高中地球科學/海洋概論

你有沒有聽說過地球被稱為“藍色星球”？這個說法是有道理的，因為地球表面超過70%都被水覆蓋著。絕大多數的水（97.2%）都在海洋中。如果沒有這些水，我們的世界將是另一番景象。海洋是地球的重要組成部分：它們有助於決定空氣的構成，有助於決定天氣和溫度，並支援大量的生命。海水的成分因其位置和深度而異。就像地球內部被分成不同的層一樣，海洋也分成不同的層，稱為水柱。

課程目標

描述海洋是如何形成的。
解釋海洋的重要性。
描述海水的成分。
定義水柱和海洋分割槽。

海洋的形成

科學家們已經提出了許多關於海洋是如何形成的假設。儘管這些假設隨著時間的推移而發生了變化，但現在有一個觀點得到了地球科學家的廣泛支援，稱為火山噴氣理論。這意味著數百萬年或數十億年來火山噴發釋放出的水蒸氣冷卻並凝結，形成了地球的海洋。

水體的形成和聚集

當地球在46億年前形成時，它永遠不會被稱為藍色星球。那時沒有海洋，大氣中也沒有氧氣，更沒有生命。但發生了劇烈的碰撞、爆炸和噴發。事實上，地球在其早期階段是熔化的。這使得元素能夠在地球內部分離成不同的層——重力將密度更大的元素拉向地球中心，而密度較小的物質則聚集在地表附近。這種分離過程創造了我們所知的地球的各層。

隨著溫度的下降，地表凝固，並形成了大氣層。火山爆發從地殼中釋放出水蒸氣，而更多的水則來自與地球碰撞的小行星和彗星（圖14.1）。大約40億年前，溫度下降到足以開始形成海洋的程度。

現代海洋的形成

如你所知，大陸並不總是像今天這樣形狀和位置。由於板塊構造運動，自大陸形成以來，它們一直在地球上移動。大約2.5億年前，所有的大陸都排列成一個巨大的陸地，稱為盤古大陸（圖14.2）。這意味著地球的大部分水都聚集在一個巨大的海洋中，稱為泛大洋。到了大約1.8億年前，由於大陸漂移，盤古大陸開始分裂。這將泛大洋分成了幾個相互連線的獨立海洋，這些海洋就是我們今天在地球上看到的海洋盆地。

海洋的重要性

地球的海洋在維持我們所知的世界方面發揮著重要作用。事實上，海洋在很大程度上負責保持地球上的溫度相當穩定。在冬天，你居住的地方可能會變得非常寒冷。地球上有些地方的溫度低至-70°C。有些地方的溫度高達55°C。這相差125°C。但將其與水星的表面溫度進行比較：水星的表面溫度範圍從-180°C到430°C，相差610°C。水星既沒有大氣層也沒有海洋來緩衝溫度變化，因此它既非常熱又非常冷。

在地球上，海洋吸收太陽的熱能。然後洋流將能量從熱水區域轉移到冷水區域，反之亦然。海洋環流不僅使水溫保持適中，而且還影響空氣的溫度。如果你檢查地球上的陸地溫度，你會注意到最極端的溫度出現在大陸中部，而靠近水域的溫度往往更適中。這是因為水比陸地更能長時間保持熱量。因此，夏季氣溫不會那麼高，冬季氣溫也不會那麼低，因為水需要很長時間才能升溫或降溫。如果我們沒有海洋，溫度範圍將會更大，人類將無法在如此惡劣的環境中生存。

海洋是大量生物的家園。這包括許多種類的微生物、植物和藻類、無脊椎動物（如海星和水母）、魚類、爬行動物和海洋哺乳動物。海洋的許多不同生物形成了一個龐大而複雜的食物網，實際上構成了地球上所有生物量的絕大部分。（生物量是指特定區域內所有生物的總重量。）我們依賴海洋作為食物來源，甚至依賴海洋植物產生的氧氣。科學家們仍在發現海洋的新生物和特徵，並瞭解更多關於海洋生態系統的資訊（圖14.3）。

最後，海洋為地球的水迴圈提供了起點。大部分蒸發到大氣中的水最初來自海洋。這些水又以降水的形式落到陸地上。它形成了雪和冰、溪流和池塘，如果沒有這些，人們將幾乎沒有淡水。沒有海洋的世界將是一個沒有生命的世界。

海水成分

水通常被稱為“萬能溶劑”，因為許多物質可以溶解在水中（圖14.4）。許多物質，如鹽、糖、酸、鹼和其他有機分子，都可以溶解在水中。海洋水汙染在一些地區是一個主要問題，因為許多有毒物質很容易與水混合。

也許溶解在海洋中最重要的一種物質是鹽。每個人都知道海水嚐起來是鹹的。這些鹽來自透過水迴圈進入海洋的礦物沉積物。鹽約佔海水質量的3.5%。鹽分含量或鹽度會因具體位置而異。在海水與淡水混合的地方，例如河流入海口，鹽度會較低。但在蒸發量很大且水體迴圈很少的地方，鹽度可能會高得多。例如，死海的鹽度為30%；幾乎是海水平均鹽度的九倍。它被稱為死海，因為很少有生物能夠在這種超級鹹的水中生存。

