全球海洋及不断发展的海洋人类活动

第三章全球海洋及不断发展的海洋人类活动内容要点本章内容共分为三部分。第一部分是介绍全球海洋的分布与洋流系统，主要包括海洋的划分与地理分布特征、洋流的成因和大洋环流模式，重点概述梯度流、风海流的成因，大洋表层环流与垂直环流的分布特征以及环流异常与厄尔尼诺及拉尼娜现象；第二部分是海洋资源开发，主要包括海洋生物资源与渔业开发、海洋矿物资源开发、海洋能资源开发、海洋水及化学资源开发以及海洋空间资源开发和海洋运输业；第三部分是大陆架资源开发与海洋环境保护，重点阐述了大陆架的生态经济意义、大陆架与海岸带的开发与管理、海洋污染防治与国际社会为保护海洋环境而做出的努力。第一节、全球海洋的分布与洋流系统海洋的分布洋流系统一、海洋的分布(一)海洋的划分及其特征海洋是指地球表面广阔而连续的咸水水体的总称。我们所生活的地球的总面积约5.1×108km2，海洋就像一幅巨大的蓝色地毯，覆盖着约3.6×108km2的地表面积，占地球总面积的71％。海洋的基本形态单元有两种，一是大洋——远离大陆、深邃而广袤的水域；二是海——靠近大陆、或受大陆包围，位于大洋边缘的水域。海附属于大洋，它们有些以狭窄的海峡与大洋相连，有些以岛链与大洋相连，分别称为海或海湾。海的面积远比大洋小得多，水深相对大洋也较浅，一般都在3000m以下。海水的盐度较低，水色低，透明小，水文要素的季节变化十分明显。在海水运动方面，潮汐是从大洋传来，但潮差却比大洋大得多。海底地壳多为陆壳性质。(二)全球海洋的地理分布1．四大海洋系统全球海洋通常被划分成四大海洋系统，分别是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋介于亚洲、大洋洲、南极洲和美洲之间，它北起白令海，南到南极的罗斯海，东至巴拿马，西至菲律宾的棉兰老岛。太平洋是全球面积最大且最深的大洋。大西洋位于欧洲、非洲和美洲之间，南临南极洲，北连北冰洋，并与太平洋和印度洋有水道相通。大西洋是全球第二大洋，呈“S”形南北延伸，是四大洋中南北跨度最大的一个。大西洋两头宽中间窄，最窄处位于赤道附近，只有1500海里左右。2．海洋的分布特征如果以赤道为轴，把地球分成南北两个半球。北半球海洋面积占60.7％，南半球海洋面积占80.9％。尽管北半球分布着世界最大的大陆欧亚大陆和北美洲以及非洲的北部等，但也仅是在45°—70°N之间的陆地面积大于海洋面积，其他纬度上的海洋面积均比陆地面积大。在南半球，只有在80°S以南的南极大陆地区是陆地以外，其他地区绝大部分都是海洋。此外，地球上的海陆分布还表现为南北半球对称分布的格局。如南半球以南极洲大陆为核心，海洋呈环状分布；北半球以北冰洋为核心，大陆呈环状分布。۞二、洋流系统洋流的分类与成因全球大洋环流模式(一)洋流的分类与成因洋流亦称海流，是指具有相对稳定流向和流速的海水运动。洋流运动主要受到风对海水的应力和海水的压强梯度力的影响，在这些力的作用下，还产生了一系列的派生力，如摩擦力、地转偏向力和离心力等，都对洋流运动的方向和速度产生影响。根据成因不同，洋流可分为：由于海水密度分布不均而产生的梯度流；风对海面的摩擦作用而产生的风海流；由于海水的流失和相邻海区的海水补充空所形成的海流称为补偿流。其中垂直方向的补偿流又可分为上升流与下降流。1．梯度流为了更好地理解梯度流的成因，我们在这里引进两个概念：一是等压面，二是等势面(水平面)。等压面是压力处处相等的一个假想面，而等势面也是一个假想的面，它与重力(G)方向垂直，海水沿此面运动时，重力不做功。当海水密度分布均匀时，海面与等势面平行，压强梯度力和重力在垂直方向抵消，此时海水处于静止状态。由于某种原因，造成等压面的倾斜(参见图a)。这样，垂直于等压面的压强梯度力就产生了一个水平分量D2，D2就是梯度流形成的原动力。而梯度流一旦产生，就会受到地转偏向力的作用。在北半球，地转偏向力使运动的海水偏向流动方向的右侧，直到水平压强梯度力和地转偏向力平衡时，海流便趋于稳定。