海洋环境
海洋环境指地球上广大连续的海和洋的总水域。包括海水、溶解和悬浮于海水中的物质、海底沉积物和海洋生物。是生命的摇篮和人类的资源宝库。随着人类开发海洋资源的规模日益扩大,已受到人类活动的影响和污染。
简介
地球上连成一片的海和洋的总水域,包括海水、溶解和悬浮于水中的物质、海底沉积物,以及生活于海洋中的生物。因此海洋环境是一个非常复杂的系统。人类并不生 活在海洋上,但海洋却是人类消费和生产所不可缺少的物质和能量的源泉。随着科学和技术的发展,人类开发海洋资源的规模越来越大,对海洋的依赖程度越来越高,同时海洋对人类的影响也日益增大。在古代,人类只能在沿海捕鱼、制盐和航行,主要是向海洋索取食物。到现代,人类不仅在近海捕鱼,还发展了远洋渔业;不仅捕捞鱼类,而且还发展了各种海产养殖业;不仅在沿岸制盐,还发展了海洋采矿事业,如在海上开采石油。此外,还开发了海水中各种可用的能源,如利用潮汐发电等。海洋现在已成为人类生产活动非常频繁的区域。20世纪中叶以来,海洋事业发展极为迅速,现在已有近百个国家在海上进行石油和天然气的钻探和开采;每年通过海洋运输的石油超过20亿吨;每年从海洋捕获的鱼、贝近1亿吨。随着海洋事业的发展,海洋环境亦受到人类活动的影响和污染。目前,海洋环境研究工作的主要任务之一,是探索保护海洋生态系统的途径和方法。
海域分布
世界上的海和洋都相互沟通,连成一片,称为世界大洋,总面积约3.61亿平方公里,占地球总面积70.8%。表1是各纬度间海洋所占面积的百分比,从中可以看出,除北纬45°~70°和南纬 70°~90°的区间外,海面均大于陆面。海洋对人类和生物界的形成和发展起着巨大的作用。在大气圈中的臭氧层尚未完全形成以前,地球上的生命唯有在海水中才能避免紫外线辐射的伤害。海洋是地球上水循环的起点,海水受热蒸发,水蒸汽升到空中,再被气流带到陆地上来,使陆地上有降水和径流。陆地上有了水,生物才得到发展。海洋对地球上的气候起着调节作用,使气温变化缓和。所以说海洋环境对陆地环境的形成也起着决定性的作用。
洋和海
根据海洋形态和水文特征等,可把海洋分成主要部分和附属部分。前者叫洋,后者叫海、海湾或海峡。洋一般远离大陆,面积广阔,水深在2000米或3000米以上,盐度、水温不受大陆影响,季节变化小,透明度大,有独立的潮汐系统和强大的洋流系统,沉积物多为深海特有的钙质软泥、硅质软泥和红粘土。世界上有太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋四大洋。它们的总面积约占海洋总面积的89%。大洋的面积、容积、深度见表2。海一般邻靠陆地,水深在2000米或3000米以内,盐度、水温受大陆影响,有显著季节变化,透明度小,没有独立的潮汐系统,潮汐一般从大洋传来,涨落显著。沉积物多为砂、泥沙等。由于不断沉积和受到侵蚀,海底形态变化较大。世界上海的面积约占海洋总面积11%。洋或海的一部分伸入陆地,其深度和宽度逐渐减小的水域叫海湾,如渤海湾、波斯湾等。海洋中相邻海区之间,宽度较窄的水道叫海峡,如台湾海峡、直布罗陀海峡等。
海底地形
海洋根据水深、海底坡度和海底沉积物等分成四种地形区域:大陆架、大陆坡、大洋盆地和海沟。从海岸起,海底向海洋缓倾,到一定深度后海底坡度显著增大,这个坡度较大的地区叫大陆坡。从海岸到大陆坡之间的区域叫大陆架。大陆架紧接陆地,水深一般在200米以内,坡度一般为1°~2°,宽度从几海里到几百海里。大陆架上的沉积物主要是河流带来的泥沙。海水中含大量营养盐和丰富的有机质,是良好的渔场。大陆坡区倾斜度一般为4°~7°,但有的地方可达40°以上,水深一般为 200~2500米。大陆坡上的沉积物也主要来自大陆,大约泥占60%,细砂占25%,贝壳和软泥占5%。大洋盆地(或称海盆)是海洋的主要部分,占海洋总面积的77.7%,地形平坦开阔,倾斜度约为 0°20′~0°40′,深度为2500~6000米。大洋盆地的沉积物主要是大洋性软泥,如硅藻、放射虫、有孔虫软泥等。在大洋盆地中,深度超过6000米的地方称为海沟,多分布在大洋边缘。海沟中已测得的最深部分叫海渊,超过10000米深的海渊,全在太平洋。
