波浪介紹
波浪介紹 (Ocean Wave)
國立臺灣師範大學地球科學系林幼淳碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯
波浪運動為週期性或是近似週期性的運動。波形前進時,能量沿著運動方向傳遞過去,水分子僅在原地作圓周運動,而非本身介質傳遞。
地球引潮力(Tidal Force)
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師
在做潮汐現象的教學時,多數學生會死記「地球自轉一圈會經過2次滿潮和2次乾潮」,但常常只能說出地球面向月球一側,海水受到月球萬有引力的影響而發生滿潮,對於另一側的地球海水為何會是滿潮現象卻不能詳述。影響地球的潮汐水位高低的引潮力,主要受兩種力所影響,一為地月對偶旋轉離心力,另一為萬有引力,以下分述。
「地月對偶旋轉離心力」是指月球繞地球公轉時,兩者是繞著月球和地球的質量中心Cem旋轉,而非地球的球體中心Ce旋轉,故在背向月球的位置會產生「地月對偶旋轉離心力」。因為月球和地球是同步旋轉,所以此力在地球內外任何一點、任何時間下,必定完全大小相同且方向一致,即是與Cem和Ce的連線平行,且背向月球方向,如圖中藍色箭頭所示。
艾克曼海水運動(Ekman Current)
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師
極表層的洋流主要是由風吹海面所造成,當風吹拂海面時,水與風之間的摩擦力導致表層海水流動,海水在流動的同時,一方面因為科氏力的影響會向右偏約45度(南半球向左偏),另一方面摩擦力也會帶動下一層的海水運動,然後一層帶動一層,流速隨深度逐漸減小,流向亦隨深度增加而呈順時針(南半球逆時針)旋轉,一直到摩擦力影響不了的深度,使各層海水的流向形成螺旋狀的分布,即為艾克曼螺旋(Ekman Spiral)。被驅動的整層水平均流動方向會往風的右邊90度前進(南半球偏左),我們稱為艾克曼傳輸(Ekman Current)。
海水酸化的影響(Ocean Acidification)
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯
海洋是二氧化碳的最大儲存場所,每年大約有20億噸的溫室效應氣體儲存於海洋並形成碳酸。由長期的監測資料得知,18世紀以來海洋中的酸化程度已經增加了10%,有些研究認為珊瑚礁體的建造速度因此而嚴重地減緩。雖然許多研究證實海水酸化會影響珊瑚礁生長,但都是侷限在水族箱中的基礎實驗,而真實的情況比實驗室中複雜許多,例如藻類的光合作用和動物的呼吸作用,都會影響海中二氧化碳的含量,而使海洋的酸度隨著時間有自然的波動。
Chris Martens與Niels Lindquist是美國北卡羅萊納州立大學的海洋生物化學家,他們在一座13公尺長的海下實驗室(Aquarius)中,探究海洋酸化對珊瑚礁的衝擊。他們帶著許多測量儀器來瞭解珊瑚礁在海洋中的生活原貌,這是一種史無前例的真實測量「把實驗室帶入海洋中」測量自然環境下的生物活動與海水酸度變化。
將碳埋入深海(Tucking Carbon Deep into the Ocean)
國立台灣師範大學科學教育研究所羅文鑫碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯
浮游植物能把我們從全球暖化拯救出來嗎?大型長條浮游藻類會從大氣中吸收二氧化碳,但它們捕捉溫室氣體是否有幫助還不確定。現在,數位研究員的報告中提到會吸收並固定鐵元素的浮游植物長期下真正的隔離了二氧化碳。然而,部分科學家提議的緩和氣候變遷計畫中,他們也告誡並反對散播鐵元素到海中,直到我們更了解它對海洋生態系統的影響。
在西南印度洋Corzet海島附近的一小片海洋是大自然鐵元素的來源。部份的水流流經富含鐵元素的區域並從海島北方流出,海島南邊則是缺乏鐵元素。世界海洋中心南安普敦(英國)的生物海洋學者Richard Sanders,他與同僚觀察了這兩個區域的浮游植物。鐵元素在高營養鹽的水中像一種肥料,確實在海島北邊發現許多的浮游植物生長。由於額外的生物量,在海島北邊的水含碳量比南邊的水多兩到三倍,甚至在3000公尺深的海水也是一樣,這個團隊的報告在今天發行的Nature雜誌中。而最重要的,Sanders表示因為當海表面的浮游植物死亡或是被吃掉時,可以將二氧化碳釋放回大氣中,反而在深海的浮游植物卻長期抑制了氣體。
湧升流(Upwelling)
台北市立復興高級中學地球科學科鄧亦翔老師
湧升流是洋流的一種,顧名思義是由下往上升的水流。
湧升流形成的主要原因有二:
ㄧ是由於風力驅使表層海水輻散,造成底部的海水上升補充,屬於補償性的水流。
二是因為地形的關係導致水流上升。
海洋中硬骨魚類製造的碳酸鹽(Inorganic Carbon Cycle)
國立台灣師範大學海環所賴信安碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯
無機碳定義:碳酸鹽類、CO、CO2…都被歸類為無機碳。
海洋中的無機碳循環主要藉由此化學反應的過程,Ca2+ + 2HCO3─ → CaCO3 + H2O + CO2,而這個產生碳酸鹽過程最主要的貢獻者為海洋中的浮游生物,包括圓石藻、有孔蟲…等,它們死後硬殼部份被分解出來,沉降到深海;根據海洋數值模式的估算有平均每年產生 0.7 to 1.4 Pg﹝10 -12克﹞ 的CaCO3 。
然而在這之外,海洋中的硬骨魚類亦會製造碳酸鹽,魚類大量喝海水,海水中有大量的鈣、鎂離子,一般海水中的HCO3─ 濃度約為 2.5 mM,而硬骨魚腸中的HCO3─ ﹝碳酸氫根離子﹞濃度則有 50-100 mM,所以海水經過硬骨魚的腸子後會被鹼性化至 pH 值為 8.5 至 9.2,這使得魚喝進腸中的鈣、鎂離子迅速沉澱為碳酸鹽類,故這些魚類製造出的碳酸鹽,裡面的成分含有大量的鎂。