第3章 认识神秘的海洋(3)

我们到海边游泳，看到海水碧蓝剔透，喝一口却又成又苦又涩，再口渴也只能望洋兴叹。然而与之相连的江河水都是淡淡的。为什么？这是因为海水里有大量的氯化钠、氯化镁、硫酸镁、硫酸钙、碳酸钙、亚硫酸钾、溴化镁等物质。

人类在陆地上发现的100多种元素中，现在已经确定海水里有其中的80多种。这些元素在海水中的含量差别很大，除了构成水的氢和氧以外，绝大部分呈离子状态。每升海水中含有1毫克以上的元素除组成水的氢和氧元素之外，只有12种：钠、镁、钙、钾、锶、氯、硫、碳、溴、硼、氟和硅，前11种占海水中全部溶解元素含量的99‰。平均1立方千米的海水中含有3570万吨的化学物质，其中海水里溶解物质主要是盐，其次是硫酸钙、硫酸镁、氯化镁、溴化钠、氯化钾等，此外还有金、铀等海水微量元素。

溶解于海水中的氧、二氧化碳等气体，以及磷、氮、硅等营养元素，对海洋生物的生存极为重要。海水中的溶解物质不仅影响着海水的物理化学特征，而且也为海洋生物提供了营养物质和生态环境。

海水中的镁

镁在海水中的浓度为1290毫克／升，以离子形式存在，总量约为1800亿吨，有苦涩味。镁是机械制造工业重要的金属材料，广泛应用于飞机制造、舰船建造、汽车生产、常规武器制造、核设施建造等，乃至生物生长，都离不开镁。比如，炼钢工业，需要含杂质量在2％～4％以下的优质镁，才能炼出优质钢、特种钢，而陆地上天然菱镁矿砂烧结后制成的镁是达不到这个要求的，只有海水中提取的纯度在96％～98％乃至99．8％以上的高纯度镁砂，才能满足冶金工业的特殊需要。为了防滑，举重运动员用来擦手的白色粉末就是具有很强吸湿能力的碳酸镁。节日里美妙烟花中银白色的火花就是镁粉燃烧所释放的耀眼光芒。人间美味“豆腐”就是用“卤水”——主要成分是氯化镁与豆汁化合成的，因此豆腐水味道稍稍有点苦味。

目前，世界主要镁生产国大约有一半的产量来自海水提镁。海水提镁的工艺技术是：先把石灰乳注入到盛有海水的容器中，使海水中的镁离子变为氢氧化镁沉淀，从海水中滤出纯度较高的氢氧化镁再加盐酸，使之生成氯化镁，并将其溶液煮沸、浓缩、烘干成无水氯化镁，经过电解氯化镁，便得到金属镁。

海水的温度

如果有人告诉你“海水曾经很烫”，你会相信吗？

曾经有两名法国科学家用离子仪对大量古老的沉积硅质岩进行研究，测定这些岩石中硅和氧的各种同位素比例。这种比例可以反映出沉积物中二氧化硅的数量，而这一数量又取决于所形成环境海水的温度。

经过7年努力，研究人员证实了海水曾经高达80摄氏度，并表示海水温度从20亿年前开始加速下降，直至8亿年前下降到20摄氏度左右。他们指出，科学界发现的地球上最早的生命是35亿年前的细菌，但真正的多细胞生物直到近6亿年才出现，这可能是因为此时的海水温度更适合生命的繁殖和进化。

目前，我们通常所说的海水温度一般指海洋表面的水温，水的热力学性质决定着海水温度状况。水具有很大的热容量，它比土壤大2至3倍，比岩石大5至7倍，比空气大3000多倍。地表热能主要来自太阳辐射。海洋面积辽阔、水量多、热容量大，所以海水温度变化缓慢，变化幅度很小。来自太阳辐射的能量主要储于海洋中，它对全球气候起着显着的调节作用。

