揭開海水的深層秘密

凌　夫

我們平常接觸到的海水，只是占全部海洋極少部分的表層水。現在，存在于表層水之下的大量海水——“海洋深層水”的相關研究正在進行當中。

流動在深海的終極海水

各式各樣利用潔凈的海洋深層水制造的商品正陸續被開發出來。近年來，“海洋深層水”被視為新興的海洋資源而備受矚目。

什么是海洋深層水?一般來說，水深超過200米的深海中的海水即被稱為海洋深層水。海洋深層水占所有海水量約93％，含量相當大。

水深200米以內、會被太陽加溫的海水是表層水。冬季，表面的海水會因大氣而降溫，并和下方的海水混合，但在太平洋溫帶區，混合的深度也只達水深200米以內，表層水和深層水并不會混合。

表層水和深層水最大的不同是：深層水比表層水要潔凈許多。這是因為表層水所接觸到的工業排水、生活排水及河川的影響等，幾乎都不會波及深層，而且由于水深200米以下的地方，光線幾乎照射不到，光合作用無法進行，植物性浮游生物處于休眠狀態而停止增殖。

日本科學家首先從掌握海洋深層水的特性開始，在1989年就順利地利用取水管取得深層水。日本科學家表示，日本附近的表層水持續遭受污染，但海洋深層水卻是未受污染的、極為潔凈的海水。一般來說，普通的天然鹽會有一點點的顏色，但利用深層海水制出的鹽卻是純白的，這是因為不含有雜質的關系。

此外，深層水一整年水溫都很低而且非常穩定，包含鎂、鈣在內的約60種礦物質都以良好的平衡狀態存在，而且氮、磷、硅、硝酸等無機營養鹽較表層水含量高出數倍到數十倍。這是因為深層水中無法進行光合作用，因此植物性浮游生物所需的必要營養鹽——氮、磷、硅、硝酸等不會被消耗而大量累積，這種深層水所具有的特性被稱為“無機營養豐厚性”。

關于海水的研究

早在17世紀，人們還普遍認為只有表面海水是咸的。1673年，波義耳發表了他研究海水濃度的著名論文，指出所有深度的海水都含有鹽分，從而改變了當時認為只有表面海水是咸的看法。

1772年，拉瓦錫通過化學分析，發現海水中含有多種碳酸鹽、鈉鹽、鎂鹽等成分。到1865年，人們已經從海水中分析出了27種元素。現在人們已經知道，海洋中所儲各種礦物質約500億噸，若鋪于地面，則厚達200米；若裝火車，其長度可從地球到太陽。海洋每年可生成1600萬噸有價值的工業原料。

長期以來，人們認為大洋深處充滿4℃的海水，直到19世紀40年代，通過當時多次的溫度觀測，人們發現大洋溫度會隨深度而逐漸降低，水溫在深層降到1℃左右，在高緯度地區的深層可達到0℃左右。這樣，長期流傳的錯誤觀點被摒棄了。

19世紀，科學家福布斯發現生物種類隨深度增加而不斷減少，提出在海面600米以下沒有動物存在。人們在相當長的時間內對福布斯的觀點深信不疑，因為既然深層海水被認為是停止不動的，其溶解氧將因得不到補充而消耗殆盡；另外估計動物也難以承受深層海水的高壓環境。后來由于多次從海洋深處發現動物，他的這種論點才開始動搖。

此外，一直以來，科學家們認為，鑒于海水是藍色的，那么海洋生物的保護色應該也是藍色的，但最近科學家驚奇地發現，一條在深海里游弋的魚，如果想讓捕食它的捕食者對其視而不見，它體表的保護色應該是紅色，而不是與海水一樣的藍色。美國杜克大學的約翰森通過一個研究光線如何在海水中傳播的數學模型發現，在海平面20米以下的海水里，紅色光線非常均勻地向四周散射。因此，盡管在接近海平面的海水中，藍色的魚更不容易被發現，但在深度大于20米的海水中，紅色的魚更不大可能被捕食者發現。

約翰森說，這個發現使我們更好地理解了這樣一個事實：金槍魚等生活在接近海平面海水中的海洋動物大多是藍色的，而蝦等生活在深海里的海洋動物一般是紅色的。

結冰的海水變淡水?

每到冬季，結冰是不可避免的。海水結成海冰后，其運動時的推力和撞擊力都是巨大的，1912年4月發生的“泰坦尼克”號客輪撞擊冰山，遭到滅頂之災，是本世紀海冰造成的最大災難之一。

但航海者都知道海冰有一種有益的特性，就是海冰所含的鹽度比海水要低得多。海冰年代越老，冰中的鹽分就越少，年代久遠的海冰頂部幾乎全是淡水冰，能夠溶化飲用。為什么海冰會淡化呢?冰是單礦巖，不能和它物共處。水在結晶過程中，會自動排除雜質，以保持其純潔。因此，海水凍結時產生的冰晶是淡水冰。但是，結冰過程往往較快，會使一些鹽分以“鹽泡”的方式保存在冰晶之間，冰晶外壁也黏附上一些鹽分，所以海冰實際上不是淡水冰，還是有咸味的，海冰比海水的鹽度顯然小得多。冰晶間的鹽泡不是靜止不動的，它的濃度高而比重大，因重力而沿冰晶間隙下墜。因此海冰頂部要比底部淡。

留在冰塊里的鹽泡，在氣溫升高到溶點時，往往互相溝通，使鹽汁漏出于冰塊之外，這時海冰表面千瘡百孔。隔年海冰在夏天就因這個緣故排出鹽水，經過若干年后，多年海冰就會變成淡水。

