【地理探究】海水结冰与盐度,海水性质的9大释疑

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【地理探究】海水结冰与盐度,海水性质的9大释疑

2024-05-20 23:19| 来源: 网络整理| 查看: 265

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表层海水盐度分布规律这个知识点在人教版教材上没有体现出来,可实际上很多考试或习题会以此为知识背景出题,致使很多同学不知道如何下手做题。新的教材里已把海水盐度再一次的加入进入,其实如果能抓住影响海水盐度高低的因素,此类问题也就可以迎刃而解了,这里做了一个梳理。

①气候因素——海水盐度的高低主要取决于气候因素,即降水量与蒸发量的关系。降水量大于蒸发量,盐度较低,反之较高。

②洋流因素——同一纬度海区,有暖流经过盐度偏高;寒流经过盐度偏低。

③河流径流注入因素——有大量河水汇入的海区,盐度偏低。

附此以外,我们还应考虑如下因素:

高纬度海区结、融冰量的大小(有结冰现象发生的海区,盐度偏高;有融冰现象发生的海区,盐度偏低);

海区的封闭度(海区封闭度越强,盐度会趋于更高或更低);

与附近海区海水的交换量等也能影响到海水的盐度高低。

各个因素具有时空不同的变化,因此海水的盐度高低也具有时空的差异。

从低纬度到高纬度,海水盐度的高低,主要取决于蒸发量和降水量之差。蒸发量使海水浓缩,降水使海水稀释。有河流注入的海区,海水盐度一般比较低。

分布规律

1、海洋表层海水水平盐度:由南北半球的副热带海区向各自南北两侧的高纬、低纬递减。海洋表层海水平均盐度按纬度分布规律如上图所示。

南半球盐度分布的地带性较北半球明显。

中低纬度的大洋西岸盐度较大洋东岸高。

在海洋,赤道一带降雨量大,盐度较低。

在高纬度地区,溶解的冰降低了盐度。

盐度最高的地区是蒸发量高而降雨相对较低的中纬地区。

大西洋盐度略高于太平洋。

2、海洋表层海水垂直盐度:大致在热带和中高纬地区,表面盐度低,向下增大。副热带地区表面盐度大,向下先是迅速减小,然后又逐渐增大。

影响盐度垂直分布的主要因素有:蒸发与降水、结冰与融冰、河水的流入、海水的涡动对流等。

典型海区的盐度分布及原因

就全世界而言,副热带海区的盐度高于热带海区,这是因为虽然热带海区的温度高于副热带海区,但热带是全球的多雨带,而副热带是全球的少雨带,综合降水量和蒸发量两个因素来考虑,副热带海区的盐度高于热带海区。

从高纬地区来分析,北半球高纬度海区的盐度低于南半球高纬度海区,这两个地区气候条件大致相同,起主要作用的是淡水汇入,在北半球高纬度地区有数条大河汇入北冰洋,而南半球这个纬度恰恰没有河流。

红海是世界上盐度最高的海区,这是由于红海位于副热带,降水少,蒸发又很强烈,红海的两岸都是大面积的沙漠,几乎无陆地淡水的注入。海域封闭,与外界海水交换量少,所以红海的盐度高达4.1%。

波罗的海是世界上盐度最低的海区,这是由于波罗的少两岸有众多的河流淡水汇入,同时地处亚寒带地区蒸发量很不,海域较封闭,与外界海水交换量少,所以盐度不超过1%。

河流入海口区的盐度低于周围的海区。例如亚马孙河口,从三角洲向外大约160千米内的海水都是淡水。对于流量季节变化比较大的河流,入海口处的盐度会随季节发生变化,一般来讲河流汛期盐度较低,河流枯水期盐度较高。

不同海区盐度的比较方法

对于几个海区的盐度比较,一般先考虑纬度的差异,不同纬度海区的降水量和蒸发量不同,盐度也不同。

如果是同一纬度地区,则首先考虑寒暖流的影响:受寒流影响的海域,海水蒸发减弱,盐度较低;受暖流影响的海域,蒸发量增大,盐度较高。

其次考虑近海岸地区河流注入水量的大小:河流水注入量较大的海域,受河水稀释作用强,盐度降低幅度大,盐度较低;河水注入量较小的海域,受河水稀释作用弱,盐度降低幅度小,盐度较高。

另外,高纬度海区结冰量大或融冰量小的海域盐度高,而结冰量小或融冰量大的海域盐度低。

水结冰和淡水结冰的条件不一样。住在海边的人都有这样的体会,每当初冬冷空气来临时,陆地浅水池塘很快冻结成一层薄冰;深冬时节,江河封冻,而海面却照样波涛汹涌,海浪起伏。只有在寒潮频频爆发,空气较长时间处于低温的情况下,海水才会出现结冰现象。

