海洋覆盖了地球表面的2/3面积，将寒流、暖流输送至世界的各个角落，是天气系统的内在驱动力。理解太阳辐射、洋流和海平面上升是理解和应对全球变暖的重要起点，这本书以简短易懂的语言介绍了这些概念以及其他核心概念。 本书全彩印刷，图文并茂地解释了该领域的50个发人深省的主题，每个主题，无论多复杂，作者都会用一幅图、两页纸、三四百字，在30秒内向读者进行讲解，体例结果清晰，语言通俗易懂。其中，每个主题都包括一个3秒的关键概念冲浪，一个30秒的信息海洋，和一个3分钟的探索来扩展读者的理解范畴。本书旨在从海洋基础开始，解释基本的海洋特征和众所周知的海洋现象。阅读本书，跟随科学家一同踏上世界海洋之旅，认识途中遇到的海浪、大陆架、冰山、水下森林、季风和珊瑚礁，学习世界各大洋的不同特征，了解在不同深度的海域生活的各种奇异海洋生物，理解潮汐如何运作，觉察环境污染对海洋造成的影响。现在，是时候探究海洋奥秘了。

为什么海水是咸的

数千年来，海洋中的盐不断累积。当矿物质溶解在雨水中时，盐*终被带入海里。这些矿物质是由雨水从岩石中淋滤得到的，雨水由于溶解了大气中的二氧化碳而呈弱酸性。一些矿物质被海洋生物消耗殆尽，但海水中钠和氯化物的含量远远超过海洋生物的需要，这些元素共同构成了氯化钠。所以，海盐本质上是海水经过过滤和蒸发后的产物。目前，来自河流和雨水的淡水流入海洋，平衡了溶于海水的盐。因此，平均而言，海洋中盐的浓度（盐度）保持在约35‰。在河口和其他淡水来源附近，如降水量高或冰川消融的地区，海面盐度可能远远低于35‰。在热带和亚热带，海洋中的淡水蒸发后流失到大气中，导致海面的盐度高于全球海洋平均水平。与自身体积相比，浅海或浅水湖泊的蒸发量较大，这让它们在世界上*咸的水体中占有一席之地。其中***的是死海，盐度约为342‰。



将阳光存储为热量

当太阳照射海面时，太阳光线会进入水柱。任何一个水肺潜水员都会告诉你，随着你潜入海洋深处，海水会很快变暗。太阳光线之所以随海洋深度加大而变暗，是因为它们穿过水体时，水分子会被激活，从而使水变暖。从本质上讲，海洋就像一块巨大的太阳能电池板，将阳光转化为热能。太阳光，也称为太阳辐射，波长较短（紫外线和蓝光的波长比红光短），可以穿透大气层而不使大气层的温度上升太多，然后被海洋吸收并转化为热能。再者，温暖的海面向大气发射波长较长的红外辐射，这些辐射被温室气体吸收，导致大气变暖。海洋将短波太阳辐射转化为大气中的热能，因此在全球气候系统中起着关键作用。据估计，大气中90%以上的热能来自海洋。如此一来，地球上大多数主要的天气系统都从海洋中获取能量也就不足为奇了。



海洋就像千层蛋糕

在观赏海洋时，人们会认为从海面到海底的风光都是一样的，这无可厚非。然而，当你探索海洋深处时，你会意识到情况并非如此。1751年，亨利·埃利斯船长测量了北大西洋热带海域不同深度的水温。令他惊讶的是，他发现在水深1000～2000米处的水温为11.℃，比海面温度低（空气温度为30.℃）。此后的观察发现，深海的水温极低，即使在赤道，*高水温也仅为4.℃。这是因为海洋是由不同温度和盐度的垂直水层组成的。底部的海水*重（密度*高，水温低、盐度大），上面的海水密度较低（较温暖、盐度较小）。加热和冷却会改变海面的温度，蒸发和结冰会增加海水盐度，而雨雪、河流和冰雪融水会增加流入海洋的淡水，从而降低海水盐度。在地球的不同位置，起主导作用的海洋过程不尽相同，并且所产生的不同盐度和温度的水体将向海洋内部扩散，从纵向上看，海洋就好比千层蛋糕。



海平面上升

海洋密度的变化（温度和盐度的变化导致海洋体积的膨胀或收缩）和海洋与存储在陆地或大气中的淡水（例如冰或地下水）之间质量交换的变化会引起海平面高度的变化。19世纪末以来，海平面一直以每年约1.5毫米的速度上升；20世纪60年代以来，海平面上升的速度不断加快，达到了至少3000年来前所未见的水平。据观测，在整个20世纪，海平面上升的主要原因是冰川融化（约占45%）和海洋变暖（约占35%），但在过去的30年里，格陵兰冰盖和南极冰盖都以更快的速度融化。因此，它们正在成为当代海平面上升的主要源头。这个问题为什么很重要？冰盖是海平面上升的“大油轮”。尽管冰盖对气候变化的反应相对缓慢，可反应一经做出，在未来几十年到几百年内将很可能无法阻挡。目前，全球大部分**性冰层存储在冰盖中，一旦它们完全融化，全球海平面将上升约65米。