由於海水中溶解了如此多的物質，因此海水的密度（每單位體積的質量）大於淡水。當水密度更大時，它會下沉到底部。地表水通常密度較低，鹽度較低。溫度也會影響密度。溫水密度較低，冷水密度較高。這些密度差異會產生水體運動或深海洋流，將水從地表輸送到更深處。

水柱

1960年，兩名男子乘坐一艘名為“的裡雅斯特”號的專門設計的潛艇到達了海洋最深處之一（10910米）（圖14.5）。這部分海洋被命名為挑戰者深淵。相比之下，海洋的平均深度為3790米；對於海洋生物來說，這是一個難以置信的深度，對於人類來說，這也是一個難以置信的深度。是什麼讓在海底生存如此困難？有三個主要因素：缺乏光線、低溫以及極高的壓力。為了更好地理解海洋的不同區域，科學家們根據深度定義了不同的區域（圖14.6）。

陽光只能穿透水下約200米，這個區域稱為**透光層**（photic意為光）。由於進行光合作用的生物依賴陽光，因此它們只能生活在水體最上面的200米。這些光合生物幾乎為海洋食物網的其餘部分提供了所有的能量和營養。生活在200米以下的動物大多以從透光層掉下來的東西為食。

透光層下方是**無光層**，那裡沒有足夠的光線進行光合作用。無光層佔據了海洋的大部分割槽域，但其生命形式卻很少。隨著深度下降至海底，水溫降低，而壓力卻急劇增加。每個區域都逐漸變得更深、更冷，海洋最深的地方位於海溝。

海洋還可以根據與海岸的水平距離進行劃分。最靠近海岸的是**潮間帶**。在這個區域，你可能會發現波浪、潮汐變化以及水體的持續運動，這些都會使水體暴露在大量的空氣中。生活在這個區域的生物已經適應了抵禦波浪和低潮時暴露在空氣中的環境，它們擁有強壯的附著器官和堅硬的外殼。**沿岸帶**包括潮間帶和海洋底部非常緩慢向下傾斜的部分，即大陸架。這個區域生長著大量的海洋植物，因為一些陽光仍然可以穿透到沿岸帶海底。沿岸帶以外是**遠洋帶**，這裡海底的傾斜度變得非常陡峭，陽光無法到達。鯊魚、魚類和鯨魚等動物可以在這個區域被發現。它們以從上層沉下來的物質為食，或者互相捕食。在熱液噴口，極其熱的水體中溶解著大量物質，使稀有和不尋常的生產者能夠在此繁盛。

課程總結

我們的海洋最初形成於火山噴發釋放的水蒸氣冷卻凝結。
海洋發揮著非常重要的作用，有助於調節地球的溫度。
海洋是種類繁多的生物的家園，還有藻類，它們都是光合生物。
海水中溶解的主要元素是氯、鈉、鎂、硫酸鹽和鈣。
海洋的正常鹽度約為3.5%或35‰（千分之三十五）。
一些蒸發量高的地區，例如死海，鹽度異常高。
透光層是海洋的表層，深度達約200米，那裡有足夠的光線進行光合作用。
在透光層以下，絕大多數海洋位於無光層，那裡沒有足夠的光線進行光合作用。
平均而言，海底深度約為3790米，但有些海溝深達10910米。
海洋根據不同非生物因素的可用性，具有許多生物區。
沿岸帶是近岸區域，包括潮間帶。遠洋帶是海洋的離岸區域。

複習題

形成今天大陸的單一大陸叫什麼名字？
地球上的水源自哪三個來源？
地球表面有多少百分比被水覆蓋？
海洋如何幫助調節地球的溫度？
隨著時間的推移，地球的海洋變得越來越鹹。為什麼？
溶解在海水中最常見的物質是什麼？
密度是什麼？
比較和對比透光層和無光層。
描述潮間帶、沿岸帶和遠洋帶中發現的生物型別。舉例說明你認為每個區域可能存在的生命形式。

詞彙表

無光層: 水柱中深度超過200米的部分。陽光無法到達海洋的這一區域。
生物量: 某個區域內所有生物的總質量。
洋流: 河流、湖泊或海洋中水的流動。
密度: 單位體積的質量。密度的單位通常為^g⁄_cm³或^g⁄_mL。
潮間帶: 最靠近海岸的海洋部分，位於低潮和高潮之間。
沿岸帶: 大陸架從大陸邊緣逐漸向外傾斜的海洋部分。一些陽光可以穿透海洋的這一區域。
遠洋帶: 公海，海底很深。陽光無法到達海洋底部的區域。
盤古大陸: 大約2億年前發生構造板塊分裂形成的超級大陸，形成了我們今天在地球上看到的陸地和海洋。
透光層: 水柱最上層區域，從表面延伸到大約200米的深度。陽光很容易穿透水柱的這一區域。
鹽度: 衡量水中溶解鹽含量的指標。
水柱: 垂直的海洋水柱，根據深度劃分為不同的區域。

思考要點

什麼造成了像潮汐和波浪這樣的水體運動？
海洋中間可能存在河流嗎？
還有哪些其他因素會影響海水運動？這些因素如何影響世界的氣候和海洋的生態系統？

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