南冰洋(Antarctic Ocean)

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南冰洋在地球上的位置

  南冰洋中文拼音:Nanbing Yang;英語:Southern Ocean 或 Antarctic Ocean),又稱南極海南大洋,是圍繞南極洲的海洋,也是太平洋大西洋印度洋南部的海域。以前人們一直認為太平洋、大西洋和印度洋一直延伸到南極洲,南冰洋的水域被視為“南極海”,但因為海洋學上發現南冰洋有重要的不同洋流,於是國際水文地理組織於2000年確定其為一個獨立的大洋,成為五大洋中的第四大洋。但在學術界依舊有人認為依據大洋應有其對應的中洋脊而不承認“南冰洋”這一稱謂。中國普遍不承認南冰洋的存在,中國出版的課本、地圖等(如2009年由中國地圖出版社出版的《世界地圖集》)仍沒有標記南冰洋。

  國際水文地理組織定義南冰洋為以南緯60度為界的經度360度內,包圍南極洲的海洋,主要有羅斯海別林斯高晉海威德爾海阿蒙森海,部分南美洲南端的德雷克海峽以及部分新西蘭南部的斯克蒂亞海,面積2032萬7千平方公里,海岸線長度為17,968公里。海洋學家對此定義仍有不少異議,澳大利亞的地圖將澳大利亞和新西蘭以南的洋面都標注為南冰洋,而不是印度洋

  在三千萬年前,當南極洲和南美洲分離時,環繞南極洲的洋流才開始出現,因此南冰洋是一個非常年輕的大洋。南極洋流和北方暖水的匯合處,是南冰洋的天然邊界,南極洋流在新西蘭南部維持在南緯60度左右,在大西洋部分,由於強西風帶的作用,可到達南緯48度的地方。

  南冰洋的海水溫度在-2℃至10℃之間,洋流圍繞南極洲從西向東流,由於極地冰蓋和海水之間的溫差造成洋流的動力很大,在南緯40度到洋流邊界,是地球上最強烈的風帶。在冬季,太平洋方向南緯65度以南,大西洋方向南緯55度以南的海洋都被冰封,水面以下的溫度都會達到0℃以下,但在南美洲沿岸有的地方,由於來自陸地的暖風,可以保持海岸不封凍。

  南冰洋的海洋深度在4到5公里,南極洲大陸架很窄,最寬只有258公里,而且深,有400到800米深(全球海洋大陸架平均深度為133米),南極冰蓋在3月份有260萬平方公里,在9月份則達到1880萬平方公里,大約增加了7倍多,南極洋流有21,000公里長,是世界上最長的洋流,流量為1億3千萬立方米/秒,等於全世界所有河流流量總合的100倍。

  南冰洋最低點在南桑威奇群島東側的南桑威奇海溝,為-7,235米。


  四大洋:按面積由大到小為:太平洋大西洋印度洋北冰洋。因為海洋學上發現南冰洋有重要的不同洋流,於是國際水文地理組織於2000年確定其為一個獨立的大洋。
  七大洲:按面積從大到小為:亞洲非洲北美洲南美洲南極洲歐洲大洋洲。北美洲與南美洲合稱美洲,從社會政治角度,將美洲西班牙語和葡萄牙語盛行的地區:墨西哥、大部分的中美洲南美洲以及加勒比海地區稱為拉丁美洲


