2017年10月6日 星期五

所以我說那個海洋深層水到底哪裡「深」了?


其實我一直蠻好奇國內的「海洋深層水」為何選擇定在「200公尺」深度以下呢?因為就小弟對於海洋學的認識,所謂的「深層海水」在科學上雖沒有特別精準的「幾公尺以下可以算是深層水」這種操作型定義,但是在海洋學中提到深層海水時,大多是指「溫鹽環流」中的深層的海水。至於為什麼會有「溫鹽環流」,在談此名詞前,先快速提一下我們怎麼科學的區分「不同的海水」?又如何探討海水流動?

關於洋流和水團
氣象報導中常聽到大陸冷氣團、太平洋暖氣團這些名詞,這些氣團代表的就是一大團性質接近的空氣。而海水中的「水團」,也是類似觀念,就是一個範圍內溫度、鹽度等性質相近的水體,就會被歸類為一個水團。而大致上不同水團密度都不會相同,在海中的情況是,兩個密度不同的水團若相會,大的會往下沉,小的會往上浮,並不是那麼容易可以均勻混合的,所以海中會有不同密度的海水上升下沉的情況,請先記著這點,我們先談另一種海水流動。

而一般常說的「洋流」在現在國高中地科或地理課本中多少都有提及,我們常聽到的灣流、黑潮這類的洋流,主要驅動力是來自於風吹帶動,其來源包括行星風系、高低壓分布等等,然後受到地形也會有影響,這些表層的洋流就成了大家在念書時經常要背誦的名詞(所以應該大家都不太喜歡吧?)。

表層海水流動時,性質也會有些改變,簡單來說有河流注入、降雨量大時海水密度就會下降,而蒸發量大時密度則會上升,而蒸發量大不但會發生在熱的地方,在變冷時也會,而且如果到更冷的地方,當水結冰後剩下的鹽分會讓海水的密度再更高,因而就成了容易下沉的「水團」了!

重點來了:溫鹽環流
上面提到那些下沉的海流,它的起點就在北大西洋的挪威附近,故又叫「北大西洋深層水」(North Atlantic Deep Water,英文縮寫:NADW),到這邊終於出現了「深層水」的專有名詞了,大約在2000~4000m的深度(所以如果定200m找遍世界也這不到這水團的),而環流從北慢慢往南流到南極那邊,性質又有點不一樣了(密度又再高了一點),叫「南極底層水」(Antarctic Bottom Water, AABW),之後這團水往北走並且分叉,分別在印度洋和太平洋上升,然後再循表層的洋流運動,有些海水會再被洋流送回北大西洋,上述這段溫鹽環流遊記,至少是一千年起跳(約莫1600年)。

簡化的北大西洋深層水流動循環圖,藍色的線表示海底的寒流,紅色的線代表海面的暖流圖片取自維基,使用者Brisbane,創用CC 姓名標示-相同方式分享 3.0,
早期似乎有些營利事業將深層水和上述NADW扯在一起(參考魔法泉水還是產業的海市蜃樓?-海洋深層水一文),但實際上前述溫鹽環流的主要部分可是沒有經過台灣附近海域,真要抽那管子可能伸到公海都還抽不到啊(笑),所以後來好像也沒再提這作為賣點了。

所以目前臺灣採到的「海洋深層水」是怎麼樣的水?
至少,我可以確定臺灣能採到的不是溫鹽環流中的「深層海水」,那麼是有名的的「黑潮」嗎?可能勉強有機會是,黑潮的主流寬約170公里,然後中心最大流速區距離陸地約20~50公里(Liang et al., 2003),所以算是擦邊吧!黑潮的鹽度最大處也差不多在200公尺深的地方,不過實際上採水的管線沿著海底到600多公尺處,管線長不到5km,好像也不容易採到黑潮最核心、鹽度最高部分的水體。而且黑潮的水溫頗高,和等下要提的「低溫安定」又有點違背,,所以也就談到這吧。

另外附帶一提,記得有聽過海洋深層水(暫拿600多公尺來談)有個「低溫安定」的說法,為什麼說它「安定」呢?或許是因為它的深度所在的溫度已經超過「溫躍層」了吧?所謂溫躍層就溫度變化很劇烈的地方,從下圖海水的垂直深度變化可以發現表層和下層水的溫度會突然有個變化很大區間,稱為溫躍層(thermocline),在台灣東部附近的確到了500公尺以下就是接近低溫的直線了,但是營養鹽類(這個等一下談)最多的的地方卻還是要到1000公尺深。

溫躍層的示意圖,By Welcome1To1The1Jungle at English Wikipedia, CC BY 3.0

那「營養鹽」是什麼?吃了會頭好壯壯嗎?
其實我無法回答吃了是不是對身體真的好,這個留給其它領域專家。不過,營養鹽一詞,卻是來自於海洋生物化學的作用,由於海洋生物需要磷、鈣、矽、鎂、鈣、硫等元素,所以一般會把磷酸鹽、硝酸鹽、亞銷酸鹽、銨鹽等成分稱作「營養鹽」,所以它的名字的營養之處跟人體並沒有直接關聯,或許可能有人會去研究它對人體是否有益,然而這些東西和所謂微量元素的一些重金屬礦物質,我們在很多時候都可以接觸到,如果要靠喝特別的水來補充,效率會比較好嗎?(我也非營養專家,就暫持保留態度吧)

再偷偷說一件事,要說台灣附近營養鹽多的海水位置,我想應該不在花東外海,而是在臺灣海峽,只是它的深度就不可能達到200公尺了…另外還有湧升流帶上來的營養鹽也是很豐富(下圖的東海East China Sea地區),深度當然也不到200公尺,所以我說那個200公尺畫分的也還真「剛好」啊(笑)!但到底是為什麼呢?還是要問定出這個深度的人了~~
台灣與西太平洋的表層海還營養鹽分布位置,可以看到東海、還有中國沿岸和台灣海峽有較多營養鹽啊!(圖片重新編修自Chen, 2003)


之所以寫了這篇文章,並沒有打算叫大家不要喝____的水,畢竟這東西也無害,大家喜歡喝就喝。純粹是因為不是很喜歡過度的誤用科學詞彙,光以海洋深層水的定義而言,原本科學上並沒有完全一樣的名詞,但也有類似的定義,而目前看起來國內像經濟部給定的200公尺深的操作型定義和主流學界仍有落差,而過往的地科人們又太低調,不才小弟只好跳出來說一下定義正名一下,順便提供大家對於水團、營養鹽的相關知識。若科學上有什麼需要補充處,也請不吝建議~~



參考文獻與延伸閱讀

W.-D Liang, T.Y Tang, Y.J Yang, M.T Ko, W.-S Chuang, Upper-ocean currents around Taiwan, In Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, Volume 50, Issues 6–7, 2003, Pages 1085-1105.
C.-T Chen, Distributions of nutrients in the East China Sea and the South China Sea Connection. Journal of Oceanography. 64., 2003, Pages 737-751.


1 則留言:

  1. 海洋深層水怎麼大多變成「海洋鹼性離子水」啦?
    http://www.peoplenews.tw/news/fe237f43-2dff-4bb4-83c1-bb70f4c1919d

    回覆刪除