  海水结冰需要三个条件:①气温比水温低,水中的热量大量散失;②相对于水开始结冰时的温度(冰点),已有少量的过冷却现象;③水中有悬浮微粒、雪花等杂质凝结核。淡水在4℃左右密度最大,水温降到0℃以下即可结冰。海水中含有较多的盐分,由于盐度比较高,结冰时所需的温度比淡水低,密度最大时的水温也低于4℃。随着盐度的增加,海水的冰点和密度最大时的温度也逐渐降低。

  海冰初生时,呈针状或薄片状冰晶;继而形成糊状或海绵状;进一步冻结后,成为漂浮于海面的冰皮或冰饼,也叫莲叶冰;海面布满这种冰后,便向厚度方向延伸,形成覆盖海面的灰冰和白冰。

  海冰是淡水冰晶、“卤水”和含有盐分的气泡混合体。按发展阶段,可分为初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和老年冰6大类;按运动状态可分为固定冰和流冰两大类。固定冰与海岸、海底或岛屿冻结在一起,能随海面升降,从海面向外可延伸数米或数百千米。流冰漂浮在海面,谭老师地理工作室综合整理随着海面风向和海流向各处移动。

  海水含盐度很高,大约在34.5‰左右,这种盐度下的海水的冰点大约在-2℃。即使达到-2℃,由于表面海水的密度和下层海水的密度不一,造成海水对流强烈,也大大妨碍了海冰的形成。此外,海洋受洋流、波浪、风暴和潮汐的影响很大,在温度不太低的情况下,冰晶很难形成。

海洋难以封冻对我们人类很有好处,海洋冬天不结冰使世界的气候比较湿润,易于生物的发展。再者海洋不结冰可以使我们的船只在冬天可以继续航行。

  现在常年存在海冰的地方是南极和北极。在北极,即使在夏天海冰的面积也有大洋洲那么大。

海水盐度的一般分布规律是:由南北半球副热带海区分别向两侧的高纬度和低纬度递减。从这一规律可以看出,海水盐度大小并非从赤道向两极递减,即海水的盐度分布规律并不是与海水温度的纬度分布规律相吻合,因为影响海水盐度的因素除气候因素外,还受洋流、陆地径流、结冰与融冰、海域的封闭与否等因素影响。

一、气候因素

影响海水的气候因素主要考虑“降水量与蒸发量的对比关系”。因为降水使海水稀释,而蒸发使海水浓缩,因此在外海和大洋,影响盐度的最主要的因素是降水量与蒸发量。

例1、读全球降水、蒸发、海水盐度变化曲线图(图1),A、B、C、D分别表示四个海区,回答下列问题。

图1

(1)简析D海区盐度低的原因。

(2)简析A海区盐度比B海区盐度低的原因。

解析:此题的难点在于能否准确抓住影响盐度的主导因素,能否全面分析影响盐度的主要因素。因此,在思考时应该应用盐度影响因素的思维方法来进行分析:应考虑影响盐度的因素有哪些?哪一个是主导因素?谭老师地理工作室综合整理除了主导因素外还有哪些主要因素?读图1可知,第(1)小题D海区之所以盐度低,是因为D海区分布于中高纬度,气温低,蒸发量小,且降水量大于蒸发量。第(2)小题,由于A海区位于赤道附近,气温高,蒸发量大,但其降水量高于蒸发量,因此其盐度并非最高,而B海区位于副热带海区,盛行下沉气流,降水少,气温高,蒸发量大,蒸发量远远大于降水量,因而盐度高。

答案:(1)D海区位于北半球中高纬度海区,由于气温低,蒸发量小,降水量大于蒸发量。(2)A海区位于赤道附近,气温高,蒸发量大,但其降水量高于蒸发量,因此其盐度并非最高,而B海区位于副热带海区,盛行下沉气流,降水少,气温高,蒸发量大,蒸发量远远大于降水量,因而盐度高。

二、洋流

同一纬度暖流经过的海区盐度偏高,寒流经过的海区盐度偏低。

例2、读图2,盐度由高到低排列正确的是

图2

A. ②①④③

B. ①②③④

C. ①②④③

D. ③④②①

解析:根据海水盐度的分布规律可以推知①、②海区的盐度大于③、④海区的盐度,结合世界洋流的分布规律可知,①处有暖流经过,②处有寒流经过,因此盐度①大于②,而③处有寒流经过,④处有暖流经过,应用“暖流经过的海区盐度偏高,寒流则相反”这一原理可得出答案。

