水文地質(zhì)學課件ppt版 02-02 湖水噴發(fā)與深海生物（氧）

湖水噴發(fā)

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深海有無動物？高宗軍2011-04-22湖水熱動態(tài)thermalregimeoflakewater

湖泊熱量平衡和湖水溫度的變化。湖水吸收凈輻射熱量，同時通過水面蒸發(fā)、湖水紊動和對流等，在湖水內(nèi)部、湖水與大氣、湖水與湖盆間進行熱量交換。在交換中，湖水儲熱量增加，湖水增溫；反之，則降溫。一年內(nèi)由于太陽輻射強度的變化，引起水溫季節(jié)的變化。同時由于水的物理特性和湖盆形態(tài)等影響，水溫呈有規(guī)律的空間分布。1779年H.B.de索絮爾測量瑞士湖泊水溫，開始了湖水溫度的科學調(diào)查。1819年H.T.德拉比切提出湖水溫度分層概念。湖水熱量平衡指一定時段內(nèi)湖泊或其部分水域的熱量收支狀況。一定時段內(nèi)熱量收入與支出之差等于該湖泊或其部分水域蓄熱量的變量。收入項主要有：湖水吸收太陽凈輻射、大氣長波輻射、湖面降水帶來的熱量、由于湖面凝結(jié)放出的潛熱量、大氣通過對流傳給湖水的熱量、湖水自湖盆吸收的熱量和入湖徑流帶來的熱量。支出項主要有：湖水長波輻射、湖水蒸發(fā)損失的熱量、湖水傳給大氣和湖盆的熱量、湖冰消融消耗的熱量和出湖徑流帶走的熱量等。湖中生物作用和化學反應的熱量，風浪和湖流消耗的熱量，湖岸輻射等熱量甚微，一般略而不計。上述收入項與各支出項之差，即為湖泊蓄熱量的變化。