地理

  除威德爾海和羅斯海外,南極周圍的大陸架窄而深,常年承受厚達2000~2500米冰幔的重壓,致使大陸邊緣沉陷,陸架與陸坡間的“坡折”深達 400~800米,較其他大洋坡折深度大。陸坡陡峭,坡度為5%。洋底很深,由三條海嶺分割成三大海盆。主要的海嶺為斯科舍海嶺,呈弧形,在海面下連接了南極大陸與南美洲,露出海面的部分形成斯科舍島弧,包括南喬治亞島、南桑威奇群島、南奧克尼群島和南設德蘭群島。其餘兩條是凱爾蓋朗海嶺和麥誇裡海嶺,都有露出海面的島嶼。三大海盆中的南極-大西洋-印度洋海盆(也稱瓦爾的維亞海盆),最大深度6972米。其餘兩個海盆為南印度洋海盆(也稱諾克斯海盆)和東南太平洋海盆(也稱別林斯高晉海盆),最大深度分別為5455米和6414米。僅有的一條深海溝叫南桑威奇海溝,最深處8264米。洋底沉積結構比較簡單,幾乎呈同心圓狀繞極大陸分佈:靠近大陸邊緣的內圈有大量卵石、礫石、冰磧石等冰川海岸沉積物,中圈以矽質軟泥為主,靠北界的外圈以鈣質軟泥為主。

氣候

  洋區陸地少,氣溫水準差異小,等溫線平直,幾與緯線平行,氣壓場與風場接近行星風系。洋區大氣運動的主要特徵是強勁而穩定的緯向環流。除西北—東南向移動的過境低壓外,海洋上空沒有閉合的低壓區或高壓區。在副熱帶高壓帶與南極反氣旋之間有一繞極低壓槽,其軸線位於南緯60°~70°之間,所以大部分溫帶範圍內,氣壓梯度都指向南方,直至南緯60°以南,氣壓才開始向極地增加。氣壓梯度力與地球自轉偏向力的作用,使南大洋洋面上終年盛行西風。南緯40°~60°,氣壓梯度大,風向穩定,風力強勁,平均風速達每小時33~44公里,構成威脅航行的“咆哮西風帶”。盛行西風在高緯區和低緯區之間形成“風壁”,阻擋低緯區暖空氣進入南極高原,使南極反氣旋保持恒定。冰原上空極其冷密的空氣會順坡而下,這種下降風風速很大,刮來大量鬆散雪,和沿岸區形成的流冰群一起,大量吸收海洋熱量。年降水量隨緯度增高而減少,在南緯40°~55°約為1000毫米,南緯70°~90°則在 200毫米以下。夏季在南緯65°以南,冬季在南緯60°以南,只有冰晶或雪的固態降水。

水文

  在海流、水團、海冰等方面,南大洋與其他三大洋相比,有很大的特色。

海流

  主要流型是巨大的南極繞極流。 除南極沿岸一小股流速很弱的東風漂流外,其主流是自西向東運動的西風漂流,是寬闊、深厚而強勁的風生漂流,南北跨距在南緯35°~65°,與西風帶平均範圍一致,其深厚是自海面到海底的整個水層。由於西風並非絕對穩定,陸塊之間距離在某些地方明顯縮小、海底地形起伏、以及地球自轉偏向力作用,使整個環流未能出現純緯向運動。南美大陸的南伸和南極半島構成了該環流的主要障礙。南美大陸南端迫使環流北側的一部分水流沿智利海岸北上,使另一部分流向東南;南極半島西海岸的走向則迫使環流南側的水流改向東北。流向東南和東北的兩股水流在德雷克海峽匯合並向東急速穿過該海峽。海峽東面,一條支流轉向北,形成福克蘭海流,主流仍繼續向東。澳大利亞和塔斯馬尼亞島也構成障礙,但不象德雷克海峽那樣重要。當繞極流接近所有海嶺時,流速加快且轉向北;當接近所有海盆時,海流減速且轉向南。平均流速約15釐米/秒,在流速最快的德雷克海峽處,曾測得50~100釐米/秒的流速。儘管流速不大,但隨深度減弱很小,導致南極繞極流有巨大的流量。通過德雷克海峽總流量一種估計為(100~150)×106米3/秒,堪稱世界海洋中最強流。

