南冰洋

  南冰洋(Southern Ocean),是围绕南极洲海洋,也是太平洋大西洋印度洋南部的海域。以前人们一直认为太平洋、大西洋和印度洋一直延伸到南极洲,南冰洋的水域被视为“南极海”,但因为海洋学上发现南冰洋有重要的不同洋流,于是国际水文地理组织于2000年确定其为一个独立的大洋,成为五大洋中的第四大洋。但在学术界依旧有人认为依据大洋应有其对应的中洋脊而不承认“南冰洋”这一称谓。

概述

  国际水文地理组织定义南冰洋为以南纬60度为界的经度360度内,包围南极洲的海洋,主要有罗斯海、别林斯高晋海、威德尔海、阿蒙森海,部分南美洲南端的德雷克海峡以及部分新西兰南部的斯克蒂亚海,面积2032万7千平方公里,海岸线长度为17,968公里。海洋学家对此定义仍有不少异议,澳大利亚的地图将澳大利亚和新西兰以南的洋面都标注为南冰洋,而不是印度洋。
南冰洋与北冰洋的冰盖年度变化情况(白色部份)
  在三千万年前,当南极洲和南美洲分离时,环绕南极洲的洋流才开始出现,因此南冰洋是一个非常年轻的大洋。南极洋流和北方暖水的汇合处,是南冰洋的天然边界,南极洋流在新西兰南部维持在南纬60度左右,在大西洋部分,由于强西风带的作用,可到达南纬48度的地方。  南冰洋与北冰洋的冰盖年度变化情况(白色部份)南冰洋的海水温度在-2℃至10℃之间,洋流围绕南极洲从西向东流,由于极地冰盖和海水之间的温差造成洋流的动力很大,在南纬40度到洋流边界,是地球上最强烈的风带。在冬季,太平洋方向南纬65度以南,大西洋方向南纬55度以南的海洋都被冰封,水面以下的温度都会达到0℃以下,但在南美洲沿岸有的地方,由于来自陆地的暖风,可以保持海岸不封冻。  南冰洋的海洋深度在4到5公里,南极洲大陆架很窄,最宽只有258公里,而且深,有400到800米深(全球海洋大陆架平均深度为133米),南极冰盖在3月份有260万平方公里,在9月份则达到1880万平方公里,大约增加了7倍多,南极洋流有21,000公里长,是世界上最长的洋流,流量为1亿3千万立方米/秒,等于全世界所有河流流量总合的100倍。

地质地形

    除威德尔海和罗斯海外,南极周围的大陆架窄而深,常年承受厚达2000~2500米冰幔的重压,致使大陆边缘沉陷,陆架与陆坡间的“坡折”深达 400~800米,较其他大洋坡折深度大。陆坡陡峭,坡度为5%。洋底很深,由三条海岭分割成三大海盆。主要的海岭为斯科舍海岭,呈弧形,在海面下连接了南极大陆与南美洲,露出海面的部分形成斯科舍岛弧,包括南乔治亚岛、南桑威奇群岛、南奥克尼群岛和南设得兰群岛。其余两条是凯尔盖朗海岭和麦夸里海岭,都有露出海面的岛屿。三大海盆中的南极-大西洋-印度洋海盆(也称瓦尔迪维亚海盆),最大深度6972米。其余两个海盆为南印度洋海盆(也称诺克斯海盆)和东南太平洋海盆(也称别林斯高晋海盆),最大深度分别为5455米和6414米。仅有的一条深海沟叫南桑威奇海沟,最深处8264米。洋底沉积结构比较简单,几乎呈同心圆状绕极大陆分布:靠近大陆边缘的内圈有大量卵石、砾石、冰碛石等冰川海岸沉积物,中圈以硅质软泥为主,靠北界的外圈以钙质软泥为主。

气候

  洋区陆地少,气温水平差异小,等温线平直,几与纬线平行,气压场与风场接近行星风系。洋区大气运动的主要特征是强劲而稳定的纬向环流。除西北—东南向移动的过境低压外,海洋上空没有闭合的低压区或高压区。在副热带高压带与南极反气旋之间有一绕极低压槽,其轴线位于南纬60°~70°之间,所以大部分温带范围内,气压梯度都指向南方,直至南纬60°以南,气压才开始向极地增加。气压梯度力与地球自转偏向力的作用,使南大洋洋面上终年盛行西风。南纬40°~60°,气压梯度大,风向稳定,风力强劲,平均风速达每小时33~44公里,构成威胁航行的“咆哮西风带”。盛行西风在高纬区和低纬区之间形成“风壁”,阻挡低纬区暖空气进入南极高原,使南极反气旋保持恒定。冰原上空极其冷密的空气会顺坡而下,这种下降风风速很大,刮来大量松散雪,和沿岸区形成的流冰群一起,大量吸收海洋热量。年降水量随纬度增高而减少,在南纬40°~55°约为1000毫米,南纬70°~90°则在 200毫米以下。夏季在南纬65°以南,冬季在南纬60°以南,只有冰晶或雪的固态降水。

