揭开海水的深层秘密

凌　夫

我们平常接触到的海水，只是占全部海洋极少部分的表层水。现在，存在于表层水之下的大量海水——“海洋深层水”的相关研究正在进行当中。

流动在深海的终极海水

各式各样利用洁净的海洋深层水制造的商品正陆续被开发出来。近年来，“海洋深层水”被视为新兴的海洋资源而备受瞩目。

什么是海洋深层水?一般来说，水深超过200米的深海中的海水即被称为海洋深层水。海洋深层水占所有海水量约93％，含量相当大。

水深200米以内、会被太阳加温的海水是表层水。冬季，表面的海水会因大气而降温，并和下方的海水混合，但在太平洋温带区，混合的深度也只达水深200米以内，表层水和深层水并不会混合。

表层水和深层水最大的不同是：深层水比表层水要洁净许多。这是因为表层水所接触到的工业排水、生活排水及河川的影响等，几乎都不会波及深层，而且由于水深200米以下的地方，光线几乎照射不到，光合作用无法进行，植物性浮游生物处于休眠状态而停止增殖。

日本科学家首先从掌握海洋深层水的特性开始，在1989年就顺利地利用取水管取得深层水。日本科学家表示，日本附近的表层水持续遭受污染，但海洋深层水却是未受污染的、极为洁净的海水。一般来说，普通的天然盐会有一点点的颜色，但利用深层海水制出的盐却是纯白的，这是因为不含有杂质的关系。

此外，深层水一整年水温都很低而且非常稳定，包含镁、钙在内的约60种矿物质都以良好的平衡状态存在，而且氮、磷、硅、硝酸等无机营养盐较表层水含量高出数倍到数十倍。这是因为深层水中无法进行光合作用，因此植物性浮游生物所需的必要营养盐——氮、磷、硅、硝酸等不会被消耗而大量累积，这种深层水所具有的特性被称为“无机营养丰厚性”。

关于海水的研究

早在17世纪，人们还普遍认为只有表面海水是咸的。1673年，波义耳发表了他研究海水浓度的著名论文，指出所有深度的海水都含有盐分，从而改变了当时认为只有表面海水是咸的看法。

1772年，拉瓦锡通过化学分析，发现海水中含有多种碳酸盐、钠盐、镁盐等成分。到1865年，人们已经从海水中分析出了27种元素。现在人们已经知道，海洋中所储各种矿物质约500亿吨，若铺于地面，则厚达200米；若装火车，其长度可从地球到太阳。海洋每年可生成1600万吨有价值的工业原料。

长期以来，人们认为大洋深处充满4℃的海水，直到19世纪40年代，通过当时多次的温度观测，人们发现大洋温度会随深度而逐渐降低，水温在深层降到1℃左右，在高纬度地区的深层可达到0℃左右。这样，长期流传的错误观点被摒弃了。

19世纪，科学家福布斯发现生物种类随深度增加而不断减少，提出在海面600米以下没有动物存在。人们在相当长的时间内对福布斯的观点深信不疑，因为既然深层海水被认为是停止不动的，其溶解氧将因得不到补充而消耗殆尽；另外估计动物也难以承受深层海水的高压环境。后来由于多次从海洋深处发现动物，他的这种论点才开始动摇。

此外，一直以来，科学家们认为，鉴于海水是蓝色的，那么海洋生物的保护色应该也是蓝色的，但最近科学家惊奇地发现，一条在深海里游弋的鱼，如果想让捕食它的捕食者对其视而不见，它体表的保护色应该是红色，而不是与海水一样的蓝色。美国杜克大学的约翰森通过一个研究光线如何在海水中传播的数学模型发现，在海平面20米以下的海水里，红色光线非常均匀地向四周散射。因此，尽管在接近海平面的海水中，蓝色的鱼更不容易被发现，但在深度大于20米的海水中，红色的鱼更不大可能被捕食者发现。

约翰森说，这个发现使我们更好地理解了这样一个事实：金枪鱼等生活在接近海平面海水中的海洋动物大多是蓝色的，而虾等生活在深海里的海洋动物一般是红色的。

结冰的海水变淡水?

每到冬季，结冰是不可避免的。海水结成海冰后，其运动时的推力和撞击力都是巨大的，1912年4月发生的“泰坦尼克”号客轮撞击冰山，遭到灭顶之灾，是本世纪海冰造成的最大灾难之一。

但航海者都知道海冰有一种有益的特性，就是海冰所含的盐度比海水要低得多。海冰年代越老，冰中的盐分就越少，年代久远的海冰顶部几乎全是淡水冰，能够溶化饮用。为什么海冰会淡化呢?冰是单矿岩，不能和它物共处。水在结晶过程中，会自动排除杂质，以保持其纯洁。因此，海水冻结时产生的冰晶是淡水冰。但是，结冰过程往往较快，会使一些盐分以“盐泡”的方式保存在冰晶之间，冰晶外壁也黏附上一些盐分，所以海冰实际上不是淡水冰，还是有咸味的，海冰比海水的盐度显然小得多。冰晶间的盐泡不是静止不动的，它的浓度高而比重大，因重力而沿冰晶间隙下坠。因此海冰顶部要比底部淡。

留在冰块里的盐泡，在气温升高到溶点时，往往互相沟通，使盐汁漏出于冰块之外，这时海冰表面千疮百孔。隔年海冰在夏天就因这个缘故排出盐水，经过若干年后，多年海冰就会变成淡水。