水團

  洋區海水按溫鹽結構可分6個水團:南極陸架水、南極底層水、繞極深層水、南極表層水、亞南極表層水和南極中層水。

南極陸架水

  南極陸架水是一種緻密的冷水。因流冰群在南極大陸周圍漸次形成而產生,冰下水體變冷,約-1.9°C,且鹽度增大直至下沉,可高達34.7。

南極底層水

  位於3000~4000米以下的南極海盆底部,由流過狹窄陸架的南極陸架水與繞極深層水約以1∶1的比例混合,下沉到海底形成的。具有低溫高密的特性,溫鹽度終年約為-0.5°C和34.66。高密使其向北呈扇形展開流入三大洋的洋盆,影響所及可達大西洋的北緯40°和太平洋的北緯50°,對各大洋的總熱量至關重要。流出的水體由等量的流入水體予以補償,這就是疊加其上向南流的繞極深層水。

繞極深層水

  位於從幾百米到3000~4000米之間處,溫度約0.5~2.5°C,鹽度為34.70~34.76,最高溫度在500~600米深處,最大鹽度在700~1300米深處,溫鹽最大值繞極分佈均勻,差別甚微。該水團可細分為上、下兩層:上層出現溫度最大值和溶解氧最小值;下層是該水團的主體,以鹽度最大值為特徵。向南流的繞極深層水抵達南極大陸海岸附近,向上運動,構成滋養海洋生物的上升流帶。強勁西風和高緯處盛行東風之間出現表層流的輻散,加劇了繞極深層水在海岸附近的湧升。水體這一強烈的垂直運動區就是南極輻散帶,也呈繞極狀,但沒有封閉,中斷于德雷克海峽東面。

南極表層水和亞南極表層水

  南大洋表層的兩種水團。冷且淡的南極表層水位于南極區,水層厚度 100~200米,受南極大陸氣候影響。季節效應明顯。冬季,表層非常均勻,鹽度為34~34.5,溫度隨緯度變化,南極輻散帶以南為-1.85~-1.88°C,南極輻散帶以北溫度遞升,可達0~1°或2°C;夏季,融冰耗去大量太陽輻射熱,水體升溫很少,除無冰區經充分混合後有一厚度為50~80米的較暖水層外,其下水溫極低,鹽度也低。在南極輻散帶到南極大陸之間,表層溫鹽分布很不規則,溫度為-1.8~-0.5°C,融冰產生的淡水擴大了鹽度變化範圍,鹽度為32~34。亞南極表層水在南極表層水以北的亞南極區,水層厚而均勻,比南極表層水稍暖也略鹹些。該水團與來自溫帶的暖水相遇所形成的海洋鋒面,就是作為南大洋北界的副熱帶輻合帶。

  西風與地球自轉偏向力使冷且淡的南極表層水北流,下沉在密度較小的亞南極表層水之下,形成向北流的南極中層水,其蹤跡可達三大洋赤道以北,在北大西洋遠達北緯25°附近。海面發生這種下沉的南北範圍約幾十公里,呈現穩定環形鋒面帶圍繞著南極,這就是南極輻合帶,或稱南大洋極鋒,也是南大洋劃分為南極海區和亞南極海區的界線。

潮汐

  潮波自東向西圍繞南極大陸傳播。以日潮型為主,間有混合潮。潮差不大,除南極半島尖端處可達5.0米外,通常不及3.0米。

海冰

澳洲冰河學家發現,100多座南極冰山正向新西蘭漂去。澳洲南極署公佈的這張照片(2009年)顯示:一個巨大的冰山在澳洲麥誇裡島附近水域漂流,其高度約為50米,長500米,相信這座冰山可能是將近十年前,從羅斯冰架分裂出的巨大冰山的一部分(法新社)
  冰有兩類:由海水凍結而成的海冰和由冰架前緣崩解入海而成的冰山。洋區南部海冰冰場廣闊,大約有400萬平方公里屬永久封凍區,另有隨季節生消的冰蓋洋面約1700萬平方公里。冬季期間,最大冰蓋面幾乎占南緯40°以南海洋面積約30%。南極大陸周圍,海冰平均厚度為2米,在東風影響下向西漂移,方向偏於風向左側約30°,大量積聚在岬角、冰舌和南極半島東側。夏季期間,冰蓋面漸次縮小。