但是，不同的海域，海水表层温度状况还是不一样的，这主要受地理纬度的制约，还受沿岸地形、气象、洋流等的影响。

一般来说，低纬度海区的水温高于高纬度海区的水温。同一海区的水温，夏季高些，冬季低些。与同纬度海区相比，有暖流流过的海区，水温要高些；有寒流流过的海区，水温要低些。大洋表层年平均温度，在赤道为27摄氏度左右，南北纬30°～40°为18摄氏度左右，两极水域低于0摄氏度。由于南半球海洋面积更广，北半球大陆相对集中，以致相同纬度，北半球的海水表层温度比南半球高，但底层差别不大。

大洋与海的表层水温状况有所不同。大洋中心部分不受大陆影响，表层水温稳定，而内海、边缘海受大陆或所在地区气候影响显着，表层水温差异很大。例如，波斯湾、红海既处于热带干燥气候区域，又深入大陆内部，深受大陆影响，其表层水温可达35摄氏度，比赤道带海洋表层水温高。

古诗词中说：“高处不胜寒”。大气的温度随高度递减，通常每升高100米，气温降低1摄氏度，海水正好相反。海水温度垂直分布相当简单，在水深350米左右处，有一恒温层，在恒温层以下，海水温度随深度增加而降低，在水深3～4千米处，温度达到1～2摄氏度或更低，无论在热带或寒带，都是如此。

每天海水温度都会随着太阳的辐射而发生微小的变化，表层水温的每日变化的最高值和最低值出现的时间与太阳的辐射强度有直接的关系。每天中午12点左右是每天太阳辐射最强的时候，海水的最高温度一般会在午后2点左右出现；每天夜间海水的温度都会降低，到凌晨4点，海水的温度会下降到全天最低点。从日变化的角度来看，热带海水温度在0．5至1摄氏度之间变化，温带海水温度变化幅度为0．4摄氏度左右，在寒带海水温度变化幅度只有0．1摄氏度左右，内海因受大陆影响可达2至4摄氏度。

从季节变化来看，海水温度在大洋中心部分很少超过1至2摄氏度，在热带与寒带一般不超过2至3摄氏度，温带海水温度受大气温度变化影响较大，可达5摄氏度左右。在洋流流经的海域，水温季节变化可达5至10摄氏度。内海、边缘海超过15摄氏度，例如我国渤海深入内陆，又处于温带，水温季节变化大于20摄氏度。

海水中的有机物

存在于海水中的有机物，广义地讲，包括大到鲸鱼小到分子甲烷的所有有机物。但我们这儿所说的有机物，主要是海水中海洋生物的代谢物、分解物、残骸和碎屑等，它们是海洋中固有的。还有一部分是陆地上的生物和人类在活动中生成的有机物，通过大气或河流带入海洋中的。从状态来说，海水中的有机物可分为三类：溶解有机物、颗粒有机物和挥发性有机物。

溶解有机碳通常在深度100米以内的上层海水中的含量较高，有季节性变化，高时可达1．3毫克碳／升。海水深度越大，溶解有机碳含量越小，在深度超过300米的海水中，其含量几乎没有季节性变化。有些海区的溶解有机碳含量，可低至0．2毫克碳／升。在海洋沉积物间隙水中，溶解有机碳的浓度很高，可达100～150毫克碳／升。海水中颗粒有机碳含量为20～200微克碳／升，多数在几十微克碳／升左右。在上层海水中，颗粒有机碳的含量大约只有溶解有机碳的1／10，而在深水中，则只有1／50。近岸海域中颗粒有机碳的含量，可比大洋水高1～2个数量级。一般初级生物生产力高的海域，颗粒有机碳含量也高，如在秘鲁流和北大西洋海水中，其含量在夏季可大于100微克碳／升。海水中挥发性有机碳的含量，为总有机碳的2％～6％。

氨基酸类氨基酸类包括各种酸性的、中性的和碱性的氨基酸。溶于海水中的氨基酸类既有游离氨基酸，也有肽和蛋白质等结合的氨基酸，它们在大洋海水中的总含量为5～90微克／升，但在近海或生物生产力高的海域，总含量可高达400微克／升。海水中氨基酸类化合物，无论游离的或结合的，都以甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、鸟氨酸等的含量居多。