在我國西北地區，有一些地方干旱并且水質苦咸，人們的辦法就是在冬天將冰放在水窯里，春暖花開后，冰就會化成淡水，經這種方法淡化的水，鹽度比平常的水低了60％至80％。

另外，海冰的抗壓強度主要取決于海冰的鹽度、溫度和冰齡。通常，新冰比老冰的抗壓強度大，低鹽度的海冰比高鹽度的海冰抗壓強度大，所以海冰不如淡水冰密度堅硬。

在一船情況下，海冰堅固程度約為淡水冰的75％，人在5厘米厚的河冰上面可以安全行走，而在海冰上面安全行走則要有7厘米厚的冰。當然，冰的溫度愈低，抗壓強度也愈大。1969年渤海特大冰封時期，為解救船只，空軍曾在60厘米厚的堆積冰層上投放30公斤炸藥包，結果還沒有炸破冰層。

海冰膨脹的壓力造成的破壞也很大。經計算，海冰溫度降低1．5攝氏度時，1000米長的海冰就能膨脹出0．45米，這種脹壓力可以使冰中的船只變形而受損；此外，還有冰的豎向力，當凍結在海上建筑物的海冰，受潮汐升降引起的豎向力，往往會造成建筑物基礎的破壞。

海水飛沫能夠清潔大氣

海水的咸味和腥味都是讓人感覺不舒服的，但是科學家最近卻發現，來自海水的含鹽水氣就是大氣的清潔劑，海水對凈化空氣來說用處非凡。

一般說來，只有當云層變得足夠大、云層中的顆粒足夠多，并能使水分積攢成大水滴時才能形成降雨。但是以色列研究人員研究發現，這里的云層并沒有大到以前預計的程度就開始降雨。研究人員分析認為，海水水氣中的鹽分加速了這種降雨過程。

進行這項研究的羅森菲爾德說，從這種空氣凈化中可以得出結論，我們呼吸的空氣之所以是新鮮的，是因為海水是咸的。實際上，大氣低空的

所有污染物質都是被海水的這種凈化作用凈化掉的，這也是大海附近天空總是顯得那么藍、那么凈的原因。

羅森菲爾德解釋說，受污染空氣中的懸浮顆粒會吸收空氣中的水分，使水分與懸浮顆粒一起停留在空氣之中，而不是以雨滴的形式及時落到地面，從而延緩了降雨的過程。但是來自海水的水氣鹽分會使空氣中的水氣凝結形成水滴，并與懸浮顆粒小滴結合在一起，形成降雨。降雨的過程正是清理大氣污染的過程。

用鹽的幫助進行人工降雨已經不是什么新鮮的發現，此前人們也曾試圖用鹽來輔助進行人工降雨，但是人們并不知道鹽加速降雨的過程卻是在海上的自然狀態下發生的。夏威夷地球物理學家約翰·N·波特介紹說，早在上個世紀50年代，有關專家就提出了用鹽進行人工降雨的構想，但是70年代的研究似乎表明，鹽分在降雨過程中的作用不是很重要。

科學家認為，既然海上自然狀態下能夠形成降雨，那么在陸地上也能夠以這種方式進行人工降雨。實際上，以色列科學家已經開始利用死海的鹽水進行凝結云層試驗。科學家認為，沙漠的存在是因為大氣中缺少云彩和水氣。不管在哪兒，只要有適當的云層，鹽分降雨方法就可以用來進行人工降雨。

海水多含鐵，可緩解溫室效應。日本水產綜合研究中心的研究還發現，適當增加海水的鐵含量，可增強海水對二氧化碳的吸收，從而起到緩解地球溫室效應的作用。

海面上的浮游植物和普通植物一樣，通過吸收二氧化碳進行光合作用。浮游植物增加，大氣中溶人海洋的二氧化碳量也會隨之增加。然而，許多海域缺乏進行光合作用所必不可少的鐵，導致浮游植物無法生長。

研究小組在北太平洋的阿留申群島海域，投撒了850公斤硫酸鐵。結果，實驗海域的葉綠素濃度從每升0．7微克增至每升18微克，而葉綠素濃度則是表明浮游植物量的重要指標。這樣，增加的浮游植物大量消耗了溶在水中的二氧化碳，從而大大提高了海水對二氧化碳的吸收。

研究人員稱，雖然增加海水鐵含量可提高海水對二氧化碳的吸收量，但此舉對于生態體系的影響尚不清楚。

生命并不起源子海水?

對于今天的生命來說，鹽溶液是一種理想的生存環境，但科學家實驗研究發現，原始的細胞膜在淡水中比在咸水中易于組裝，由此得出了“生命并不起源于海水”的結論。這個研究喻示生命起源于早期大陸的淡水湖中，而不是潮汐池或深海中。

大多數有關生命起源的假說，都認為生命的起源需要有一個閉合的膜或小泡，以保護早期的能自我復制的化學鏈。研究發現，簡單的膜在淡水中能夠輕易地形成，而在咸水中則會破裂。為了研究在什么情況下能夠結合形成最早的細胞，美國的科學家將它們置于不同的溶液中。在溶有少量酒精的水溶液中，物質能夠形成穩定的小泡。但是，在有鹽度的水中，這些膜便開始分解。亞利桑那州州立大學的地質學家說，地球早期海洋的鹽濃度是今天的兩倍，這對于可以存活下去的細胞的起源更為困難，大量的鹽分向陸地上堆積，使得海水的鹽度隨著時間的推移而降低。在逐漸淡化的水中，生命起源了。