深海海底冷、熱知多少

徐子英　楊小秋

摘?要：170多個站位的深海探測結果表明，深海海底猶如一個巨大的天然“冷庫”。在水深超過3500米的海域，海底底水溫度在南海約2.5℃，西太平洋（～1.6℃）和東印度洋（～1.3℃）略低，而南大洋則在0℃以下;而水深超過4800 米的海域，底水溫度因絕熱自壓隨著水深稍有升高（升高率～0.1℃/km）。不過深海熱液噴口處，溫度可高達300-400℃，甚至更高。這些探測結果可為地球物理和物理海洋提供準確、可靠的深海海底溫度邊界，并有助于海底油氣和礦產資源的調查與評估。

關鍵詞：海底底水溫度;南海;東印度洋;西太平洋

海底底水溫度是地球物理和物理海洋的一個基本的參數，在大洋巖石圈熱結構的數值模擬中，海底底水溫度是一個關鍵的邊界條件（Shi et al，2002），而且它有助于大洋油氣資源和礦產資源的調查和評估（袁玉松，2007）。它也是校正海底水聲速和大洋沉積物的關鍵參數。尤其是海底底水溫度異常可預示有泥火山導致的熱液活動，甲烷氣體的泄漏，洋殼流體的交換等。文章主要根據最新實測的海底底水溫度數據，研究深海海底底水溫度隨水深度的變化的經驗關系和不同海域的海底底水溫度及其成因。

1 探測方法

我們主要利用自主研制的海底熱流探針、海水鹽度-溫度-深度剖面儀（CTD）、以及將自主研制的微型測溫探頭搭載在海底地震儀（OBS）和沉積物捕獲器上（圖1），在我國南海，東印度洋和西太平洋開展了170多個站位的深海探測，獲取到上述海域海底底水溫度數據（其中南海（SCS）158個站位、東印度洋（EIO）30個站位及西太平洋（WPO）37個站位）（圖2）。

2 研究結果

基于這批實測的深海海底底水溫度數據，獲得了深海海底底水溫度隨水深變化的經驗關系（圖3）。研究結果表明：1）在水深不超過2000米的海域，其底水溫度隨著水深增加而快速降低。比如在淺水海域，底水溫度大概為25℃，這主要是受近海面與太陽輻射有關，而且也是呈現季節性波動;而在水深500米左右的海域底水溫度大概10℃左右，1000米左右的海底底水溫度在5℃左右，到2000米左右的海底，其底水溫度降低到3℃左右;2）而水深在2000-3500米的海域，南海的底水溫度變化很小（其變化量大概在0.5℃以內）、而西太平洋及東印度洋的底水溫度隨著深度增大而分別降低到1.6℃和1.3℃左右;3）在水深超過3500m的深海海域，底水溫度幾乎沒什么變化;其中南海的海底底水溫度（BTW）約為2.47℃，西太平洋和東印度洋的底水溫度稍低，分別約為1.60℃、1.34℃，而南大洋底水溫度更低，在0℃以下（Orsi et al，1999），尤其是靠近冰架區，其底水溫度低至零下2.13℃（Jacobs et al，1970）;4）而在水深超過4800米的海域，底水溫度通常會隨著水深越深溫度稍有升高，在東印度洋和西太平洋海底底水溫度隨深度的升高率大概為0.10～0.12℃/km，這主要是海水絕熱自壓效應導致。當然，深海也有局部區域的底水溫度非常高，比如洋中脊上的熱液噴口及小范圍區域內，其溫度可高達300-400℃，甚至更高。

3 成因探討

對比不同海域深海海底底水溫度，發現南大洋底水溫度最低（0℃以下），其次是東印度洋（～1.3℃）和西太平洋（～16℃），而南海海盆底水溫度較高（～2.5℃）。其成因機制可以用大洋傳送帶模式來解釋（圖4）。該模式認為：低溫度高鹽度的海水，從北大西洋格陵蘭島和冰島附近海域下沉到深層，然后向南流動，再與南極洲周圍海域的低溫度高鹽度的海水一同向北進入印度洋和太平洋，而南海是一個相對封閉的熱帶邊緣海，其內部海水與印度洋和菲律賓海交換有限，導致南海海底底水溫度整體高于印度洋和太平洋。

參考文獻：

[1]BROECKER W，2010.The great ocean conveyor：discovering the trigger for abrupt climate change[M].Oxford：Princeton University Press.

[2]JACOBS S S，AMOS A F，BRUCHHAUSEN P M，1970.Ross Sea oceanography and Antarctic bottom water formation[J].Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts，17（6）：935-962.

[3]ORSI A H，JOHNSON G C，BULLISTER J L，1999.Circulation，mixing，and production of Antarctic Bottom Water[J].Progress in Oceanography，43（1）：55-09.

[4]SHI X B，ZHOU D，QIU X L，et al，2002.Thermal and rheological structures of the Xisha Trough，South China Sea[J].Tectonophysics，351（4）：285-300.

[5]YANG X Q，SHIi，X B，ZHAO J F，et al，2018.Bottom water temperature measurements in the South China Sea，eastern Indian Ocean and western Pacific Ocean，Journal of Tropical Oceanography[J].37（5）：86-97.

[6]袁玉松.南海北部深水構造熱演化和烴源巖成熟演化史[D].北京：中國科學院地質與地球物理研究所，2007.