在我国西北地区，有一些地方干旱并且水质苦咸，人们的办法就是在冬天将冰放在水窑里，春暖花开后，冰就会化成淡水，经这种方法淡化的水，盐度比平常的水低了60％至80％。

另外，海冰的抗压强度主要取决于海冰的盐度、温度和冰龄。通常，新冰比老冰的抗压强度大，低盐度的海冰比高盐度的海冰抗压强度大，所以海冰不如淡水冰密度坚硬。

在一船情况下，海冰坚固程度约为淡水冰的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则要有7厘米厚的冰。当然，冰的温度愈低，抗压强度也愈大。1969年渤海特大冰封时期，为解救船只，空军曾在60厘米厚的堆积冰层上投放30公斤炸药包，结果还没有炸破冰层。

海冰膨胀的压力造成的破坏也很大。经计算，海冰温度降低1．5摄氏度时，1000米长的海冰就能膨胀出0．45米，这种胀压力可以使冰中的船只变形而受损；此外，还有冰的竖向力，当冻结在海上建筑物的海冰，受潮汐升降引起的竖向力，往往会造成建筑物基础的破坏。

海水飞沫能够清洁大气

海水的咸味和腥味都是让人感觉不舒服的，但是科学家最近却发现，来自海水的含盐水气就是大气的清洁剂，海水对净化空气来说用处非凡。

一般说来，只有当云层变得足够大、云层中的颗粒足够多，并能使水分积攒成大水滴时才能形成降雨。但是以色列研究人员研究发现，这里的云层并没有大到以前预计的程度就开始降雨。研究人员分析认为，海水水气中的盐分加速了这种降雨过程。

进行这项研究的罗森菲尔德说，从这种空气净化中可以得出结论，我们呼吸的空气之所以是新鲜的，是因为海水是咸的。实际上，大气低空的

所有污染物质都是被海水的这种净化作用净化掉的，这也是大海附近天空总是显得那么蓝、那么净的原因。

罗森菲尔德解释说，受污染空气中的悬浮颗粒会吸收空气中的水分，使水分与悬浮颗粒一起停留在空气之中，而不是以雨滴的形式及时落到地面，从而延缓了降雨的过程。但是来自海水的水气盐分会使空气中的水气凝结形成水滴，并与悬浮颗粒小滴结合在一起，形成降雨。降雨的过程正是清理大气污染的过程。

用盐的帮助进行人工降雨已经不是什么新鲜的发现，此前人们也曾试图用盐来辅助进行人工降雨，但是人们并不知道盐加速降雨的过程却是在海上的自然状态下发生的。夏威夷地球物理学家约翰·N·波特介绍说，早在上个世纪50年代，有关专家就提出了用盐进行人工降雨的构想，但是70年代的研究似乎表明，盐分在降雨过程中的作用不是很重要。

科学家认为，既然海上自然状态下能够形成降雨，那么在陆地上也能够以这种方式进行人工降雨。实际上，以色列科学家已经开始利用死海的盐水进行凝结云层试验。科学家认为，沙漠的存在是因为大气中缺少云彩和水气。不管在哪儿，只要有适当的云层，盐分降雨方法就可以用来进行人工降雨。

海水多含铁，可缓解温室效应。日本水产综合研究中心的研究还发现，适当增加海水的铁含量，可增强海水对二氧化碳的吸收，从而起到缓解地球温室效应的作用。

海面上的浮游植物和普通植物一样，通过吸收二氧化碳进行光合作用。浮游植物增加，大气中溶人海洋的二氧化碳量也会随之增加。然而，许多海域缺乏进行光合作用所必不可少的铁，导致浮游植物无法生长。

研究小组在北太平洋的阿留申群岛海域，投撒了850公斤硫酸铁。结果，实验海域的叶绿素浓度从每升0．7微克增至每升18微克，而叶绿素浓度则是表明浮游植物量的重要指标。这样，增加的浮游植物大量消耗了溶在水中的二氧化碳，从而大大提高了海水对二氧化碳的吸收。

研究人员称，虽然增加海水铁含量可提高海水对二氧化碳的吸收量，但此举对于生态体系的影响尚不清楚。

生命并不起源子海水?

对于今天的生命来说，盐溶液是一种理想的生存环境，但科学家实验研究发现，原始的细胞膜在淡水中比在咸水中易于组装，由此得出了“生命并不起源于海水”的结论。这个研究喻示生命起源于早期大陆的淡水湖中，而不是潮汐池或深海中。

大多数有关生命起源的假说，都认为生命的起源需要有一个闭合的膜或小泡，以保护早期的能自我复制的化学链。研究发现，简单的膜在淡水中能够轻易地形成，而在咸水中则会破裂。为了研究在什么情况下能够结合形成最早的细胞，美国的科学家将它们置于不同的溶液中。在溶有少量酒精的水溶液中，物质能够形成稳定的小泡。但是，在有盐度的水中，这些膜便开始分解。亚利桑那州州立大学的地质学家说，地球早期海洋的盐浓度是今天的两倍，这对于可以存活下去的细胞的起源更为困难，大量的盐分向陆地上堆积，使得海水的盐度随着时间的推移而降低。在逐渐淡化的水中，生命起源了。