第五章 深邃海洋

※ 海洋面積約占全球 70.8 ％，陸地面積僅 29.2 ％ 海洋：陸地＝ 7 ： 3( 全球 ) 南、北半球海洋和陸地分布 位置陸地百分比：海洋百分比 北半球 39.3 ％ ： 60.7 ％ ＝ 2 ： 3 南半球 19.1 ％ ： 80.9 ％ ＝ 1 ： 4 ※陸地大多在北半球，南半球則以海洋為主。 ※『洋』：面積廣闊，鹽度穩定，具有獨立的潮汐和海流。 全球約分三大洋：太平洋、大西洋及印度洋。 ※『海』：面積較小，緊接陸地，受河流的影響故鹽度較不穩定。

海洋現場觀測 - 主要透過海洋研究船帶儀器進行測量 研究船 2 、或利用固定式、錨定平台或漂流式觀測工具觀測海洋 3 、主要收集資料 : 海水的成分、特性及海流、波浪和潮汐 ; 海洋生物 4 、利用地震波、岩心鑽探、沉積物收集等方法觀測海洋地質

5  ３  1 海洋觀測 海水溫度、鹽度等性質，一般由海洋研究船上的 鹽溫深儀 (CTD) 和採水器測量 鹽溫深儀 (CTD) －含鹽量會影響導電度，故由導 電度推鹽度、溫度直接測量、深度由壓力推論。 Ｐ（水壓）＝ｈ（水深度） ×d （海水密度） 傳統使用南森瓶來取樣並測量海溫 現今多使用輪盤式採水器和鹽溫深儀並用 海水占地球上 總水量 97% ， ７５ % 海水溫度 ０～５℃ 鹽度約佔 3.４% ～ 3.5% (= 35‰ ) 海水溫度鹽度變化都具有一定的範圍

常見的海洋觀測儀器 ( Ⅰ ) 簡稱 CTD 鹽溫深儀

鹽溫深儀〈 CTD 〉測量項目 1. 測量海水的導電度換算成鹽度 2. 測量海水的溫度 3. 測量海水的壓力 換算成深度 〈 conductivity 〉 〈 temperature 〉 〈 depth 〉

常見的海洋觀測儀器 ( Ⅱ ) 採水器 測量：海水的成分和特性 南森瓶 附有顛倒溫度計 輪盤式採水器 早期利用： 目前採用：

南 森 瓶南 森 瓶

採水瓶 鹽溫深儀 輪盤式採水器

海水的成分 : 由多至少依序 : Cl -  Na +  SO 4 2-  Mg 2+ …

海洋觀測 海水成分的變化量 在一定的範圍內 75 ％的海水溫度為 0~5 ℃、 鹽度為 3.4~3.5 ％ ( 斜線區域 )

海水中的六大鹽類為 海水中的營養鹽有那些？ NaCl MgCl 2 MgSO 4 CaSO 4 K 2 SO 4 CaCO 3 硝酸鹽亞硝酸鹽矽酸鹽磷酸鹽 ※ 表層海水 ＜ 深水層海水【營養鹽濃度】 ※ 湧升流將深水層中的營養鹽帶到表層 形成漁場

副熱帶高壓帶 20º 至 30º 之間  蒸發量較大 + 降雨量較少  鹽度較大 (3) 近陸地  河川注入淡水  鹽度較低 一般 : (1) 蒸發量大、海水結冰  鹽度大 (2) 降雨量大、海水融冰  鹽度小 影響海水的鹽度的因素 : 低緯度赤道地區  蒸發量大 + 降雨量最大  鹽度較小 南、北極  降雨量少 + 融冰後沖淡海水  鹽度最低

那一緯度的鹽度量最大？ 28˚ 那一緯度的鹽度量最小？ 8˚8˚ 8˚8˚ 赤道～南北緯 40˚ 的地區 鹽度與 ( 蒸發量 – 降水量 ) 有高度相關 28˚

太平洋平均鹽度的垂直變化 34.6‰ ～ 34.9‰ 深層海水 淺層海水 鹽度隨深度下降 鹽度隨深度增加

海水溫度的垂直分層

：夏、冬海水溫差大 海水的分層現象 低緯度區最明顯 中緯度區會隨季節變化 高緯度區不明顯

赤道 中緯

二氧化碳 隨深度越深 含量越多 氧的含量 因表層植物 行光合作用 故較多 海水中的氣體分布：

海水運動觀測－波浪觀測、潮位觀測、海流觀測 （ｐ：１００） １、波浪觀測：浮球測波儀和海下超音波波浪儀 海下超音波波浪儀 方法 : 從海底以纜線綁住浮球， 浮球內裝加速度觀測儀， 測浮球隨波浪運動之垂 直加速度，再換算成波 高和週期。 ※ 浮球內有無線電發報器 ，可以將資料傳回陸地 接收站 。 方法 : 將超音波收發器訊 號器固定於海面下， 超音波側達水面會有 部分反射，由發收時 間差和波速可計算水 面與波浪儀之距離， 進而得知波高和週期