水溫的時間變化湖水的溫度有日變化和年變化。①日變化。表層湖水最低溫度一般出現(xiàn)在5～8時，最高水溫出現(xiàn)在14～18時。表層水溫的日變化幅度較大，且因季節(jié)和地區(qū)不同而異。中、下層湖水因水的熱導率小，日變幅隨深度逐漸減小。中、下層湖水變化比上層湖水的溫度變化滯后。表面水溫日變幅約為湖面氣溫日變幅的20～70％。②年變化。溫帶雙循環(huán)湖一年內(nèi)的水溫變化可分為四個階段：春季增溫期，自熱量平衡收入項大于支出項時開始。在開敞的湖泊，水溫由一年中最低點開始穩(wěn)步上升，在封凍的湖泊，則自水面冰雪消融完后，水溫即逐步上升；夏季增溫期，水溫持續(xù)上升，最高水溫出現(xiàn)在7月或8月，與氣溫極值比較，滯后半個月至1個月；秋季冷卻期，自湖水收入的熱量小于支出的熱量開始，水溫逐漸下降；冬季冷卻期，水溫持續(xù)下降，在結(jié)冰的湖泊，直至零度，水面結(jié)冰。在不結(jié)冰的湖泊，1、2月份出現(xiàn)最低溫度。湖泊水溫年變化比氣溫年變化幅度小。水溫的空間分布湖泊水溫的垂向和橫向分布均有變化。變化的原因，一是水氣交界面上的增溫與降溫;另一是湖泊內(nèi)部熱量的再分配。一般，湖水在溫度接近4°C時密度最大，當密度隨深度增加時，湖水穩(wěn)定；密度隨深度減小時，產(chǎn)生對流混合，發(fā)生上下循環(huán)，或稱翻轉(zhuǎn)。如融冰之后，湖水增溫，表面水的密度增加，水團下沉，湖水上下循環(huán)。當湖面增溫至4°C以上，上下循環(huán)終止。秋冬時期，湖水冷卻，也發(fā)生類似過程，當湖面冷卻至4°C以下時，這一過程即告停止。水溫的垂向分布。溫帶雙循環(huán)湖有下列情況：①夏季，表層水溫較高，底層較低，但不低于4°C，稱為正溫成層；②秋季，表面冷卻引起湖水循環(huán)，湖水上下層溫差與密度差逐漸減小，當上層水溫接近4°C時，形成同溫現(xiàn)象；③冬季，當溫度降至4°C以下，表層水溫較低，底層較高，但不高于4°C，稱為逆溫成層；④春季，湖泊解凍以后，湖面開始增溫，引起湖水循環(huán)，當上層水溫接近4°C，再度形成上下同溫現(xiàn)象。在淺水湖泊，一日之內(nèi)可出現(xiàn)兩次同溫現(xiàn)象。溫帶中等深度湖泊或深水湖泊，夏秋季節(jié)，水溫分層明顯，根據(jù)水溫垂向分布特征，可分為三層：表層，增溫易，由于風力引起混合，水溫分布較勻，其厚度約4～20米，決定于增溫程度、風力大小等因素；中層，也稱溫躍層或溫斜層，其特征為溫度變化急劇，在炎熱的夏季，上下溫差甚至可大于20°C；底層是較冷的一層，水溫分布又趨于均勻，60米以上深水湖，底層水溫約在5～10°C左右。淺水湖泊在晴朗無風的炎夏，可能產(chǎn)生短暫溫躍層。水溫的橫向分布在不同湖泊并不相同，造成差異的原因有：①水深，由于水的熱容量大，春季增溫時，岸濱帶水溫高于深水區(qū)水溫；秋季冷卻時，出現(xiàn)岸濱帶水溫低于深水區(qū)的相反現(xiàn)象。②風，風力可促使湖水混合，調(diào)勻水溫，對于面積大，岸線平直的湖泊，尤為顯著。但風引起的湖泊增減水把較暖的表層湖水驅(qū)向迎風岸，較冷的低層湖水補償背風岸，形成兩岸水溫差。③水質(zhì)，咸水湖水溫平面分布差異一般比淡水湖大。④水源，冰川源湖泊的河口處水溫較低于湖中及下游處的水溫。⑤人類活動，在冷卻水排放口附近的水溫高于湖泊其他部分的水溫。湖水噴發(fā)的條件常年氣溫恒定（或變化很小）湖水上下之間沒有循環(huán)下部有含碳氣體的蓄積作用瞬間的擾動作用二氧化碳洗井學科：鉆探工程詞目：二氧化碳洗井英文：carbon-dioxidewellflushing釋文：水文鉆探及供水鉆井中增加出水量的一種洗井方法。二氧化碳在高壓下呈液態(tài),灌裝于高壓鋼瓶內(nèi)。數(shù)十個液化二氧化碳鋼瓶、每個鋼瓶出口裝減壓閥聯(lián)集到總管匯上，打開各閥門,液態(tài)二氧化碳在瓶內(nèi)壓力的作用下灌注入鉆桿內(nèi),從井內(nèi)鉆桿出口處,迅速氣化并膨脹。壓力能的聚集,當壓力超過井內(nèi)水柱壓力,隨之突然噴發(fā),將井內(nèi)的水柱以氣水兩相混流噴出井口,產(chǎn)生氣舉作用。由于快速的氣舉噴流,和負壓造成的壓力激動作用,使含水層被堵塞的通道疏通。待液態(tài)二氧化碳全部灌入井內(nèi),連續(xù)地噴發(fā)十數(shù)分鐘后,井內(nèi)的沉淀物、堵塞物、過濾管上的結(jié)垢,都能被沖開帶走,含水層通道暢通,水被誘導連續(xù)流出,出水量會大大增加。二氧化碳洗井之前,對地層預先進行一下酸處理,將更有效地增加出水量。海洋生態(tài)&氧及其來源海冰及其物理性質(zhì)