海浪

海浪的形成要么是由于海面受到推动，要么是由于海面在平衡或静止状态下受到扰动，这赋予了海面一些初始能量。随后，恢复力（通常为重力或浮力）让海面回到平衡位置。然而，随着海面的波动，其能量从存储状态的势能（波峰和波谷处*大）转化为运动状态的动能（当垂直移动的速度达到*大时，中部位置的动能*大）。因此，海浪会超出其初始位置并持续波动，直至能量再次回到存储状态。随着该过程的持续，海浪便由此诞生，并沿着海面传播。海浪具有各种各样的规模，包括靠风力驱动的毛细波（波长单位为毫米，周期以毫秒为单位）、风浪和涌浪（波长单位从厘米到米，周期从秒到分不等），以及潮汐波（波长单位为米，周期以小时为单位）。重力是海浪的主要恢复力，具有削减波峰和填充波谷的作用。不过除重力外，表面张力对于毛细波也很重要，而地球自转对于潮汐波也很重要。海浪具有极大的破坏性，但它也是潜在的可再生能源。



海滩与裂流

海洋和陆地在海拔较低的沿海地区接触。当海浪拍打海岸宣告旅程结束时，其输送的能量将随之消散。要使这种能量不消失，必须将它转化为另一种形式或转移到另一个过程中——在海滩上，这种能量经常被转移到裂流中。在浅水区，碎浪携带着动能沿着海滩的斜坡爬升上岸，但海水升高会产生一个相反的力，将海水推回海洋。正因如此，海滩的形状或形态变得非常重要——因为要将海岸和海上的流水集中到不同的区域。沙洲，即海滩的极浅部分，会加剧海浪的破碎，迫使更多的海水流向海滩。而在靠近沙洲的较深的凹槽中，海浪不会破碎，流向海岸的水流汇聚，形成快速（流速>1米/秒）流动的狭长裂流，穿透碎浪。虽然裂流通常对游泳者有害，但它们可以将来自海岸的营养物质输送到海洋更深处，因此具有积极意义。



潮汐

海潮造成的海平面升降是*容易预测的。潮汐是月球引潮力、太阳引潮力与地球自转偏向力共同作用于地球水体的结果。甚至在一些大型湖泊中也可以看到潮汐。*高的潮汐（大潮）发生在满月或新月期间，而较低的潮汐（小潮）在上弦月或下弦月期间出现。在世界上许多地方，高潮每天有两次，在另一些地方每天只有一次，还有一些沿海地区没有高潮。潮汐的时间取决于其特定位置，而潮汐的规模则深受水深的影响。公海中的潮汐高度可达1米，当接近海岸时，由于海水变浅，潮汐会变得更大。海岸线对海水的“漏斗效应”可能会使海峡和河口处的潮汐规模变大。世界上*大的潮汐出现在加拿大芬迪湾，那里的潮差（高潮位和低潮位之间的差值）可超过16米。潮流是由高潮（涨潮）和低潮（退潮）之间的水流引起的。在浅水区、海峡或岬角周围，潮流可能特别迅急。



死水现象

有时，当一艘船驶入邻近海面的淡水峡湾时，它会突然减速，甚至停滞不前，尽管发动机仍在运转。这种现象被称为“死水现象”，是海洋中不同密度的水体垂直分层的结果。如果海面淡水层的深度接近船舶吃水深度，船舶移动时水层交界处将形成内波。内波形成后会从船舶运动中吸收能量，使船舶减速。然后这些内波从它们的形成地向外传播，带走能量，就像产生于船尾的海洋表面波一样。当变化的水流（如潮汐）在海底的隆起和斜坡上将分层水体上下移动时，也会产生内波。随着海浪向外传播，海浪中蕴含的能量会在长达数千千米的远距离传播中慢慢消失。重新分配后的能量促进了海洋中不同水体及其热量、淡水和营养物质的混合，使得内波对于维持海洋的初级生产力和气候过程十分重要。

006 引言 010 海洋基础知识 012 术语 014 为什么海水是咸的 016 将阳光存储为热量 018 海洋就像千层蛋糕 020 瓦恩·瓦尔弗里德·埃克曼 022 海平面上升 024 海浪 026 海滩与裂流 028 潮汐 030 死水现象 032 海洋自然地理 034 术语 036 河口 038 反向河口：以地中海为例 040 陆架边缘海 042 大西洋 044 颠倒的海洋：北极 046 弗里乔夫·南森 048 南大洋 050 被冰冻的海洋：冰川和冰架 052 漂浮着的海冰：冰山 054 海洋、天气与气候 056 术语 058 全球海洋输送带 060 太平洋与厄尔尼诺 062 沃尔特·芒克 064 印度洋与季风 066 飓风和台风 068 二氧化碳吸收与海洋酸化 070 冰川作用 072 活力海洋 074 术语 076 海洋微生物 078 海洋生物碳泵 080 潮间带 082 珊瑚礁 084 海鸟 086 蓝碳 088 水下海带森林 090 卡琳·洛赫特 092 上层海洋生态系统 094 深海生态系统 096 海冰的形成 098 死区 100 海洋探索、观察和预测 102 术语 104 海洋取样 106 查尔斯·威维尔·汤姆森 108 机器人的崛起 110 外太空视角下的海洋 112 预测：过去、现在和未来的海洋 114 海洋污染 116 术语 118 从农场、工厂到海洋 120 海洋塑料之旅 122 捡起我们的塑料垃圾 124 橡皮鸭与航运垃圾 126 雅克-伊夫·库斯托 128 夜间人工照明 130 喧闹的海洋 132 地球演化与地外海洋 134 术语 136 板块构造 138 阿尔弗雷德·魏格纳 140 迁移的沙洲 142 热液喷口 144 海底滑坡与海啸 146 潮汐与地球生命的进化 148 海洋往事 150 寻找地外生命：太阳系中的海洋 152 附录 154 参考资源 156 编者简介 159 致谢