海洋地質學概論

1、海洋地質學概論,一、太陽與地球,水星(Mercury)自轉很慢，可能有大氣，黑暗面溫度300K。 金星(Venus):表面溫度 685K (Voyager 2 探測資料，海員二號)。,火星(Mars):赤道附近平均溫度 270K，南極地區則為 210K，火星平均之溫度日變化可達 120C，無海洋，水份稀少。 木星(Jupiter)雲頂溫度可能低於 -120C，中心溫度可能高達30,000C（是太陽表面溫度的五倍）。,土星(Saturn)、天王星(Uranus)、 海王星(Neptune)、冥王星(Pluto)等溫差均大。,地球(Earth):太陽系中唯一有生命（火星是否亦有生命跡象？）的行星，

2、具有大氣、海洋、陸地，有大量水份供應。太平洋在北緯 40 處海面溫度之年變化約為6 8C，但同緯度之中亞地區（亞洲大陸內陸）年變化則在 38C左右（從 -4C至 34C）。顯然，海洋是造成表面溫度能夠維持平穩的重要因素,二、溫室效應,日光進入大氣後，部份反射回太空，大部份則穿透大氣照到陸地和海洋，然後被吸收。海洋與陸地增暖向太空發射長波輻射，另外亦經由對流與傳導，結果大氣因而增暖，同時再向地表與太空發出長波輻射。平均而言，熱帶地區短波輻射超過長波輻射，有熱量剩餘。高緯地區則反之，熱量虧欠。,地球的熱平衡，顯示熱量進出的各種途徑。數字表示佔總熱流的百分比。注意只有50%的入射熱真正能抵達地球表面

3、，其中又有5%被反射，而只有總入射量的45%被地表吸收。地表黑體輻射出104%，溫室效應之輻射又還回88%,大氣與海洋之南北冷熱對比造成空氣與水的循環，生成風與海流，將低緯度地區多餘的熱量搬到兩極，使地球表面溫度對比不致太大。,地球上的熱平衡過程可以視為一個低效率的引擎。低緯度地區熱源，高緯度地區冷源，海洋鍋爐，太陽燃料，熱媒水，工作現象風與海流。大氣中最重要的南北熱交換過程是透過季風、颱風與熱帶風暴來完成，海洋中則經由大規模之海洋環流系統來達成。,全球暖化現象(Global warming)溫室效應使地表溫度能維持在平穩而適宜的範圍，但隨人類工業化後造成環境的改變，溫室效應亦促成了全球暖化的

4、現象。,大氣中二氧化碳、氟氯碳化物(Chlorofluorocarbons, CFCs)、氧化氮(Nitrous oxide)、甲烷(Methane)等含量逐年增加，雖然與大氣中所有氣體總質量相比其量仍小，但這些額外的人為物質卻開始損害了地球精巧的熱平衡過程。,主要是這些氣體會選擇性地截留住長波輻射的能量，使地表向外太空之反輻射不易穿透大氣層，因此促成了暖化現象。其中有些氣體更會破壞臭氧層，而使紫外線較易射到地表，對生物會產生致命的傷害，對暖化現象也有貢獻。,因人為原因造成全球暖化現象之預估發展趨勢,三、海洋表層海水扮演的角色,表層海水與大氣間的相互作用造成了地球上的氣候狀況。熱帶地區由於強烈

5、的日照促成增暖以及蒸發，因此表層海水溫度、鹽度均較高。,中緯度地區，表面海水特性固然會隨季節變化甚大，但仍比深層海水要暖且輕。高緯度極區海水本就很冷，每屆冬季表層水溫更為降低，海水密度增大、下沈，並與深層海水相混合這也就是深層海水之來源。,極區海水對全球氣候影響較小，有三個原因 （一）由於球面分佈，極區面積遠小於溫帶與熱帶， （二）極區海面多覆有冰塊，隔絕了海氣交互作用， （三）當水溫低時，海氣間熱交換過程亦較慢，效率較差。,海洋對氣候變化扮演了穩定作用的角色，主要是因為海洋有很大的熱慣性。這是因為（一）水的比熱大，（二）光線可穿入很深，（三）水的混合很快，（四）水具有相變化，潛熱很大。,水的

6、比熱約為土壤的五倍，因此加入或移出同樣的熱量，土壤就比水要快五倍，故地表容易溫差大。其次，土壤透光性差，日照熱能便集中於地表，但水中則可穿透相當厚的水層，故地表增溫快。表層降溫時，水會產生對流，故溫差不大。,水的潛熱亦促使蒸發時吸熱，凝結時釋熱，和增、減溫過程正好背道而駛，故可相對保持穩定。極區結冰與融冰之過程亦有類似效應。不過，冰塊亦造成隔絕作用，使海洋無法影響到上層之大氣。,四、水的相變化與氣候之關係,白晝或夏季時，水的蒸發作用會吸收熱能，因此可減緩氣溫上升。,以全球平均，從海洋傳入大氣的熱能中，約53%是經由蒸發作用所輸送。在夜間或冬季，當水汽凝結時會釋出熱能，因此可減緩氣溫下降的幅度。