海洋中各種形式的冰稱為海冰。海冰和冰山是高緯海區(qū)特有的海洋水文現(xiàn)象。海冰可以是由海水凍結(jié)而成，也可以是滑入海中的大陸冰川、河流淡水冰。世界大洋約有3％～4％的面積被海冰覆蓋，是海洋水文學的重要研究內(nèi)容之一。這里討論的主要是海水凍結(jié)冰。從海水最大密度溫度與冰點溫度隨鹽度變化圖（圖5-5）中可以看出，海水最大密度溫度隨鹽度的增大而降低的速率比其冰點隨鹽度增大而降低的速率快。即當鹽度低于24.695時，海水結(jié)冰情況與淡水相同；當鹽度高于24.695時(海水鹽度通常如此)，海水冰點高于最大密度溫度，海水結(jié)冰情況就與淡水不同。當海面降至冰點，因為源于海水增密的對流混合作用，海水不能結(jié)冰。只有當對流混合層的溫度同時到達冰點時，海水才會開始結(jié)冰。海水的結(jié)冰，主要是純水的凍結(jié)，會將鹽分大部排出冰外而增大了冰下海水的鹽度，既加強了冰下海水的對流又降低了其冰點，所以使冰下海水繼續(xù)凍結(jié)的速度大大減緩。按結(jié)冰過程的發(fā)展階段可將海冰分為初生冰（最初形成的針狀或薄片狀的細小冰晶）、尼羅冰（初生冰繼續(xù)增長，凍結(jié)成厚度10cm左右有彈性的薄冰層）、餅狀冰（圓形冰盤狀的海冰）、初期冰（由尼羅冰或冰餅形成的較厚的冰層）、一年冰（由初期冰發(fā)展而成的厚冰，厚度為30cm至3m，時間不超過一個冬季）和老年冰（至少經(jīng)過一個夏季而未融化的冰）。按海冰的運動狀態(tài)可將海冰分為固定冰和流冰兩類。固定冰是與海岸、島嶼或海底凍結(jié)在一起的冰。當潮位變化時，能隨之發(fā)生升降運動。流(浮)冰是自由浮在海面上，能隨風、流漂移的冰。(不包括由大陸冰川或冰架斷裂后滑人海洋中的冰)。海水溶解氧:溶解在海水中的氧是海洋生命活動不可缺少的物質(zhì)，其含量在海洋中的分布，既受化學過程和生物過程影響，還受物理過程的影響。其來源主要是大氣和植物的光合作用。大氣中的游離氧能夠溶入海水，海水中的溶解氧能夠逸人大氣，在海～氣界面上的這種交換，通常處于平衡狀態(tài)。因此，海水中氧的消耗，可以從大氣得到補充。浮游植物在有光的環(huán)境里，通過光合作用，吸收二氧化碳和海水營養(yǎng)鹽，而制造有機體和釋放氧；在無光環(huán)境里，通過呼吸作用使一些有機體被氧化，消耗氧而釋放二氧化碳。由于氧在海水中的溶解度隨溫度的升高而降低，隨海水鹽度的增加而減少，在浮游生物生長繁殖的海域，表層海水的溶解氧含量既有晝夜變化，也有季節(jié)變化，加上海流等因素的影響，因此溶解氧在海洋中的分布是不均勻的。按照溶解氧垂直分布的特征，常把海洋分成3層(圖5-6)：①表層——風浪的攪拌作用和垂直對流作用使氧含量出現(xiàn)極大值。②中層——在表層之下，由于下沉的生物殘骸和有機體在分解過程中消耗了氧，使氧含量急劇降低而出現(xiàn)氧含量的極小值深度。③深層——在氧含量極小值水層之下，氧含量隨深度而增加。海水中的溶解氧不僅為海洋生物提供了生存環(huán)境，而且使海水處于氧化環(huán)境；缺氧的海水中屬于還原環(huán)境。這些嚴重影響海水中的一切物理化學及生物作用過程。海洋中的氧海流分類海流按其水溫低于或高于所流經(jīng)的海域的水溫，可分為寒流和暖流兩種，前者來自水溫低處，后者來自水溫高處。表層海流的水平流速從幾厘米/秒到300厘米/秒，深處的水平流速則在10厘米/秒以下。鉛直流速很小，從幾厘米/天到幾十厘米/時。海流以流去的方向作為流向，恰和風向的定義相反。