驗潮站： 常建在受風浪影響較小之處，如港口 特色：精確觀測潮汐水位變化，可過濾海浪波動 儀器：超音波式潮位儀  操作：放在穩定井內水面上方，超音波 從儀器發射後， 遇水面反射超音波訊號，再被儀器接收，計算其音 波來回時間來量測水面至感應器間之高度。  原理：由發收超音波的時間差【 Δ t 】量測水面到儀器間 的高度【 h 】，即可得知潮位高低。因傳導介質之 h 溫度會影響音波的傳導，需作溫度校正。 h = v Δ t/2

２、潮汐觀察可設置測潮杆或觀測平台來觀察變化 ３、洋流觀測一般分為定點觀測和漂移觀測 定點觀測用海流儀加裝重錘固定位置，可以測得 洋流流速及流向 漂移觀測使用浮標，得知洋流的路徑

以海流儀做定點測量

用拖傘帶動浮標可測洋流軌跡

用衛星追蹤浮標可知洋流軌跡

全球海面平均洋流圖

第一天 第二天 月球一天轉 360° 30 天 = 12°/ 天 地球再自轉 360° 24× 60 分 = 12° x分x分 x = 50 分鐘 潮汐每日延遲 Earth 因月球公轉潮汐每天延遲 50 分鐘的原因 Moon

高潮 低潮 滿潮 乾潮 落潮流落潮流 漲潮流漲潮流 潮差潮差 12h25m 24h50m 潮汐的週期

例題 : 若 5 月 2 日第一次滿潮為 03 ： 00 則 5 月 4 日第一次乾潮為幾點 ? 5月2日5月2日 03 ： 00 5月4日5月4日 04 ： ： ： 40 = 04 ： ： 12.5 = 10 ： 52.5

大潮示意圖 因為月、日大致在同一直線上 潮差最大時稱為大潮 初一、二 十五、十六 望朔 新月滿月

因為月、日大致成 90° 引潮力抵銷 潮差較小稱為小潮 初七、八 二十二、二十三 下弦 上弦 眉月 小潮示意圖

深海探測工具 海水深度每 增加 10 公尺 ，水壓約增加 1 大氣壓 要潛入深海要靠著潛水船 測量海底深度我們使用的方法是聲納 聲納及衛星導航定位裝置，進行海底深度測量可繪製海底地形圖 利用 聲波反射的原理

若在海中，聲納所發出的波速 度為 1500m/s ，接受器於 3 秒後 收到反射波。 例題： a 、則此處的深度約為多少？ 1500m/s × 3 2 = m b 、位於海底地形的何處？？

海洋平均深度為 3.8 公里，依照地形和深度可以 分為 １大陸邊緣－－位於大陸與海洋盆地的過渡區 （１）大陸棚 （２）大陸坡 （３）大陸隆堆 ２洋底盆地：介於大陸邊緣和中洋脊之間 （１）深海平原 （２）海底山 （３）洋底隆起 （４）海底高原等地形 ３中洋脊：為玄武岩質岩漿湧出形成，如大西洋的 冰島 5  １  2 海底地形

地表各種地形所佔的比例

(A) 熱點所形成的島鏈 (B) 夏威夷群島 岩漿在板塊中的熱點湧出堆積而成海底山 當板塊運動的時候，會形成鏈狀的海底山如夏威夷群島

地表起伏示意圖，橫軸與距離無關 海底地形

大陸邊緣 大陸棚 海溝 大陸緣積 2500m 4000m 大陸坡 洋底盆地 2250 m 200m

破裂帶破裂帶 洋底盆地 大陸邊緣 海 底 地 形 大陸棚大陸棚 大陸斜坡大陸斜坡 大陸緣積大陸緣積 中洋脊斷裂谷中洋脊斷裂谷 海底火山海底火山 海溝海溝

台灣位於板塊邊界，具有相當多的海底地形 西部海域大部分地區為平緩的大陸棚地形， 澎湖水道為冰河時期大陸東南河川的出口， 西南部有河道延伸的海底峽谷，如高屏峽谷 5  2  3 台灣附近的海底地形

東部海域深度驟降，有大陸坡、島弧、海溝、 海槽等地形 東北部和東部的大陸坡上分布海底峽谷，部分 為濁流切蝕造成 －東北由宜蘭向東北延伸為沖繩海槽，南方一系 列火山島為琉球島弧 －東南部綠島、蘭嶼向東南延伸為呂宋島弧，島 弧東邊深度驟降 4000 公尺 5  2  3 台灣附近的海底地形－東半部海面

