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文档简介

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

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