  衛星照片揭示,海冰間有許多巨大的無冰區,稱為“冰間湖”,對研究輻射和熱平衡課題至關重要。南大洋的冰山主要來源於羅斯海和威德爾海的冰架,顏色較白,密度較小,體積巨大,頂部扁平。常見的冰山長達 8公里左右,但高度很少有超過35米的。曾經記錄到的南大洋特大冰山約長 150公里,寬40公里,露出水面高度約30米,吃水深度為露出水面高度的5~7倍。由於吃水深度大,冰山移動主要受海流影響。大多數冰山為流冰群阻塞在極鋒帶以南,少量隨海流北移,抵達溫度為 0°C的表層水附近時開始緩慢融化。一般冰山壽命約4年,極大冰山可持續相當長時間。冰山北移可遠至大西洋的南緯35°,印度洋和太平洋分別為南緯45°和50°。漂移的冰山威脅航行,融化的冰山給南大洋水團帶來淡水,但消耗海水熱量。

附屬海和海峽

  威德爾海和羅斯海是南大洋主要的附屬海,南大洋主要的海峽是德雷克海峽。

威德爾海(Weddell Sea)

  為一深海,以1823年最先到此的英國航海家名字命名。是南大洋最大的附屬海。也是世界上最大的邊緣海之一,面積約349萬平方公里,南連菲爾希內爾冰架,北以南桑威奇群島和南奧克尼群島為界,西靠南極半島,東南倚科茨地,東北開闊直通大西洋。海盆深4500~4700米,南極半島東側陸架寬150公里,科茨地陸架較窄。年平均氣溫-3°C,海面佈滿浮冰,受東南風影響使海冰多堆積於南極半島東岸。全年以東風為主,年平均風速為6.9米/秒。南部海流屬東風漂流,北部屬西風漂流。冷而重的陸架水下沉為南極底層水,是世界大洋深層水的主要源地。潮汐為半日潮和全日潮,潮差0.6~3.2米,最大潮差在南極半島沿岸。威德爾海海水富含營養鹽,是浮游生物最密集的海區之一。南桑威奇群島南側浮游植物豐富,葉綠素a可達 4.30毫克/米3,初級生產力達10毫克•碳/米3•小時,由此往東往南漸降。

羅斯海(Ross Sea)

  位於南極圈內,為一淺海,以1841年到此探險的英國人名字命名。南連羅斯冰架,東靠維多利亞地,北與太平洋相通,海面略呈三角形,面積約44萬平方公里,平均水深477米,大部分是深度不及500米的陸架。沿岸是環太平洋火山地震帶的一小段,羅斯島上的埃裡伯斯火山就是座活火山。表層水溫-2°C~0°C,水準和垂直變化很小。鹽度為33.50~34.70。盛行東風使海水以50釐米/秒~150釐米/秒速度自東向西流動,受阻於西岸後轉向北流。冬季海面滿布浮冰,隨流漂動,向北可達南緯63°。潮汐為全日潮,潮差很小,約1米。有4種基本水團:①夏季出現的南極表層水;②來自北方的繞極水;③低溫、高鹽、高密的陸架水;④溫度低於-2°C、平均鹽度為34.45~34.70的冰架水。羅斯海是南極底層水的主要源地之一,而南極底層水在大洋深層環流中起著重要作用。

德雷克海峽(Drake Passage)

  以1578年首先到此的英國人名字命名,位於南美南端與南設德蘭群島之間,長300公里,寬900~950公里,平均水深3400米,最深4750米。海峽兩側氣壓差12毫巴,促使南極大陸的幹冷空氣與美洲大陸相對濕暖的氣流南北交換。南極輻合帶在南緯60°附近通過海峽中部,東風環流和西風環流在此匯合。表層水溫冬季為0.5~3.0°C,浮冰可漂浮至南美南端;夏季為3.0~5.5°C,無浮冰。表層水富含磷酸鹽、硝酸鹽和矽酸鹽,自北向南遞增。這裡是世界上已知的營養鹽豐富,有利於生物生長的海區之一。