碳水化合物碳水化合物包括单糖类和多糖类。在溶于海水的碳水化合物中，后者的含量通常高于前者。大洋中的糖类，已确定的有葡萄糖、半乳糖和甘露糖等巳糖，鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等戊糖，还有糖醛酸等。糖的总含量为200～600微克／升。个别糖的含量只有几到几十微克／升。

类脂化合物溶于海水中的类脂化合物，包括分子中碳原子个数为10～22的饱和及不饱和的游离脂肪酸，以及烃类、甘油酯、磷脂、蜡酯和甾族化合物等。各种类脂化合物在海洋中的分布不同，例如，北大西洋海水中的总脂肪酸含量为13～60微克／升；墨西哥湾海水中的类脂化合物含量为溶解有机碳的15％～20％：南大洋水中的类脂化合物含量较多，占溶解有机碳的40％～55％。海水中甾醇类的含量较低，通常只有数微克／升。

维生素类维生素类已定量测定过的有维生素B12、维生素B1和生物素，它们在深度为0～100米的大洋水中的平均含量分别为0．1、0．8和1．8微克／升，在近岸海水中的含量较高。

有机污染物随着近代工业和农业的发展，海水中带入了相当量的有机污染物。早在1972年，多氯联苯（PCBs）在北大西洋表层水中的平均含量达3．5×10－2微克／升，直至3000米深处还能测出。农药DDT在海水中的分布也很广泛，经由大气传播，在南极海域中都能测到。此外，海洋还受到石油烃类的污染。

海水中已测定的溶解有机物，还有尿素、核苷酸、三磷酸腺苷和其他含氮化合物，并且有微量的生物体的次级代谢物，如激素和化学传讯物质等。其余的溶解有机物，虽然化学组成仍不清楚，但已了解到其中60％～80％的物质，是能抵制氧化和细菌分解的腐殖质类化合物，它们是碳水化合物、氨基酸、脂肪酸、芳香烃、酚和醌等有机化合物经过复杂的化学过程和生物化学过程形成的。

海洋有机物，在海洋中经历着错综复杂的相互转变，大部分有机物最后形成了有机碳在海洋中循环。海水有机物的储存、输入和损失之间，有一定的比例关系。溶解有机物对海水的性质和海洋生物的影响最为突出。

海洋动物

游泳生物（自游生物）是具有发达的运动器官、游泳能力很强的一类大型动物，包括海洋鱼类、哺乳类（鲸、海豚、海豹、海牛）、爬行类（海蛇、海龟）、海鸟以及某些软体动物（乌贼）和一些虾类等。从种类和数量上看，鱼类是最重要的游泳生物。游泳生物大部分是肉食性种类，草食性和碎屑食性的种类较少，很多种类是海洋生态系统中的高级消费者。

游泳动物需要在很大空间内寻找食物，同时在静止时也需要克服重力的影响，因此是水层物种中能量需求量最大的种类。

游泳动物在水中运动时，必然要克服水介质对其身体的阻力，它们在体型上通常都具有鱼雷形（流线型）的身体，这种体形在运动时遇到的阻力最小。一些海洋哺乳类身上的毛消失或变短、乳腺扁平，都有减少运动阻力的作用。这是动物在进化的历史过程中适应环境的结果。

游泳动物停止运动时为了保持身体的漂浮状态，必须具备某些浮力适应机制，大部分鱼类具气鳔，其体积约占身体体积的5％～10％，它们能调节气鳔内的气体含量，从而使身体得以保持悬浮在一定的水层里。进行空气呼吸的游泳动物，具备肺这种充气腔，有助于保持浮力。有的鱼类（如鲨鱼）是在体内增加脂类物质，这些比海水轻的物质可沉积在肌肉、内部器官和体腔等部位。例如，鲨鱼的脂类物质主要贮存在肝脏，而海洋哺乳动物的脂类物质通常是贮藏在皮下（脂肪层），不仅可增加浮力，还可减少身体热量散失。

