學測海水流向 - 地球科學討論

最近寫文章跟proposal有點累，寫點沒負擔的跟大家閒聊

我們在前面或是課本中大多提到的都是深層水或是底層水的產生（下沉），比如說：

1. 北大西洋深層水是因為灣流一路北上喪失了水氣然後再碰上冷的涼流溫度下降

之後密度上升往下沉成為北大西洋深層水。

或是2: 南極底層水是因為南極附近陸棚的海水非常寒冷形成海冰的過程中導致海水的

鹽度增加（淡水結成冰排出鹽分，使得附近的海水鹽度再上升）溫度也下降，

然後一樣的密度上升下沉，成為南極底層水。

到這邊都沒什麼問題，Wally Borecker的經典溫鹽環流示意圖也畫得很清楚
http://www.vliz.be/wiki/Thermohaline_circulation_of_the_oceans

可是這樣就結束了嗎？如果說溫鹽環流是像一個手扶升降梯的話，

那有去（下沉），就要有回（湧升）啊！？不然一堆海水哪去了？

整個溫鹽環流的另一個重要的步驟，應該就是這麼多的深層或底層水，

必須要回到表面或是次表面才行，不然深部的海水就只會越來越老，循環也會停止才對。

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通常講到湧升流，我們第一個想到的就是東赤道太平洋，

今年是聖嬰年，剛好也跟這個題目有關，聖嬰事件主要的相關現象就是東赤道太平洋區

本來因為信風場所造成由秘魯沿岸一直延伸到接近東太平洋赤道一帶的湧升流

但是這個湧升流其實並沒有把深層水湧升到接近表面的地方，這一帶的的湧升流

其實只有把次表層水到中層水團因為Ekman pumping湧升到接近表面的狀態

不過這也夠讓表層海水的物理化學性質跟西赤道太平洋暖池區域造成分別了。

但是真正能夠讓深層水或是底層水湧升到接近表面的機制到底有哪些呢？

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1. 地形：當深層水或底層水運行接近到海底的地形高區的時候，會造成區域性的

湧升現象，海底的地形高區有海底山，中洋脊等可能性，所以之前BBC所做的Blue Planet

裡面有提到一些海底山的附近生物群落會特別豐富，也吸引鯊魚會聚集到該地交配繁殖。

2.熱：本來因為鹽度上升，溫度下降所下沉的深層水或底層水在循環的過程中因為接受到

中洋脊的熱，不斷累積後逐漸緩慢地增加了一點溫度，密度略為下降, 而導致緩慢地上湧.

3. 但是在這幾個因素當中最重要的，還是回到跟赤道地區湧升一樣的原因，就是風。

但是哪裡有這麼大的風，居然可以把這麼深的海水再度讓它們可以湧升上來呢？

答案就是環繞南大洋的西風帶，四周沒有任何的大陸可以阻擋南大洋的西風帶，

又因著地球自轉不斷地加速，所以在此地不僅是南極深層水的產區，

也是混和了各大洋深層水然後上湧的終點！

http://www.nature.com/ngeo/journal/v5/n3/full/ngeo1391.html

Marshall et al., 2012這篇文章的相關研究結果就指出這樣的結果。

http://0rz.tw/AyrOB

上面這張圖就描述了在南大洋的海水循環示意圖

你可以看到左邊最靠近陸地的就是新鮮的南極深層水產區，但是南極深層水

同時包括了由南極陸棚經過極端冷卻跟鹽度上升的新鮮水團之外，還包括了上湧的

下部繞極深層水(Lower circum polar deep water, LCDW)跟北大西洋深層水

(North Atlantic Deep Water, NADW)混和後才產生的，

另外上湧的水團也會形成南極中層水（Antarctic Intermediate Water, AAIW)

在這個上湧的過程中交換的不只是物理的溫度鹽度性質，同時也帶來深層的營養物質，

讓表層海水的生物滋生，也造成碳循環相關的海氣交換作用。

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身為古海洋學者，在得知這樣的現代機制後，當然要忍不住問:

如果南極過去不在這個位置的話，風場，洋流，生物生產力是不是也全都會不一樣呢？

如果某個時間點，南極的西風帶減弱的話，全球的溫鹽環流是不是就會減弱呢？

這個重要的大氣與海洋的交互作用，到底是誰先開始？或是誰影響誰呢？

南大洋地區的物理海洋，化學海洋，生物海洋，在主要的氣候變遷事件到底

怎麼交互作用的？誰先誰後？

這些都是很好的問題，每一個問題也都一個比一個大，不是簡單可以講完，

這邊提一個最近的研究，剛好是這邊的博士生發的（而且是正妹XD）

，可以參考http://www.pnas.org/content/113/3/514

這篇文章根據重建的南大洋深層與中層水的溫度-密度指標與化學分層指標（碳同位素）

認為在末次冰消期時可能是化學海洋的性質先改變才進而影響整個物理海洋環流的改變

非常有意思，可以仔細看看。

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利用各種代用指標與站位的分佈，古海洋學家努力地穿越時間與空間的限制，

將地球氣候作為一個系統性的科學，努力去拆解不同的可能性與機制，

正是這一代新興的團隊們致力努力的方向。

歡迎大家繼續關注與加入古氣候/古海洋研究團隊！！

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我們下次見～～～～～～～～～

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南畝耕，東山臥，
事態人情經歷多，
賢的是他，愚的是我，爭什麼 ?

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