答案:C

三、入海径流

大量来自陆地的淡水汇入,对海水起稀释作用。因此,有无陆地河流淡水汇入也是影响盐度的因素之一。由于许多河流的补给主要是雨水,因此雨水的季节变化会造成河流径流的季节变化,而径流的季节变化也会造成海水盐度的季节变化。

例3、读某海域等盐度线图,影响该海域沿海地区盐度季节变化的主要因素是

A. 海区封闭程度 谭老师地理工作室综合整理

B. 蒸发量

C. 河流径流量的变化

D. 洋流

二月

八月

解析:影响盐度高低的主要因素有降水量和蒸发量、洋流、入海径流量等。降水量和蒸发量是决定不同纬度海水盐度高低的因素,洋流对同纬度海区的海水盐度有显著的影响,入海径流量对大陆沿岸海区的海水影响较大。图示地区为渤海,从等盐度线可以看出,二月近海地区盐度高,八月近海地区盐度低,结合本地区的气候特点和径流状况,可知沿海地区盐度季节变化的主要因素是河流径流量的季节变化。

除降水量和蒸发量、洋流、入海径流量三类影响因素外,结冰与融冰、海域的封闭与开敞也影响海水的盐度。高纬度海区由于海水有结冰与融冰现象,因而同一海区会呈现冬夏盐度的季节变化,冬季温度低海水结冰,因而盐度偏高;春季以后海水融冰,盐度偏低。波罗的海是世界上盐度最低的海区,红海是世界上盐度最高的海区,除了受“气候因素和有无陆地河流淡水汇入”这两大因素的影响外,还有一个原因就是波罗的海和红海都是由于“海域比较封闭”,其海水与外海的海水沟通比较少。

海水的性质一节属于新教材内容,而我没有上过人教版新教材的必修一,因此最近再备海水的性质一节产生了很多的疑问,经过查阅相关资料,个人觉得这几个是我们在复习海水性质一节时必须要弄清楚的问题。

一、海水温度

问题1:海水温度最高值为何在北半球?

通过观察海水表层平均温度分布可以看出,最高水温并非出现在赤道,而是出现在赤道以北,称为热赤道,热赤道是指地球表面上平均温度最高的纬度性区位。

赤道地区虽然正午太阳高度角较大,但云量多,对太阳辐射的削弱作用强;加上赤道上有许多高大山脉,因此也产生了降温效应,最终导致了热赤道不在赤道上空。

此外南半球多为海洋,海洋比热容大,受热较慢,北半球则由于陆地面积广大,陆地比热容小,吸热快,温度也就高,因此形成热赤道的区域大多偏向北半球。

从气温过渡到海水温度,主要原因有:

一是洋流,世界表层年平均气温的最高值是出现在北半球,因此会影响到气压带风带的分布,进一步影响了我们学过的洋流分布,洋流的分布进一步影响了海水温度的变化。

注意看洋流分布图,南北赤道暖流是不是以赤道为对称轴?不是,是偏北的!

二是与两极水的交换程度,北半球的海洋与北冰洋之间存在较大面积的陆地阻隔,因此与冷水交换少,而南半球的海洋直接靠近南极洲,与南极洲周围的冷水交换多,所以水温更低。

问题2:海陆分布是如何影响海水温度的?

因为海陆存在热力性质差异,海洋和陆地的表层温度肯定是存在差别的,因此深入大陆内部的封闭海域,或者说临近大陆的海域,其水温一定会受到大陆的影响,而远离大陆的海区,肯定受到的影响较小。

问题3:为什么一定深度下,海水温度几乎不再变化?

由于海水导热率并不高,因此太阳辐射热量集中储存在海洋表层,海洋表层受太阳辐射影响大,海洋深层受太阳辐射影响小。

问题4:高纬度海区冷中间层是如何形成的?常年存在的么?

鲁教版教材对高纬度海区的冷中间层有一个简单的解释,是说冬季冷却的海水由于密度增大而下沉形成的,这里其实需要一定的物理知识作为依托,那就是水的密度随着温度的变化规律,水的密度在4℃时,是最大的。

因此当表层水温下降到4℃时,这部分海水便会下沉,在海平面以下100到200米范围内形成密度较大的冷中间层。

课本上给出的高纬度曲线图上,表层水温大约在9℃左右,应该是夏季的曲线,因此冷中间层一般是出现在夏季。这可能是冬季冷水效应没有完全消散的结果,这是课本上没有点明的。

高纬地区海水冷中间层是冬季冷却的海水由于密度增大而下沉形成的。是常年存在的。海水水的体积大并且是热的不良导体,本身不容易导热。海水与湖泊不同,它的流动性强。现实情况中表面结冰的高纬度地区一般表层海水盐都低,底层盐度高。

当表层的温度降到一定程度结冰时,盐分会随着这个结冰的过程析出,析出的盐分下沉到下层海水中,这就导致了表层与底层海水盐度差进一步增大,就更难形成由温度引起的密度环流,因此底层海水的温度反而会随着表层水不断结冰的过程更加的稳固。

二、海水盐度

问题5:海水温度对盐度影响是通过蒸发还是增加溶解?