7、,陸地上降雨超過蒸發，其原因為 (1)陸地上水域面積小，故蒸發量本就小 (2)陸地日夜以及季節溫差大，多達15 25C，有利於水汽凝結 (3)陸地地形高低起伏大，因氣溫隨高度遞減，故山坡迎風面水汽易凝結而多雨。,氣流爬坡可形成地形雨，下坡則可形成焚風,上升氣流促成水汽凝結，降水，釋出潛熱，加熱空氣，使上升氣流加強，促進氣旋發展,大氣層中水汽含量雖小但卻蘊涵了大量的熱能，對氣旋發展提供了熱力來源。,颶風Andrew(1992年8月 25日)侵襲墨西哥灣海域時之衛星雲圖,在高緯度地區，水的結冰以及冰的融化過程對氣溫變化也可造成類似的緩和效果。,高緯度地區當冰融化時將吸收外界熱量，因此春季化冰時氣溫

8、不會上升很快。當氣溫下降水結冰時，也會放出潛熱，因而遲緩氣溫下降的速度。這些過程所造成之潛熱變動正好和氣溫之變化相反，所以能使氣候變化比較和緩。,海水結冰(1),鹽度在千分之廿五以上的均勻海水，表面冷卻，則表面層密度增大，產生對流運動，直至表面的水冷至冰點，即開始結冰，以至全部凝固。,海水結冰(2),先形成修長之純冰晶體，因表面水之鹽度增大，對流現象持續不斷，冰晶成長後會將部份滷汁形成直立管狀夾在其中，凝結愈快則所封閉之滷汁愈多。如溫度續降，則夾在冰晶間之滷汁亦開始凝結，逐漸使液態之滷汁細胞濃度增大，體積變小，,海水結冰(3),冰如冷卻至甚低之溫度，則固態之鹽也能結晶析出。由於對流作用，水體並

9、不易結冰但如水表層覆蓋了一淺層鹽度較低的海水，海冰便較易生成。大風、大浪時海面混合強烈，不易結冰。結冰多在風力平靜時發生。海面一旦結冰後，便形成海、氣間良好的隔絕體，阻止了二者間熱量、水汽的有效交換。,海水結冰(4),初生之海冰多呈片狀或餅狀，極區則有多年不化之老冰，其厚度在廿公分以上，甚至達到數公尺以上。高緯海面常出現之冰山浮冰則係陸地冰川斷裂入海所致，非海上原產。,海水結冰過程受海水分層狀況影響頗大 圖為結冰初期薄冰層受風或浪作用後，破裂形成之荷葉狀冰塊(Pancake ice)分佈情形,五、全球風系,赤道地區空氣受熱上昇，極區空氣因冷下沈，前者在緯度30度附近下沈，後者則源於緯度60度處

10、上昇之氣流。如此則在經向剖面上形成了三胞形狀的垂直環流構造,大氣環流的三胞構造(左圖)以及對應風系狀況示意圖(右)。,在30度下沈之氣流，向南吹時因地轉效應偏向形成貿易風（東風）向北吹者則偏向形成西風。在極區下沈之氣流，何南吹時亦偏向形成極地東風。如此構成了全球海面主要的風系分佈情形，這種環流構造亦受海陸分佈的影響很大。冬季，大陸較冷，空氣流往海洋，受地轉偏向後便是冬季風（如本地之東北季風）夏季，大陸較熱，空氣由海吹往內陸，形成夏季風。,暖池(warm pool)以及El Nino。赤道太平洋西部，在民答那峨與新幾內亞連線以東有一大片暖水堆積在那裡，稱為暖池。每隔若干年，赤道地區東風會減弱，此時暖水即東移至太平洋東岸，造成祕魯沿岸海溫上升，原先之湧升流及冷海流消失，漁產大減甚至造成漁業與肥料業不景氣（百年六次），當地稱此為El Nino(The Little Boy or Christ Child in Spanish，故中譯亦有稱其為聖嬰現象者)。,(1997)發生El Nino 造成東南亞苦旱，印尼大火燒山造成霾害,本章習題,1,哪些地理現象,可以說明海洋與氣候的穩定有關? 2,由熱量的傳遞說明地球表面的溫室效應如何產生? 3, 請說明地球上的熱平衡過程為何可以視為一個低