【鹽度地理】海水溫度、密度急劇變化的水層——溫躍層、地理視角看鹽風化
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溫躍層是什麼
溫躍層（Thermocline）是位於海面以下100—200 米左右的、溫度和密度有巨大變化的一層，是上層的薄暖水層與下層的厚冷水層間出現水溫急劇下降的層。
溫躍層示意圖
海洋是一個複雜的水體
多層的海水
從海平面到深邃的海底，海水並不是均勻一致的。它受季節、洋流、緯度、鹽分、地理環境等諸多因素的影響，形成了多層分佈的狀態：
太陽光照的熱量絕大部分被表層海水吸收，表層海水白天吸熱、晚上放熱，溫度較高。在海水對流和海浪作用下，近表面海水形成了溫度較爲一致的混合層，厚度約100米。
100米~1000米之間，海水溫度隨深度增加而急劇下降。深度約100米處，海水溫度大約在20℃以上，而深度約1000米時，海水溫度已下降到6~8℃左右。
海水溫深示意圖
由於在開闊海域，鹽度幾乎是穩定的，而壓力對密度只有很輕微的影響，因此溫度就成爲影響海水密度的最重要的因素。大洋表面的海水溫度較高，因此它的密度比深處的冷水要小。冷暖兩層海水的交界處，溫度急劇變化，兩側海水密度差異明顯。所以將兩側海水中部的薄水層稱爲“溫度躍變層”，簡稱“溫躍層”。
季節性溫躍層
溫躍層在全球分佈很不均勻，受深度、季節、緯度變化影響很大。其中，直接反映海面熱收支情況，隨季節變化的稱爲季節性溫躍層。
季節性溫躍層多分佈在水下100~200米之間，常常在春季出現、夏季增強、秋季減弱、冬季消失。如北海道東南方的親潮海域，在冬季對流期，會形成0℃左右的上混合層。但在春、夏季，海面所吸收的熱量積蓄於表層，使得海面附近的水溫顯著上升，因而妨礙了熱量向下層擴散，導致季節性躍層特別發達。
季節性溫躍層
永久性溫躍層
永久性溫躍層
不隨季節變化的溫躍層“永久性溫躍層”，一般在水下1000~2000米的範圍內。大洋中永久性溫躍層的形成，是太陽輻射加熱、地球自轉、大氣風應力、海洋上翻流及鹽熱環流等物理過程綜合作用的結果。例如，自中緯度向極區方向，溫躍層底界是斜向上的，類似於大氣中的鋒面，該現象主要因地球自轉產生。又如，熱帶區域的溫躍層底界東淺西深，該現象由偏東信風攜帶暖海水在西部堆積所形成。
01
鹽風化定義
鹽風化是岩石表面的鹽分隨着降水滲入岩石孔隙(或裂隙)中，向岩石背風面運動，在乾燥的背風面結晶、膨脹，導致岩石背風面崩裂，在岩石表面形成坑坑窪窪的風化穴，這種風化作用多見於沿海和內陸乾旱地區的近地面岩石中。
鹽風化作用是陸地上普遍存在的物理風化作用，不僅導致岩石表面的破碎分解，也造成建築石材的粉化脫落，而且在地貌形態塑造過程中扮演着重要的角色。
然而，鹽風化作用卻一直被地學界忽視和誤解，以至於這種普遍存在的宏觀和微觀地貌景觀都被解釋爲風蝕或水蝕等其他作用的結果。
02
砂岩容易遭受鹽風化作用
砂岩容易遭受鹽風化作用，因爲其滲透性，看看砂岩的結構示意圖就容易明白。我們用西北乾旱區的鹽風化地貌實例進行簡單的解釋：
03
鹽風化地質作用的形成過程——以西北地區爲例
通過降水方式，含鹽溶液從岩石表面通過碎屑岩顆粒之間的孔隙向砂岩內部滲透，當內部充滿水分後只能從巖塊四周的下方滲出。地理圖文綜合整理