答案:海水温度对盐度的影响,主要是通过蒸发。

盐度,归根结底是受到化学上提到的溶剂和溶质的量的影响,例如降水是增加溶剂、蒸发是减少溶剂、河流淡水是增加溶剂。

海水中的盐分远远是没有达到饱和的,因此我们可以近似于认为“海水中没有存盐”,因此增加温度虽然能够改变海水的饱和度,但是已经几乎没有盐分可以来溶解了。

因此,海水温度增加,主要是通过增加蒸发量,减少了溶剂,导致海水盐度上升的。

问题6:全球平均,北纬60°比南纬60°海水盐度低?

这一问题,是新教材使用初期、低年级考试的重点内容。原因主要是北纬60°附近入海径流多,因此海水盐度小。

问题7:大西洋,为何北纬60°比南纬60°盐度高?

大西洋表层海水密度、温度和盐度随纬度的分布示意图

从本节教材中的“海洋表面盐度、温度随纬度的分布示意”图看出,60° N比60° S处的盐度低,而从“大西洋表面海水密度、温度和盐度随纬度的分布示意”图看出,60° N比60° S处的盐度高。两幅图的表达完全相反,是不是图像绘制有误?为什么?

教材中的两幅图没有问题,均参照《海洋科学导论》中的相关图像绘制。

第一,需要注意的是,两幅图表示的空间尺度不一样,“海洋表面盐度、温度随纬度的分布示意”图是针对全球海洋各纬度的平均状况而言的,而“大西洋表面海水密度、温度和盐度随纬度的分布示意”图是针对大西洋各纬度的平均状况而言的。

第二,大西洋东北部盐度较高,是由于北大西洋暖流挟带高盐水输送的结果。

第三,全球海洋的盐度分布具有明显的地域差异性,就平均盐度而言,北大西洋最高,南大西洋、南太平洋次之,北太平洋最低。其形成原因是:大西洋沿岸无高大山脉,北大西洋蒸发的水汽经东北信风带入北太平洋释放于巴拿马湾一带;南太平洋东海岸的安第斯山脉,使由南太平洋西风带所挟带的大量水汽上升凝结。释放于太平洋东部的智利沿岸;越过安第斯山脉后下沉的干燥气流,则加强了南大西洋的蒸发作用。

三、海水密度

问题8:密度最低位于北纬6-7度附近?

海水密度主要受到盐度和温度的影响,盐度和温度的变化曲线均是以上述纬度为对称中心,两侧对称变化的,因此密度的变化曲线也必然以上述纬度为对称中心变化。

问题9:海平面上升与海水密度的关系?

通过观察密度变化曲线和温度变化曲线之间的关系,可以看出明显的负相关,因此表层海水密度主要与海水温度有关。

根据m=pv,全球气候变暖导致海水温度增加,海水体积膨胀(海水密度减小,海水热膨胀)才是导致海平面上升的主要原因。并非是很多人所理解的全球气候变暖导致两极冰川融化,海平面上升,后者是次要原因。

海平面随地球变暖而上升的原因主要有两个:冰川和冰原等陆地冰块的融化以及伴随海洋温度升高的海水膨胀,即热膨胀。随着气候变暖而加快的热膨胀速度是否也会影响海平面的变化,这一点在之前不得而知。在最新的研究中,通过在气候模型中增加温室气体排放量,结果表明,未来的海平面变化,比如能够改变当地天文潮汐循环并对沿海造成影响的年度和年际涛动,也会在许多地区进一步加强。研究人员在研究中展示了未来海平面的第五次耦合模式比较计划(CMIP5)气候模型预测分析结果,表明随着全球气候的持续变暖,无论海水温度变化是否加强,海平面变化这一趋势可能席卷全球。值得注意的是,到本世纪末,上层海洋温度可能会增加2°C,受海水的非线性热膨胀影响,全球范围内季节到年际时间尺度上海平面上升的幅度在4%—10%。随着海洋温度持续升高,未来的海洋温度波动将导致与浮力有关的海平面变化范围越来越大,这可能会改变沿海的风险。      



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