水文

  在海流、水团、海冰等方面,南大洋与其他三大洋相比,有很大的特色。  

·海流

  主要流型是巨大的南极绕极流。 除南极沿岸一小股流速很弱的东风漂流外,其主流是自西向东运动的西风漂流,是宽阔、深厚而强劲的风生漂流,南北跨距在南纬35°~65°,与西风带平均范围一致,其深厚是自海面到海底的整个水层。由于西风并非绝对稳定,陆块之间距离在某些地方明显缩小、海底地形起伏、以及地球自转偏向力作用,使整个环流未能出现纯纬向运动。南美大陆的南伸和南极半岛构成了该环流的主要障碍。南美大陆南端迫使环流北侧的一部分水流沿智利海岸北上,使另一部分流向东南;南极半岛西海岸的走向则迫使环流南侧的水流改向东北。流向东南和东北的两股水流在德雷克海峡汇合并向东急速穿过该海峡。海峡东面,一条支流转向北,形成福克兰海流,主流仍继续向东。澳大利亚和塔斯马尼亚岛也构成障碍,但不象德雷克海峡那样重要。当绕极流接近所有海岭时,流速加快且转向北;当接近所有海盆时,海流减速且转向南。平均流速约15厘米/秒,在流速最快的德雷克海峡处,曾测得50~100厘米/秒的流速。尽管流速不大,但随深度减弱很小,导致南极绕极流有巨大的流量。通过德雷克海峡总流量一种估计为(100~150)×106米3/秒,堪称世界海洋中最强流。  

·水团

  洋区海水按温盐结构可分6个水团:南极陆架水、南极底层水、绕极深层水、南极表层水、亚南极表层水和南极中层水。  

·南极陆架水

  南极陆架水是一种致密的冷水。因流冰群在南极大陆周围渐次形成而产生,冰下水体变冷,约-1.9°C,且盐度增大直至下沉,可高达34.7。   

·南极底层水

  位于3000~4000米以下的南极海盆底部,由流过狭窄陆架的南极陆架水与绕极深层水约以1∶1的比例混合,下沉到海底形成的。具有低温高密的特性,温盐度终年约为-0.5°C和34.66。高密使其向北呈扇形展开流入三大洋的洋盆,影响所及可达大西洋的北纬40°和太平洋的北纬50°,对各大洋的总热量至关重要。流出的水体由等量的流入水体予以补偿,这就是叠加其上向南流的绕极深层水。  

·绕极深层水

  位于从几百米到3000~4000米之间处,温度约0.5~2.5°C,盐度为34.70~34.76,最高温度在500~600米深处,最大盐度在700~1300米深处,温盐最大值绕极分布均匀,差别甚微。该水团可细分为上、下两层:上层出现温度最大值和溶解氧最小值;下层是该水团的主体,以盐度最大值为特征。向南流的绕极深层水抵达南极大陆海岸附近,向上运动,构成滋养海洋生物的上升流带。强劲西风和高纬处盛行东风之间出现表层流的辐散,加剧了绕极深层水在海岸附近的涌升。水体这一强烈的垂直运动区就是南极辐散带,也呈绕极状,但没有封闭,中断于德雷克海峡东面。   

·南极表层水和亚南极表层水

  南大洋表层的两种水团。冷且淡的南极表层水位于南极区,水层厚度 100~200米,受南极大陆气候影响。季节效应明显。冬季,表层非常均匀,盐度为34~34.5,温度随纬度变化,南极辐散带以南为-1.85~-1.88°C,南极辐散带以北温度递升,可达0~1°或2°C;夏季,融冰耗去大量太阳辐射热,水体升温很少,除无冰区经充分混合后有一厚度为50~80米的较暖水层外,其下水温极低,盐度也低。在南极辐散带到南极大陆之间,表层温盐分布很不规则,温度为-1.8~-0.5°C,融冰产生的淡水扩大了盐度变化范围,盐度为32~34。亚南极表层水在南极表层水以北的亚南极区,水层厚而均匀,比南极表层水稍暖也略咸些。该水团与来自温带的暖水相遇所形成的海洋锋面,就是作为南大洋北界的副热带辐合带。   西风与地球自转偏向力使冷且淡的南极表层水北流,下沉在密度较小的亚南极表层水之下,形成向北流的南极中层水,其踪迹可达三大洋赤道以北,在北大西洋远达北纬25°附近。海面发生这种下沉的南北范围约几十公里,呈现稳定环形锋面带围绕着南极,这就是南极辐合带,或称南大洋极锋,也是南大洋划分为南极海区和亚南极海区的界线。