如图(b)所示，当上述两个力平衡时，海水沿等压面上的等势线流动(等势线即为等压面与水平面的交线)。在北半球，读者面对流向看，等压面从左向右上倾斜。通常情况下，密度较低的海水，位于海流流向的右侧；密度较高的海水，则在它的左面。南半球反之。2．风海流风海流是在风的作用下而产生的风对海水的应力，包括风对海水的摩擦力和施加在海面迎风面上的压力而形成的一种稳定海流，是海流中比较重要的一种。在上面分析的梯度流中，摩擦力被忽略不计。但对于风海流而言，风对海水的摩擦作用是至关重要的。海水一般总是处在涡动状态，即小水块可以自由地从一个水层进入另一水层。当小水块由速度大的水层进入速度小的水层，同时将它的动量带进这一水层时，使这一水层的平均动量增加；当水块从速度小的水层进入速度大的水层时，速度大的水层的平均动量减少。正是由于海水的涡动摩擦，风才把能量传递给海水的表层及其以下各层，从而使海水沿着一定方向流动。“艾克曼漂流理论”的基本假定是：①海洋是无限广阔的、海水是足够深的。②海洋不发生增水或减水现象、海水的密度是不变的。③海面上的风场是稳定的，且时间足够长到能形成恒定的流。在这种情况下，只有摩擦力起作用，那么，海流就是摩擦力与地转偏向力达到平衡时的海水流动状态。3．风海流的副效应由于风海流的水量运输，就可以导致海岸附近的增水和减水现象，从而又产生相应的海流，这叫做风海流的副效应。风海流的副效应可以产生补偿流和倾斜流。设想北半球有一海岸，风向大致与海岸平行，且海水密度随深度而增加。如果海岸位于风向的右方(图(a))，风海流的水量运输，使得较轻的表层海水输向海岸，并在海岸附近发生堆积作用(图(b))，而在离海岸较远的地方，较重的海水随着较轻海水的后面上升(图(c))。如果海岸位于风向的左方，则岸边较轻的表层海水向外输送，而较重的海水将在靠近海岸处上升，取代离岸的表层海水，这种向上升的水流，称为上升流。此外，海岸附近风的增水和减水效应，使得作为等压面的海面及其下的各等压面都发生了倾斜，从而形成与等压面倾斜相适应的倾斜流。(二)全球大洋环流模式1．大洋表层环流模式大洋表层环流主要是由稳定的盛行风引起的风海流。因此，大洋表层环流和大气环流有着密切的关系。我们知道，大气环流模式呈带状分布(如图(a))，它控制着地球表面的盛行风系的风向。由于海陆分布不均，气压带被割裂成几个不连续的气压中心。因而，由风所引起的海流不可能沿纬度流动，而只能成为围绕高压中心的环流。在北半流，绕副热带高压中心而流动的，为一顺时针方向的环流；绕副极地低压(中纬度低压)流动的，为一逆时针方向环流(如图(b))。在南半球，与副热带高压区相应的环流为逆时针方向。副极地低压与极地高压基本上呈带状，那里的海流与纬圈平行。因此，与北半球相对应的那个气旋(顺时针方向)环流便不存在。(1)太平洋表层环流由太平洋南、北部副热带高压中心向四周吹的盛行风系是形成南、北太平洋较低纬度大洋温水环流系统的主要因素。由于风向和洋流流向都受地转偏向力的制约，再加上陆地的影响，所以北太平洋副热带高压中心的四周洋流呈顺时针方向，由北赤道暖流、黑潮暖流、北太平洋暖流和加利福尼亚寒流组成；而南太平洋副热带高压中心四周洋流呈逆时针方向，主要由南赤道暖流、东澳大利亚暖流、西风漂流和秘鲁寒流组成；在北太平洋较高纬度地区常年受北太平洋副极地低压中心控制，由四周吹向低压中心的风系呈逆时针方向运行，形成了逆时针方向的冷水环流，这一环流包括北太平洋暖流、阿拉斯加暖流和亲潮寒流。另外，在太平洋的赤道附近还形成自西向东的赤道逆流。(2)大西洋表层环流大西洋信风带有两道信风赤道流，均由东向西流。南赤道暖流位于赤道以南，但当它由非洲沿岸流向美洲沿岸附近时，受南美大陆以直角的轮廓在7°s附近向东伸入的影响，南赤道洋流分为南北两支，北支沿大陆海岸到小安的列斯群岛，叫圭亚那暖流；南支沿大陆东岸南流，称巴西暖流。巴西暖流南下在拉普拉塔河口附近，与北上的福克兰寒流汇合，然后受西风作用而向东流，成为西风漂流的一部分。