中发现了垃圾。即使是最深、最黑暗的海洋底部,也无法避免人类主宰的星球的影响。对片脚类甲壳动物(微小的虾状生物)的样本进行检测发现,污染物含量很高,因为这些小虾不仅以有机物为食,还以人类污染物倾倒入全球海洋的沉降垃圾为食。即使在这些非凡的深度,也发现了污染物(Jamieson 等人,2017年:自然生态与进化)。潜艇记录下这片近乎外星的景观时,垃圾碎片从沙质海底水中探出,而这片景观正是地表物种改变的结果。

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b. 地球水的特性(密度、盐度、氧气和碳酸)。

c. 地球的海洋(水库)。

d. 表面洋流。

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