資源

南冰洋:海豹
南冰洋:企鵝
  南冰洋生物種類少,耐嚴寒,脊椎動物個體大,發育慢。海洋食物鏈簡短,即矽藻磷蝦鯨類或其他肉食性動物生態系統脆弱,易受外界擾動損害。生物資源豐富,特別是磷蝦。這裡浮游植物的主體是矽藻,現已發現近百種,分佈具有明顯的區域性和季節性,平均初級生產力約6倍于其他海洋的總量。磷蝦是世界上尚未開發的藏量最為豐富的生物資源,其蘊藏量一般估計為1.5~10億噸,最高估計數為50億噸,年捕獲量可達1~1.5億噸。分佈隨區域和季節而異,南極水域比亞南極水域多。夏季,沿岸水域多於開闊水域;冬季,生活在較大深度處。以磷蝦為主要食料的須鯨是另一種重要的資源,出沒于南大洋的須鯨有藍鯨長鬚鯨黑板須鯨巨臂須鯨縞臂須鯨南方露脊鯨等。

  一個世紀前,南大洋須鯨總數約為100萬頭,1904年出現商業性過度捕撈後,到20世紀30年代總數下降為34萬頭左右。此外,海豹企鵝魚類海鳥龍蝦巨蟹海草等資源也引人注意。

  1969年前後,南極大陸近海的石油資源受到重視。1972年,“格格瑪•挑戰者”號深海鑽探船在羅斯海底鑽探,發現在地質年代較新的地層裡,有氣體碳氫化合物存在。但即使石油資源豐富,開採和運輸都有巨大困難。此外,在南極輻合線以南,發現幾處較大的錳結核產地。

甲殼類新物種

  德國科學家在南冰洋的深處發現了585種甲殼類動物新物種。科學家們是在進行南極深海多樣性專案的三次探險採樣中有了這個重大發現。這個發現推翻了認為深海缺乏生物多樣性的觀點。

  德國漢堡大學的Angelika Brandt及其同事們在南極威德爾海及其鄰近海域海面以下2500英尺到21000英尺的地方採集到了許多生物樣本,並且收集到了環境資料。此次共發現了674種等腳類生物,其中有80%多都是新物種。

  威德爾海是南冰洋其他海域深水的重要來源,並且為生物物種提供了進入深海的通道。

南冰洋“綠洲”

  這些“綠洲”位於南極洲沿岸,常年被冰層覆蓋的南冰洋的一小塊溫暖區域,該地蘊涵豐富的微小型植物,是食物鏈中最基本的一環,並最終提供企鵝、鯨魚、海豹等其他動物的食物來源。

  蔓延冰層中的部分開放區域,被稱為“冰穴”,有些規模可達一個小型的海面——大小約與加州的面積相當,但由於它們被冰層所圍繞,不可能被過往的船隻所發現。

  斯坦福大學(Stanford University)的範迪克傑(Gert van Dijken)表示,正因為如此,人們應用衛星資料説明分析這些區域的植物生態。

  他在接受電話採訪時表示,那非常簡單,“我們應用不同種類的衛星觀測這些海域的冰面,所以我們可以發現有多少開放的水域,再利用海洋顏色感應器,查看海洋的色彩。”

  研究人員用一種特殊的公式,計算出海水是否為綠色。當海面漂滿浮游植物時,它們餵養了一種叫磷蝦的微小生物。範迪克傑表示,磷蝦是南冰洋很多體型較大動物的食物,特別是阿德利企鵝(Adelie penguin)。因此在部分此類綠洲中,可見到為數眾多的阿德利企鵝。

  范迪克傑及其同僚所作的研究發現,阿德利企鵝的生活狀況和冰穴中的浮游植物的數量之間有著密切聯繫。

  浮游植物的數量越高,企鵝的生活狀況就會越好,因為有更多的浮游植物餵養出大量的磷蝦,使得企鵝可以賴以維生,繁衍不息。