西风漂流在接近南非后，一部分继续向东，进入印度洋；一部分沿非洲西岸北上，为本格拉寒流。本格拉寒流在10°s附近与南赤道暖流首尾相接，形成了南大西洋的逆时针环流系统。(3)印度洋表层环流印度洋与太平洋和大西洋不同，它的洋流系统只有在南半球才有沿一定方向流动的海流，并形成与其他大洋相似的环流系统。北印度洋没有类似的海洋环流是因为印度洋几乎位于赤道以南。北印度洋不仅面积小，没有足够宽阔的海区提供环流发展的场所，而且被突出的印度半岛左右分开，形成阿拉伯海和孟加拉湾，妨碍海水的大环流。2．大洋垂直环流全球海洋为一体，大洋表层存在着多个环流，在深层也同样存在着海水循环。这样势必出现某海区减水，其他海区增水。根据海水的连续性，必然出现上升流和下降流，从而形成垂直环流，以调节减水和增水。深水环流是相当复杂的，在这里只阐述全球大洋中由海水辐聚和辐散形成的垂直环流。(1)信风和赤道逆流区。在赤道附近，赤道逆流和北赤道暖流分界处产生海水辐散，形成上升流。而在赤道逆流与南赤道暖流交界处，又形成海水的辐聚，形成下降流。上升流将深层营养盐类带到表层，这就为海洋生物的繁殖提供了有利的条件。(2)大洋西部暖流区。当西部环流到达大洋西北部时，将与南下的寒流相遇，辐聚下沉形成西北辐聚带。在寒暖流交流处，两种性质截然不同的海流发生强烈的混合，并形成许多大小不等的漩涡，它们在海水的垂直交换过程中，起着重要的作用。在这些海区存在着强烈的垂直交换和混合，下层水比较丰富的营养盐被带到表层，使那里的浮游生物和鱼类较多，形成渔场。(3)大洋东部寒流区。大洋东部寒流，一部分沿着大陆的西岸流向低纬区，最后汇入信风流。表层海水受信风的作用而离岸外流，使下层海水向海面上升。由于丰富的营养盐被上升流输向表层，使浮游生物大量繁殖，也能形成好渔场。(4)副热带高压区。由于地转偏向力的作用，周围表层海水向这里堆积，辐聚下沉，形成所谓的亚热带辐聚带。由于海水下沉，海区内溶解氧含量较高，但营养物质含量较低，海水贫瘠，浮游生物很少，使表面海水中悬浮物质极少。特别在低纬区一侧，海水具有最大的透明度和最高的水色。(5)极地区。在极地高压所形成的极地东南风的作用下，沿南极大陆周围，形成西风环流，范围很小，强度不大。它与西风漂流的交界处，由于地转偏向力的作用，形成辐散带，深层水在此上升。在靠近南极大陆一侧，同样由于地转偏向力的作用，产生辐聚下沉，这种下沉作用，由于表层水的冷却和冬季大量的结冰而大大加强。第二节海洋自然资源的开发目前，国内外为对海洋资源的认识存在广义与狭义之分：狭义海洋资源是指在海水中生存的生物，溶解于海水中的化学元素和淡水，海水中所蕴藏的能量以及海底的矿产资源。这些都是与海水水体本身有着直接关系的物质和能量。而广义海洋资源，除了指上述的物质与能量外，还包括港湾、航线、水产养殖空间、海洋上空的风、海底地热、海洋景观、海洋空间以及海洋的纳污能力等。本节介绍的海洋资源包括：海洋生物资源、海洋矿物资源、海洋水及海水化学资源、海洋能资源、海洋空间资源五个方面。一、海洋生物资源与人类渔业开发海洋生物资源分类和储量世界渔场的分布与海洋渔业开发海洋渔业中的过量捕捞问题海洋水产增养殖与海洋渔业开发前景(一)海洋生物资源分类和储量1．海洋生物资源的分类海洋中的牛物多种多样，丰富多彩。已发现的生物有30多个门类、20多万种。陆地上有的门类，海洋中都有，而海洋生物中却有不少陆地上所没有的门类。按海洋生物的系统分类，海洋生物资源可分为海洋植物资源和海洋动物资源；按海洋生物的习性，一般可分为海洋底栖生物、海洋游泳生物和海洋浮游生物；按资源利用的类型分为水产资源、观赏资源、工业资源、药用资源和生物遗传基因资源；按海洋资源分布的海域可分为滩涂生物资源、近海生物资源和远洋生物资源；按海洋生物资源的相对丰度可分为普通海洋生物资源、特种海洋生物资源和稀有海洋生物资源等。۞2、海洋生物资源的储量与开发潜力海洋中的生物资源储量是非常大的。据估计，全球海洋初级生产力每年达1350x108t的有机碳，海洋生物的蕴