·潮汐

  潮波自东向西围绕南极大陆传播。以日潮型为主,间有混合潮。潮差不大,除南极半岛尖端处可达5.0米外,通常不及3.0米。

·海冰

    冰有两类:由海水冻结而成的海冰和由冰架前缘崩解入海而成的冰山。洋区南部海冰冰场广阔,大约有400万平方公里属永久封冻区,另有随季节生消的冰盖洋面约1700万平方公里。冬季期间,最大冰盖面几乎占南纬40°以南海洋面积约30%。南极大陆周围,海冰平均厚度为2米,在东风影响下向西漂移,方向偏于风向左侧约30°,大量积聚在岬角、冰舌和南极半岛东侧。夏季期间,冰盖面渐次缩小。  卫星照片揭示,海冰间有许多巨大的无冰区,称为“冰间湖”,对研究辐射和热平衡课题至关重要。南大洋的冰山主要来源于罗斯海和威德尔海的冰架,颜色较白,密度较小,体积巨大,顶部扁平。常见的冰山长达 8公里左右,但高度很少有超过35米的。曾经记录到的南大洋特大冰山约长 150公里,宽40公里,露出水面高度约30米,吃水深度为露出水面高度的5~7倍。由于吃水深度大,冰山移动主要受海流影响。大多数冰山为流冰群阻塞在极锋带以南,少量随海流北移,抵达温度为 0°C的表层水附近时开始缓慢融化。一般冰山寿命约4年,极大冰山可持续相当长时间。冰山北移可远至大西洋的南纬35°,印度洋和太平洋分别为南纬45°和50°。漂移的冰山威胁航行,融化的冰山给南大洋水团带来淡水,但消耗海水热量。

资源

  生物种类少,耐严寒,脊椎动物个体大,发育慢。海洋食物链简短,即硅藻→磷虾→鲸类或其他肉食性动物。生态系统脆弱,易受外界扰动损害。生物资源丰富,特别是磷虾和鲸。这里浮游植物的主体是硅藻,现已发现近百种,分布具有明显的区域性和季节性,平均初级生产力约6倍于其他海洋的总量。磷虾是世界上尚未开发的藏量最为丰富的生物资源,其蕴藏量一般估计为1.5~10亿吨,最高估计数为50亿吨,年捕获量可达1~1.5亿吨。分布随区域和季节而异,南极水域比亚南极水域多。夏季,沿岸水域多于开阔水域;冬季,生活在较大深度处。以磷虾为主要食料的须鲸是另一种重要的资源,出没于南大洋的须鲸有蓝鲸、长须鲸、黑板须鲸、巨臂须鲸、缟臂须鲸和南方露脊鲸等。一个世纪前,南大洋须鲸总数约为100万头,1904年出现商业性过度捕捞后,到20世纪30年代总数下降为34万头左右。此外,海豹、企鹅、鱼类、海鸟、龙虾、巨蟹和海草等资源也引人注意。   1969年前后,南极大陆近海的石油资源受到重视。  1972年,“格格玛·挑战者”号深海钻探船在罗斯海底钻探,发现在地质年代较新的地层里,有气体碳氢化合物存在。但即使石油资源丰富,开采和运输都有巨大困难。此外,在南极辐合线以南,发现几处较大的锰结核产地。  

·南冰洋深海发现大量甲壳类新物种

  德国科学家于近日宣布:他们在南冰洋的深处发现了585种甲壳类动物新物种。  科学家们是在进行南极深海多样性项目的三次探险采样中有了这个重大发现。这个发现推翻了认为深海缺乏生物多样性的观点。  德国汉堡大学的Angelika Brandt及其同事们在南极威德尔海及其邻近海域海面以下2500英尺到21000英尺的地方采集到了许多生物样本,并且收集到了环境数据。此次共发现了674种等脚类生物,其中有80%多都是新物种。  威德尔海是南冰洋其他海域深水的重要来源,并且为生物物种提供了进入深海的通道。

附属海和海峡

  威德尔海和罗斯海是南大洋主要的附属海,南大洋主要的海峡是德雷克海峡。   

·威德尔海(Weddell Sea)