很多海洋游泳动物有周期性的洄游习性，鱼类洄游通常包括下述三种类型，它们往往代表游泳动物生命过程中的三个主要环节，或性成熟后生活周期的三个主要阶段。

1）产卵洄游产卵季节前集群游向产卵场的洄游。根据产卵场的不同又分为：①由外海向近岸浅海的洄游，如我国的小黄鱼、鲐鱼等每年春季洄游到黄海北部和渤海湾内产卵；②溯河洄游，由大海游向河口并溯河而上到适宜的产卵场产卵，如鲑鱼、鲟鱼等都有溯河洄游的习性，随后幼体洄游到海洋继续成长至成体，成体产卵后有的死亡（如太平洋鲑），有的可再次进行洄游（如大西洋鲑）；③降海洄游，成体大部分时间在淡水中度过，性成熟后向河口移动，聚集成群游向深海产卵，然后死去，如美洲鳗鲡和欧洲鳗鲡的产卵洄游。

2）索饵洄游

为寻找或追逐食料所进行的洄游，在产卵后的亲体群和性成熟前的群体中表现得较为明显。例如，鲸在温带水域生殖，越冬后夏季游向南大洋或北冰洋索饵。太平洋金枪鱼也有索饵洄游习性。

3）越冬洄游

主要是暖水性游泳动物的一种习性，通常是在晚秋和初冬水温下降时集群游至适于过冬的海区，如我国黄海、渤海的小黄鱼总是游向海底水温较高的济州岛附近越冬。

1．鱼类

鱼类是海洋中最重要的游泳动物，在分类上包括以下三个纲。

1）圆口纲

属最古老种类，如七鳃鳗和盲鳗，口部为吸盘环绕，体壁类似鳗鲡，无鳞片。七鳃鳗是寄生性种类，用吸盘吸附在其他鱼类体上进行摄食。圆口纲现存50种左右，有的能生活在淡水中。

2）软骨鱼纲

软骨鱼类也称板鳃鱼类，其特征是软骨，无骨鳞，如鲨、鳐和缸，现存大约300种。鲨鱼是其中最重要的类群，多为捕食性，不过，鲨鱼中个体最大的姥鲨和鲸鲨却是食浮游生物的种类（用特化的鳃耙过滤浮游生物），其长度分别可达14m和20m左右。鳐身体侧扁，多生活在底层，捕食底栖动物，其中的大型种类蝠鲼是食浮游生物的。

鲨和鳐通常行体内受精，只产生少量的大型卵，大多数的鲨鱼和所有的缸产出的是幼鱼；鳐产的卵则有保护袋（黏附在基质上），几周或几个月后才孵出幼体。这种繁殖方式的特点是生殖率低，但后代的成活率高。

3）硬骨鱼纲

硬骨鱼类具有硬骨骼，现存海洋鱼类多属这一纲，约有2万多种。硬骨鱼类的食性包括食浮游生物者和食鱼者，前者如鲱鱼、沙丁鱼和鲲鱼，体型较小，由于处在较低的营养级，所以产量很高。大型鱼类（如鳕鱼）幼体可摄食浮游生物，成体则捕食其他鱼类。大型的大洋鱼类（如金枪鱼和鲹科鱼类）则属食鱼的种类。一些底栖鱼类（如舌鳎）只摄食底栖生物（蛤、蠕虫和甲壳类），另一些底栖鱼类（如鲽、鲆）则摄食小鱼。珊瑚礁鱼类比较特殊，适应于摄食珊瑚虫和珊瑚礁等其他生物。

生活于海洋中层（300～1000m）的鱼类有1000多种，其中大多数种类个体较小（25～70mm），其中有300多种巨口鱼类，具典型的大颚，上有很多尖齿，捕食浮游动物、乌贼和其他鱼类。很多种类的消化器官伸缩性很强，可容纳大型猎物。另一类是灯笼鱼，有200～250种。以上两种鱼类都具有发光器，有共生的发光细菌，发出的光作为诱饵、寻找猎物或配偶用。

深海（超过1000m深）鱼类较少，其中主要是鮟鱇鱼类，同样有发光器，有些鮟鱇鱼的雄体附着在雌体上。由于深海生物数量稀少，这类“雌雄同体”有利于繁殖后代。