在中國北方西北風爲主，降水雨滴多從西北向東南方向下降，所以主要衝刷巖塊露頭的北西側，而雨滴不直接滴落在南東側。滲出的含鹽溶液在露頭的迎風側（主要是北西側）隨着雨水的沖刷而流失，而在背風側（主要是南東側）下部因乾燥而水分蒸發，鹽類（如：硫酸鈉、氯化鈉等）在靠近露頭側面近底部表面的顆粒之間結晶。
鹽類晶體結晶產生的張力將靠近表面的碎屑顆粒撐開而脫落，其中部分鹽晶也隨着脫落的碎屑顆粒和黏土掉落在巖塊下方邊緣。經過長時間的連續蒸發或者頻繁乾溼交替的短暫蒸發作用，岩石碎屑脫落的地方就逐漸形成凹槽，這便是鹽風化穴。
當然，在海岸帶砂岩表面的鹽風化作用之主要鹽分是由海霧和風浪從海水中帶來的，其風化穴的形成機理略有不同，但不均勻蒸發造成了不同形狀的風化穴的形成。總之，蒸發量相對大的地方形成鹽風化穴的中心凹進區，而蒸發相對弱的地方風化強度也弱，最終就顯得突出於表面，位於風化穴的周圍。
通俗地講，鹽風化作用就是因鹽結晶而導致巖塊表面的差異風化現象，這種差異造就了砂岩露頭表面（主要是側面）各種形態的風化穴。
04
花崗岩容易遭受鹽風化作用
爲何花崗岩類也容易遭受鹽風化作用？我們用青島海岸帶花崗岩實例解釋：
花崗岩類岩石包括：花崗岩、片麻岩和混合巖等粗結晶的岩石類型。
因爲這些岩石都是以顆粒狀礦物晶體緊密結合在一起，露頭上又被幾個方向的斷裂（節理）切割成大小不等的塊體，而這些巖塊可能出露地表甚至形成孤立的石蛋而進一步遭受鹽風化的破壞。從微觀上看，塊體內部因地應力作用而形成微細裂隙，但這些裂隙連通性差，不足以成爲滲水通道。然而，在岩石露頭表面卻不一樣了。
岩石露頭表層：不僅發育構造微裂隙，還發育規模不等的風化微裂隙：因爲岩石近表面的部分遭受頻繁的日溫差和季溫差變化，而長石、石英等不同礦物顆粒熱脹係數不同，溫度變化導致的礦物顆粒反覆膨脹與收縮就會形成規模不等的微裂隙，特別是發育與岩石表面起伏一致的微型剝離面理，這些微裂隙可以切穿石英和長石顆粒，一般深入巖塊內部幾釐米，爲含鹽溶液的滲透提供了通道，也爲鹽類的結晶提供了場所。
05
研究歷史
（1）早期的鹽風化—建築石材破壞（420BC—1960）
據研究早期的鹽風化現象首先被人們注意是因爲建築材料的破壞，但人們並不知道是鹽風化作用。今天的例子很容易理解：
（2）鹽風化概念提出（1965—）
Wellman等正式提出鹽風化的概念，並明確指出鹽風化在海岸帶和乾旱地區最明顯（1965）。從此以後逐漸有學者通過多種方法研究鹽風化作用。
（3）中國第一篇介紹鹽風化現象的論文
徐叔鷹（1993）根據國外研究文獻初步歸納了鹽風化的基本特徵，並指出卡拉崑崙山谷冰川退縮後露出的漂礫上就發育了明顯的鹽風化穴，他稱之爲“蜂窩洞”。儘管他沒有提供鹽風化的照片，也沒有完全清晰地闡述鹽風化的機理，但他卻是中國第一個介紹鹽風化作用的學者。雖然還有幾篇研究鹽風化作用的論文，但都沒關注鹽風化地貌及其機理。我們的論文是一篇全面介紹鹽風化作用並清晰解讀鹽風化地貌形成機理的研究論文，希望該文爲國內地學界填補鹽風化作用研究的空白作點貢獻。