  为一深海,以1823年最先到此的英国航海家名字命名。是南大洋最大的附属海。也是世界上最大的边缘海之一,面积约349万平方公里,南连菲尔希内尔冰架,北以南桑威奇群岛和南奥克尼群岛为界,西靠南极半岛,东南倚科茨地,东北开阔直通大西洋。海盆深4500~4700米,南极半岛东侧陆架宽150公里,科茨地陆架较窄。年平均气温-3°C,海面布满浮冰,受东南风影响使海冰多堆积于南极半岛东岸。全年以东风为主,年平均风速为6.9米/秒。南部海流属东风漂流,北部属西风漂流。冷而重的陆架水下沉为南极底层水,是世界大洋深层水的主要源地。潮汐为半日潮和全日潮,潮差0.6~3.2米,最大潮差在南极半岛沿岸。威德尔海海水富含营养盐,是浮游生物最密集的海区之一。南桑威奇群岛南侧浮游植物丰富,叶绿素a可达 4.30毫克/米3,初级生产力达10毫克·碳/米3·小时,由此往东往南渐降。  

·罗斯海(Ross Sea)

  位于南极圈内,为一浅海,以1841年到此探险的英国人名字命名。南连罗斯冰架,东靠维多利亚地,北与太平洋相通,海面略呈三角形,面积约44万平方公里,平均水深477米,大部分是深度不及500米的陆架。沿岸是环太平洋火山地震带的一小段,罗斯岛上的埃里伯斯火山就是座活火山。表层水温-2°C~0°C,水平和垂直变化很小。盐度为33.50~34.70。盛行东风使海水以50厘米/秒~150厘米/秒速度自东向西流动,受阻于西岸后转向北流。冬季海面满布浮冰,随流漂动,向北可达南纬63°。潮汐为全日潮,潮差很小,约1米。有4种基本水团:①夏季出现的南极表层水;②来自北方的绕极水;③低温、高盐、高密的陆架水;④温度低于-2°C、平均盐度为34.45~34.70的冰架水。罗斯海是南极底层水的主要源地之一,而南极底层水在大洋深层环流中起着重要作用。   

·德雷克海峡(Drake Passage)

  以1578年首先到此的英国人名字命名,位于南美南端与南设得兰群岛之间,长300公里,宽900~950公里,平均水深3400米,最深4750米。海峡两侧气压差12毫巴,促使南极大陆的干冷空气与美洲大陆相对湿暖的气流南北交换。南极辐合带在南纬60°附近通过海峡中部,东风环流和西风环流在此汇合。表层水温冬季为0.5~3.0°C,浮冰可漂浮至南美南端;夏季为3.0~5.5°C,无浮冰。表层水富含磷酸盐、硝酸盐和硅酸盐,自北向南递增。这里是世界上已知的营养盐丰富,有利于生物生长的海区之一。

卫星资料揭开南冰洋“绿洲”神秘面纱

  美国航天航空局(NASA)卫星已协助科学家得知有关南冰洋“绿洲”情况。企鹅通常可在这些很难为世人发觉的“绿洲”尽情的摄食并茁壮成长。     这些“绿洲”事实上是位于南极洲沿岸,常年被冰层覆盖的南冰洋的一小块温暖区域,该地蕴涵丰富的微小型植物,是食物链中最基本的一环,并最终提供企鹅、鲸鱼、海豹等其他动物的食物来源。  蔓延冰层中的部分开放区域,被称为“冰穴”,有些规模可达一个小型的海面--大小约与加州的面积相当,但由于它们被冰层所围绕,不可能被过往的船只所发现。  斯坦福大学(Stanford University)的范迪克杰(Gert van Dijken)表示,正因为如此,人们应用卫星数据帮助分析这些区域的植物生态。  他在接受电话采访时表示,那非常简单,“我们应用不同种类的卫星观测这些海域的冰面,所以我们可以发现有多少开放的水域,再利用海洋颜色感应器,查看海洋的色彩。”  研究人员用一种特殊的公式,计算出海水是否为绿色。当海面漂满浮游植物时,它们喂养了一种叫磷虾的微小生物。范迪克杰表示,磷虾是南冰洋很多体型较大动物的食物,特别是阿德利企鹅(Adelie penguin)。因此在部分此类绿洲中,可见到为数众多的阿德利企鹅。  范迪克杰及其同僚所作的研究发现,阿德利企鹅的生活状况和冰穴中的浮游植物的数量之间有着密切联系。  浮游植物的数量越高,企鹅的生活状况就会越好,因为有更多的浮游植物喂养出大量的磷虾,使得企鹅可以赖以维生,繁衍不息。