海流按其成因大致可分為以下幾類：漂流由風的拖曳效應形成的海流。地轉(zhuǎn)流在忽略湍流摩擦力作用的海洋中，海水水平壓強梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力平衡時的穩(wěn)定海流。潮流海洋潮汐在漲落的同時，還有周期性的水平流動，這種水平流動稱為潮流。補償流由另一海域的海水流來補充海水流失而形成的海流。有水平補償流和鉛直補償流河川泄流由于河川徑流的入海，在河口附近的海區(qū)所引起的海水流動稱為河川泄流。裂流海浪由外海向海岸傳播至波浪破碎帶破碎時產(chǎn)生的由岸向深水方向的海流。順岸流海浪由外海向海岸傳播至破碎帶破碎后產(chǎn)生的一支平行于海岸運動的海流。深海魚深海魚（deep-seafish），分屬十多個科，特征是口大、眼大，身體某一或某幾部分有發(fā)光器。見于大洋深處的硬骨魚綱(Osteichthyes)魚類，通常在600～2,700公尺(2,000～9,000尺)以下。發(fā)光器既用于誘捕獵物，也用于引誘配偶。深海魚分類分屬十多個科，特征是口大、眼大，身體某一或某幾部分有發(fā)光器。發(fā)光器既用于誘捕獵物，也用于引誘配偶。深海魚在進化過程中為適應壓力極大，極寒冷和黑暗的生存環(huán)境而形成了這些特殊習性。深海魚的棲息地是世界上最特殊的。由于深海中的競爭不如岸邊或淺海中那么激烈，使許多原始類群得以存活至今。最重要的深海魚類群有深海垂釣魚、蝰魚及毛口魚。深海垂釣魚屬角鮟鱇亞目(Ceratioidei)，它們誘捕獵物的方法是搖動脊鰭的鰭棘作為誘餌；蝰魚屬蝰魚科(Chauliodontidae)，有許多夾狀牙，是可畏的掠食性魚；毛口魚屬鉆光魚科(Gonostomatidae)，是世界上數(shù)量最多的魚類。線鰻科科名：Nemichthyidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：中層及深海底棲特征：吻部極端延長，成熟雄魚下顎較上顎短且無法閉合。眼大體長具胸鰭，背鰭、臀鰭及尾鰭相連在一起。Labrichthys與Avocettina此兩屬的脊椎骨數(shù)在170-220間；而Nemichthys此屬脊椎骨數(shù)超過750節(jié)其他：全世界共有3屬9種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬1種。俗稱線鰻是因體長如鰻一般細長，卻又比鰻的體型細，如線般細細長長故而稱之鼬鳚科科名：Ophidiidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：中層及深海底棲

特征：背鰭較臀鰭長或與臀鰭等長，肛門及臀鰭位于胸鰭末端下方。具鱗，許多種類鰓蓋上有棘。最大的種類Lamprogrammus

shcherbachevi(希氏軟鼬鳚)可以長至2m其他：全世界共有47屬218種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)5屬7種。此科的分布極廣，可由100m至2000m海底皆發(fā)現(xiàn)其蹤跡，在深海的種類甚至眼睛退化至全無或只剩皮瓣痕跡，外型變化眾多但皆為底棲性魚類，屬于廣布性的一科燧鯛科科名：Trachichthyidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：具眶蝶骨，腹鰭1硬棘,軟條6-7；背鰭硬棘3-8，軟條10-19；臀鰭硬棘2-3，軟條8-12。腹部鱗具鱗脊。種間的鱗差異頗大，部分種類具有發(fā)光器，最大可長至55cm其他：全世界共有8屬44種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)3屬3種。此科的魚分布深度由100m-1500m。在某些地區(qū)(如澳洲)此科的其中一種具有相當?shù)聂~類資源，為重要的漁獲對象，一次捕獲量甚至達到數(shù)百公噸，但在臺灣地區(qū)目前僅捕獲到體型較小的種類，對于其魚類資源仍有待開發(fā)合鰓鰻科科名：Synaphobranchidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：中層及深海底棲特征：鰓孔位在身體下方介于胸鰭之前，少數(shù)幾種胸鰭退化。脊椎骨數(shù)110-205其他：全世界共有9屬30種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)4屬8種。合鰓鰻顧名思義鰭兩邊的鰓孔雖然是分開，但鰓外部的皮瓣相連接，像兩個鰓合在一起而稱之新燈籠魚科科名：Neoscopelidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：體側(cè)扁，上顎骨細長且由三塊軟骨組合而成，不具眼下骨。臀鰭起點遠離背鰭。部分種類具有發(fā)光器。大多為圓鱗而Solivomer此屬為櫛鱗，而Scopelengys