海水温度
海水的温度决定于辐射过程、大气与海水之间的热量交换和蒸发等因素。大洋中水温为
2℃至30℃;深层水温低,大体为-1℃至4℃。大洋表层年平均水温:太平洋最高,为19.1℃;印度洋次之,为17.0℃;大西洋最低,为16.9℃。三大洋平均表层水温为17.4℃,比近地面年平均气温14.4℃高3℃。可见海洋是温暖的。北冰洋和南极海域最冷,表层水温为-1.7℃至-3℃。
大洋表层水温的分布主要决定于太阳辐射和洋流性质。等温线大体与纬线平行,低纬水温高,高纬水温低,纬度平均每增高1度,水温下降0.3℃。北半球大洋的年平均水温均高于同纬的南半球,北半球的水温平均高于南半球3.2℃。
海洋水温在垂直方向上,上层和下层截然不同。上部在1000~2000米的水层内,水温从表层向下层降低很快,而2000米以下则水温几乎没有变化。大致在南、北纬 45°之间,海水水温的垂直分布可分三层:①混合层,一般在大洋表层100米以内,由于对流和风浪引起海水的强烈混合,水温均匀,垂直梯度小。②温跃层,在混合层以下和恒温层以上,水温随深度增加而急剧降低,水温垂直梯度大。③恒温层,在温跃层以下直到海底,水温一般变化很小,常在2~6℃间,尤其在2000~6000米深度区,水温为2℃左右,故称恒温层。
大洋中表层水温日变化很小,日较差通常在0.4℃以下。沿岸海区,日较差达3~4℃以上。大洋表层水温的年变化,以北半球论,最高在8~9月,最低在2~3月。最高、最低水温的出现时间均比陆地上最高、最低气温出现的时间滞后。大洋水温的年变化幅度因纬度而异,在赤道和热带海域年较差小,一般只2~3℃;在温带海域年较差大,可达10℃左右;在寒带海域年较差又缩小,一般只2~3℃。整个海洋表层水温以波斯湾最高,达35.6℃;北冰洋最低,为-3℃;相差38.6℃,远小于近地面空气的极值温差133℃。
海水的盐度和盐类
海水的盐度
溶解于海水的物质,主要是氯化物,其次是硫酸盐。海水所含盐量通常以盐度表示。盐度是指在1000克海水中,将所有硫酸盐转变为氧化物,将所有溴化物和碘化物转换成氯化物,并将所有有机物完全氧化后,所含固体的总克数。盐度用符号 S‰表示。大洋上盐度的空间变化不大,都在35‰左右,但在邻接大陆的海域,盐度差别很大。在蒸发量大,降水量小,没有河水注入的海域盐度大,如红海北部盐度高达42.8‰。在蒸发量小,降水量大,有许多河水注入的海域盐度低,如波罗的海表层盐度多在10‰以下。在干、湿季节明显交替的海域,如季风区海域,表层盐度亦有明显季节变化。中国长江口外,夏季海水盐度为25‰,冬季为30‰。
海水中含有盐类,不仅向人类提供资源,还使海水性质具有某些特点。如果海水电导性良好,海水的盐度大于24.7‰(一般海水均大于此值),则海水最大密度点的温度低于海水冰点温度,使海水不易结冰。海水的密度变化主要受盐度变化制约,因此大洋上盐度的差异也就造成海水密度的差异,密度流就是这样形成的。
海水的盐类
水中含有很多种盐类。目前,在海水中已发现的元素近80种,绝大部分呈离子状态,主要有氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、氟等11种。此外,还有氧、氢、二氧化碳等气体。海水中主要离子的含量同人的血清所含的离子量进行比较(表3),可以看出海洋同人有密切的关系。