台灣附近的海底地形

大陸棚 北 西 東 南 大陸坡

水團 表面洋流由風的吹送造成的，深海的部分靠的 則是密度的不同而移動 密度流延伸到全球各大洋，形成海水交換

(B) 大西洋南北縱向 垂直鹽度剖面 5  1  2 水團 (A) 大西洋南北縱 向垂直海溫剖面

在地理、氣候條件 相近，形成一團物 理性質有別於周遭 海水的水體，稱為 水團 水團的溫度跟鹽度 具有一定的特性， 移動的時候也會保 持此特性 溫鹽圖可以幫助我 們辨識不同海域的 水團或是追蹤海水 流向 水團

(A) 台灣 東部 海域 海水 的溫 鹽圖 (B) 台灣 西南 海域 海水 的溫 鹽圖

全球環流在北大西洋格陵蘭附近因溫度低，加 上結冰析出鹽分，密度較大下沉，冷水向南移 到南極洲並向東流入印度洋和太平洋，最後上 升由表面流回南大西洋，形成溫鹽環流。 溫鹽環流的速度每天數公尺

水深變淺 → 波長縮短 → 波高加大 波浪傳至近岸時波浪的變化 水深越淺的地方，波速越慢

水深不到波長的一半，則其傳播速度為 V = （ d 為水深） 水深超過半個波長，則其傳播速度為 V = （ g 為重力加速度， L 為波長）

凸出的海岸有凝聚波浪的效果，能量強 較易受侵蝕 凹的海灣使波浪前進方向發散， 能量減弱 以沉積為主

碎浪會沖刷海岸，也會形成沿岸流 搬運泥沙，改變海岸地形 沿岸漂移方向 沖流回流

海洋沉積物 海洋沉積物可以推測環境的變遷 : 溫度、降雨量 等古環境與古氣候 海洋沉積物的來源有 : 陸源、生物源、自生源、 太空源 深海地區沉積物為陸源黏土礦物、未被溶解生 物遺體、太空源沉積物，其中含鐵礦物因氧化 成褐色稱為紅泥

浮游生物骨骼可組成生物軟泥 5  2  4 海洋沉積物

(A) 錳核分布 (B) 錳核照片 5  2  4 海洋沉積物 (A) (B)

全球海洋沉積物分布

最早的海洋鑽探為 1968 年的挑戰者號 1985 年起國際合作的海洋鑽探計畫 (ODP) ，鑽 取非常多的海洋岩心 後來的整合性海洋鑽探計畫 (IODP) 和日本主導 的 21 世紀海洋鑽探計畫 (OD21) 是目前海洋鑽探 的工作 海洋觀測計畫－ 海洋鑽探的發展

挑戰者號鑽取地中海岩心 5  3  1 海洋觀測計畫

海洋鑽探計畫 (ODP) 的鑽探船 5  3  1 海洋觀測計畫

衛星遙測 衛星遙測技術可以更有效率的獲得大範圍 的資料，也不會受到天候的影響 除了海溫之外，也可以利用雷達波測量海 水高度變化，推測波浪起伏跟表面風場 台灣的衛星福爾摩沙一號拍攝海洋水色， 得到葉綠素分布資料，可應用在漁業跟環 境保育上 5  3  1 海洋觀測計畫

海洋監測的重點在於保護環境、降低海洋污染 海域被污染會造成生態失衡，政府制定了海洋污 染防治法，持續發展海洋監測系統 海洋監測

湧升流湧升流 正常年 水的溫度較同緯度海水低，常有營養鹽

赤道 正常年 水的溫度較同緯度海水低，常有營養鹽 湧升流湧升流

暖水暖水 冷水冷水 氣流 海流 海溫較低 氣壓較低氣壓較高 正常年

暖水暖水 冷水冷水 海流 氣流 海溫約上升 1°C 氣壓較低 氣壓較高 氣流 氣壓較高 聖嬰年

大溪地與澳洲達爾文港兩地的氣壓差值 SOI 紅色超過一個標準差為聖嬰年 南方震盪指數 (SOI) 定義聖嬰事件 年

海洋污染源統計 5  3  2 海洋監測

波浪破碎後會產生與海岸平行的沿岸流 當波浪前進方向沒有垂直海岸時 波浪對海岸的影響

沿岸流會搬運泥沙，形成漂沙 沿岸流 沿岸流是沙岸沉積物主要的搬運營力 水深處波速快 水淺處波速慢

主要有 岩壁、海階、沙灘及礫灘 岩壁、海階是以侵蝕作用為主 沙灘、礫灘是以沉積作用為主 臺灣的海岸地形

臺灣與離島的海岸線總長約 1,600 公里 礫灘 沙灘沙灘 岩壁 海階

海岸環境人為的變遷－興建海堤及防波堤造成突堤效應