鹽風化作用形成的地貌景觀常被廣泛地誤讀爲風蝕作用的結果。如：中國西北乾旱區最常見的風化穴（tafoni）本來是鹽風化作用造成的，可在地質學相關文獻中普遍被當作風蝕坑看待，即使在國內廣泛使用的普通地質學和地貌學經典教材中仍被當作風蝕地貌介紹（如舒良樹，2010，233頁；曹伯勳，1995，114頁），在科普作品和大衆媒介中解釋錯誤就更加普遍，如：在百度中搜尋“風蝕壁龕（alcove）”、“石格子（stone lace）”、“蜂窩石”、“石窩”等詞彙，出現成百上千個網站鏈接，其網頁介紹幾乎千篇一律地強調“風蝕作用”，而給出的圖片卻是鹽風化作用形成的典型的蜂窩石或大型風化穴。舉例如下：
（上圖圖片來源進一步說明：黑龍江伊春紅星區人民政府）
從上面的例子可以看出：鹽風化被誤解可不僅僅是國內地學界的事情，國外也很普遍，那麼，如何識別風蝕痕跡？下面給出幾個例子：
06
發生實例
中國不同氣候帶的鹽風化地貌舉例 [1]
地學界“多成因說”非常普遍，多數都是研究程度不夠造成的。
07
試題鏈接
(2020年廣東省二模)閱讀圖文材料，完成下列要求。（17分）
鹽風化是岩石表面的鹽分隨着降水滲入岩石孔隙(或裂隙)中，向岩石背風面運動，在乾燥的背風面結晶、膨脹，導致岩石背風面崩裂，在岩石表面形成坑坑窪窪的風化穴，這種風化作用多見於沿海和內陸乾旱地區的近地面岩石中。圖7示意鹽風化原理和崖壁鹽風化穴景觀。
（1）簡述我國西北乾旱地區鹽風化穴形成的基本條件。（3分）
（2）我國西北乾旱地區鹽風化現象主要發生在岩石東南側，分析其原因。（4分）
（3）請觀察崖壁鹽風化穴景觀圖，指出其中可支持判斷沉積岩的依據。（4分）
（4）若地殼運動導致陡崖上升，推測陡崖上鹽風化穴的變化特點。（6分）
【答案】
（1）具有可滲水孔隙（裂隙）的岩石結構;滲入水分含鹽量較高;乾溼交替的小氣候環境。
（2）西北地區盛行西風迎風坡一側（西北側）雨水較豐富，而東南側一般保持乾燥;南側比北側光照強，蒸發量大，鹽分易結晶，破壞岩石表面。
（3）鹽風化穴沿岩石表面延伸成層，說明鹽風化穴沿着特定的層位發育（2分）；層間差異明顯,說明同層巖性相似，不同岩層巖性不同。有明顯的層理構造特點（2分）。
（4）陡崖上升，鹽風化穴分佈高度增大（2分）;岩層表面形成新的鹽風化穴，鹽風化穴分佈面積增大（2分）;經過長期的風化作用，早期形成的鹽風化穴崩塌消失（2分）。
試題鏈接：
據考察，在黃海中部海面以下20~30米處，存在一個明顯的溫躍層(垂直方向水溫出現突變的水層),抑制了海水的上下對流，2019年某公司首次在黃海冷水團養殖三文魚獲得成功。下圖示意黃海中部水溫,完成1~2題。
黃海中部海域表層水溫季節變化大的主要影響因素是 ()
A.太陽輻射 B.海水蒸發
C.地表徑流 D.海水運動
該海域溫躍層表現最明顯的季節是()
A.春季 B.夏季
C.秋季 D.冬季
答案：AB
海洋混合層是指風浪攪拌等作用使海洋表層產生的厚度一定、水溫均一的水層，其下爲水溫急劇下降的溫躍層，這裡常常成爲生物以及海水環流的一個重要分界面。下圖爲2020年 8-11月我國南海海域多個觀察站海水溫度和鹽度的垂直分佈統計圖。完成3~4題。
3.圖中溫躍層是 （）
A.① B.② C.③ D.④
4.若圖中溫躍層溫差變大將會導致
A.海面艦艇更易發現水中潛艇
B.海水上下對流運動減弱
C.海底層海水氧氣濃度增加
D.出現海中斷崖導致潛艇沉毀
答案：BB
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