海水的运动
在各种力的作用下,海水的质点和水团不停运动着,波浪、潮汐和海流等都是海水的运动形式。
波浪
波浪(或称海浪)是最常见的海水运动形式。海水受到外力作用,水质点在其平衡位置附近作周期性振动。当水质点离开平衡位置后,恢复力(表面张力、重力等)就力图使其回到原来的平衡位置,但因惯性作用振动仍保持着,并通过其四周的水质点向外传播,这种过程就形成波浪。波浪的成因很多,但主要是风力作用,由风力作用产生的波浪称为风浪。风浪传播到无风的海区或风息后的余波称为涌浪。风浪到浅水区,受海水深度变化影响,出现折射,波面破碎和卷倒则称为近岸波。波浪运动只是波形向前传播,水质点只在其平衡位置附近振动,水团并未随波形前进。所以波浪对海水不起输送作用,只起加强海水紊动混合的作用。但是海浪对海上航行、海港和海岸工程、各种海洋作业有重要的影响。
潮汐
潮汐是海水在太阳、月球起潮力的作用下形成的一种周期性涨落运动。起潮力的大小与太阳、月球的质量成正比,而与太阳、月球至地心距离的三次方成反比。因此,太阳质量虽然远大于月球,但月地距离却比日地距离小得多,故月球起潮力大于太阳起潮力,为太阳起潮力的2.25倍。这样,海水的涨落便以一太阴日(24时50分)为周期。在潮汐升降的每一周期中,上升过程叫涨潮,海面上涨到最高位置时叫高潮;下降过程叫落潮,海面下降到最低位置时叫低潮。高潮和低潮的潮水位差叫潮差。大洋中潮差不大,近陆海区潮差较大,但受地形的影响,潮差在各处不相同。中国杭州湾的澉浦潮差很大,曾经达到8.9米。20世纪50年代,世界上开始利用涨落潮差发电,潮汐已成为一种重要能源。
沿海地区在高潮时被海水淹没,低潮时露出水面的地带叫潮间带。这里兼有水、陆两种环境特点,在这里生活的生物常具有适应水、陆两地生活的能力。潮汐波还可沿入海河口上溯,而在河流下游或河口区形成感潮河段。在这样的河段有特殊的水文现象和污染物的稀释扩散规律。
海流
海流(或称洋流)是海洋中的水团在天文、水文、气象等因素或重力作用下沿某一定方向稳定地流动的现象。它是海水一种重要的运动形式。它同海底泥沙运动、鱼类回游、天气变化和气候形成等都有密切关系。形成海流的动力条件很多,其中主要的是密度流和风海流。密度流是因海水温度、盐度和压力的分布不均而引起的海水流动;风海流是由风对水面摩擦而产生的海水水平流动。在盛行风带引起的海流叫漂流。从水温来看,如果海流水温比其流经海区的水温高,称为暖流,比其流经海区的水温低,称为寒流。一般说来,从低纬流向高纬的海流属暖流;从高纬流向低纬的海流属寒流。暖流可以从低纬地区向高纬地区输送热量,对气候影响很大。如西北欧沿海地区虽处于高纬地区,然而气候温和,就是因为受到强大的北大西洋暖流(湾流)的影响。所以海流是一种能量输送方式。世界上大洋表层的海流环流形式,基本上取决于地球上的大气环流形式,并受海陆分布制约。在北半球,绕副热带高压中心流动的,是一个顺时针方向的环流;绕副极地低压流动的,是一个逆时针方向的环流。在南半球,与副热带高压区相应的环流为逆时针方向。但在高纬地区因副极地低压同极地高压基本上呈带状,与纬圈平行,因之海流亦与纬圈平行。
海洋环境质量标准
海洋环境(质量)标准指确定和衡量海洋环境好坏的一种尺度。它具有法律的约束力,一般分为三类,即海水水质标准、海洋沉积物标准和海洋生物体残毒标准。制定标准时通常要经过两个过程。首先,要确定海洋环境质量的"基准",经过调查研究,掌握环境要素的基本情况,一定阶段内海水、沉积物中污染物的种类、浓度和生物体中各种污染物的残留量; 考察不同环境条件下,各种浓度的污染物的影响,并选取适当的环境指标,在此基础上,才能确定基准。其次,"标准"的确定要考虑适用海区的自净能力或环境容量,以及该地区社会、经济的承受能力