此屬不具鰾，其他皆有鰾。脊椎骨數(shù)29-35節(jié)最大可至30cm。其他：全世界共有3屬6種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬3種。此科的魚與燈籠魚科的魚極為相似，兩者大多都具有發(fā)光器，而此科的魚較大且體色偏紅，可與燈籠魚科作一區(qū)別。燈籠魚科科名：Myctophidae

地理分布：全世界深度分布：中層及深海底棲特征：脂鰭是由一盤狀軟骨支撐，具眼下骨。臀鰭起點在背鰭下方或略后。頭部及身體具有整排或幾組的發(fā)光器，僅一種不具。多數(shù)為圓鱗而其中四種為櫛鱗，皆具鰾，脊椎骨數(shù)28-45。其他：全世界共有31屬225種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)5屬17種。此科魚種類頗多，但體型偏小約為5cm左右，為海洋中其他肉食性魚類重要的捕食對象。已有許多研究證實其具有每日垂直遷移的情形，遷移距離甚至超過數(shù)百公尺，豐度分布日間最多在300至1200m間；而夜晚最多在10至100m。黑頭魚科科名：Alepocephalidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：齒小而鰓耙多且長。鰓蓋骨鰭條數(shù)5-13.許多種生活在超過1000m的水層。其他：全世界共有17屬95種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)2屬3種。此科的特征在于頭部與身體的顏色不同，較為常見的種類即是頭部呈現(xiàn)黑色俗稱油魚的黑頭魚。紅口仿鯨科科名：Rondeletiidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：頭部箱型，皮膚表面光滑。側(cè)線是由14-26組垂直的感覺孔組合而成。尾部軟骨3塊，脊椎骨數(shù)24-27。其他：全世界共有1屬2種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬1種。此科不具鱗片，側(cè)線感覺孔呈現(xiàn)縱向排列為其特征。稚鱈科科名：Moridae

地理分布：全世界深度分布：底棲特征：背鰭一或二少數(shù)為三，臀鰭一或二。下顎須有或無，若具齒齒細微。鰾與耳石相連以收集聲音。其他：全世界共有18屬87種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)3屬5種。此科為底棲性魚類，分布由淺海至2500m皆有分布。此科的魚腹面常具有發(fā)光器，而呈現(xiàn)黑色。銀眼鯛科深海魚科名：Diretmidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：無側(cè)線，背鰭及臀鰭不具棘。背鰭軟條24，臀鰭19-22軟條。腹部具鱗脊。脊椎骨數(shù)20-32，最長可達37cm。其他：全世界共有3屬4種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)2屬2種。寬咽魚科科名：Eurypharyngidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：鰓孔小，與吻端距離長于與肛門的距離。鰓條骨數(shù)5，內(nèi)臟游離骨數(shù)6。口非常大，齒小，胸鰭亦不明顯。其他：全世界共有1屬1種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬1種。背部具有發(fā)光器，無垂直遷移的現(xiàn)象。海蜥魚科科名：Halosauridae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：前上頷骨及頷骨具齒，背鰭在肛門前，且具9-13軟條無硬棘。凹陷狀的側(cè)線延伸整個身體，而鱗片較大的側(cè)線孔在身體兩側(cè)，約為30個側(cè)線鱗數(shù)。其他：全世界共有3屬15種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬1種。爐眼魚科科名：Ipnopidae

地理分布：大西洋、印度洋及太平洋深度分布：深海底棲特征：眼小或退化成盤狀。無幽門垂，背鰭軟條8-16，臀鰭軟條7-19，胸鰭軟條9-24。鰓條骨數(shù)8-17，脊椎骨數(shù)44-80，Bathypterois此屬中18種具有延長之胸鰭、腹鰭與尾鰭。其他：全世界共有6屬29種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬2種。此科的魚屬于底棲性魚類，會利用延長的腹鰭及尾鰭站立在海底，而呈現(xiàn)三角形，故另有俗名稱之為三角魚?？最^魚科科名：Melamphaidae

地理分布：除地中海及北極海外其他海洋深度分布：深海底棲特征：背鰭具有1-3個小棘，胸鰭1硬棘，6-8軟條。尾鰭前端具3-4棘.具圓鱗，鱗大但易脫落。無側(cè)線或只有1-2個側(cè)線孔，脊椎骨數(shù)24-31。其他：全世界共有18屬87種，而臺灣地區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)1屬1種。眼部具有眶蝶骨背棘魚科科名