在圖3.21中,各斜線與縱軸交點(diǎn)所表示的磷酸鹽濃度為保守性磷酸鹽的濃度P。據(jù)該圖可知,σt小而氯度高的黑潮系水Pc。低,相反,σt大而氯度低的親潮系水Pc高。σt27,2前后的氧極小層(在那里AOU最大)的水大致介于兩者中間,這個(gè)事實(shí)表示,在現(xiàn)場(chǎng)眺望垂直斷面時(shí),在黑潮區(qū),表層Pc低,而從表層直到氧極小層(深度1000-1200米)附近,則Pc。隨深度而增加。相反在親潮區(qū)表層Pc高,而從表層到氧極小層(600~1000米米)附近,Pc隨深度逐漸降低(參看圖3.22)。
起初處于表層層為大氣中氧所飽和的水進(jìn)入密度躍層之下,來源于大氣中氧的補(bǔ)給就被切斷,再加上生物體氧化分解的效果,海水中的氧被消耗,而磷酸鹽再生。這是許多人經(jīng)常抱有的假想。雷德菲爾德(A.C.Redfield,1963)等提出的既成性磷酸鹽( preformed phosphate)的概念,就是由此而產(chǎn)生的。所謂既成磷酸鹽,系指事先生成了的磷酸鹽而言,所謂“事先”就是水沉降之前的意思。他們用P(微克原子/升)-AOU(毫升/升)/3的關(guān)系,并根據(jù)其所在水域的水溫和氯度值,計(jì)算了既成磷酸鹽的濃度,這等于作出結(jié)論:在沉降后直到水達(dá)到其所在水域這段距離內(nèi),氯度和既成磷酸鹽都不具任何變化。如已敘述的,這樣的情況實(shí)際上不能存在。保守量受其它水體的影響而變化。在這種情況下,由現(xiàn)場(chǎng)水的性質(zhì),減去受其它水體影響的部分,而推測(cè)沉降前水的性質(zhì)是至難之技。筆者不采用既成磷酸鹽概念的理由就在于此,代之以采用保守性磷酸鹽的概念,是從混合作用不可避免這一現(xiàn)實(shí)出發(fā)而提出的。
磷酸鹽的濃度不是100%的非保守量。其一部分是保守量。這一部分可叫作保守性磷酸鹽。
圖3.22提出了問題,即在親潮表層之所以能維持Pc的最高值的理由是什么?如果是由河水等陸地水的供給造成的,似乎有大河流入的中國(guó)大陸沿岸Pc值比沒有大河流入并且冬季結(jié)冰的北冰洋沿岸的Pc值應(yīng)大得多,可是,事實(shí)卻恰恰相反??烧J(rèn)為Pc高的原因不是由于河水的供給所致。
圖3.23表示北冰洋表層Pc的分布??捎^測(cè)到,斜線部分Pc值在1.8微克原子/升以上,其共性是鹽度為三層構(gòu)造(參看圖3.24)。但在圖3.23的D點(diǎn)附近,躍層很不清楚。現(xiàn)在,就上層下限處氧飽和度的分布來看,可知,在沿相當(dāng)于上述D點(diǎn)附近的阿留申群島,繼續(xù)出現(xiàn)低值。這表明,在這附近氧少而磷酸鹽濃度高的水由下方向表層搬運(yùn)。應(yīng)把它看成是上升流還是垂直混合呢?很難馬上確定,但在這里無論如何磷酸鹽濃度高的水從下方搬運(yùn)上來,是最為關(guān)心的事。如果水由下方運(yùn)至表層,就要接受大氣中氧的補(bǔ)給,非保守性磷酸鹽就要轉(zhuǎn)化為保守性僯酸鹽,Pc值就要增高。圖3.25表示北冰洋的海流系統(tǒng)。
在阿留申群島的中部,如果由非保守性磷酸鹽轉(zhuǎn)化的保守性磷酸鹽為海流所搬運(yùn),那么圖3.23。的結(jié)果是容易理解的。上述磷酸鹽循環(huán)已示于圖3.26。由圖可知,保守性磷酸鹽同非保守性磷酸鹽在本質(zhì)上并無差別,只不過是兩者在同一循環(huán)過程中設(shè)想的形態(tài)不同而已。但從識(shí)別兩者出發(fā),不能放過明確有把握的現(xiàn)象。另外,由前邊的敘述,可以認(rèn)為,上升流區(qū)或垂直混合區(qū)域的附近相當(dāng)于保守性磷酸鹽濃度高的水體的源地。
這里,試想從另一角度考慮ー下作為保守性磷酸鹽濃度高的條件。僅僅是把表層下的水搬運(yùn)至表層內(nèi)這一說法是不全面的。補(bǔ)償深度比密度躍層深度更淺,換言之,光合層比混合層更淺是另一條件。作為一例,若以堪察加半島東岸外得到的剖面作圖解,則如圖3.27所示。在北冰洋夏季,于海面下數(shù)百米以內(nèi)的地方,可觀察到兩個(gè)密度躍層。上邊一個(gè)密度躍層是夏季的,下邊一個(gè)是冬季躍層。這是在50°00'N,145°00'W一個(gè)固定觀察點(diǎn)P上,通過一年時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果推測(cè)出來的。在冬季的密度躍層之上,包括光合層和分解層的一部分。相相當(dāng)于光合層與分解層分界線的深度是補(bǔ)償深度。
圖3.23中謂之表層的Pc,是指由冬季密度躍層的上界面到海面之間所夾的層(將其稱為表層)之中的Pc最高值。Pc的最高值即使在所謂表層內(nèi)也只不過在補(bǔ)償深度以深的分解層(1)中才能發(fā)現(xiàn)。可認(rèn)為該分解層(1)為非保守性磷酸鹽轉(zhuǎn)化為保守性磷酸鹽的場(chǎng)所為宜。再有,冬季密度躍層之下的分解層中還包含后述的氧極小層。
讓我們例示一下保守性磷酸鹽的效用用(杉浦,1969)。圖3.28是本州東部海區(qū)σt26.5~26.7的水的水溫-氯度圖。把點(diǎn)根據(jù)水溫分為四群,若分別將各點(diǎn)群投在以磷酸鹽濃度與對(duì)應(yīng)的AOU所作的圖上,則各點(diǎn)群成互相平行的直線排列(圖3.29)。直線的斜率等于前述的1(微克原子)/3(毫升)。因此,可以設(shè)Pc(微克原子/升)=P(微克原子/升)-AOU(毫升/升)×3。P是磷酸鹽濃度的觀測(cè)值。如把由此式求出的Pc值對(duì)氯度作圖,即可以得圖3.30。由該圖可知知,四個(gè)點(diǎn)群幾乎都包括在兩條平行直線之間。這就表明,本州東部海區(qū)等密度面的水是由鹽度低而保守性磷酸鹽濃度高的水與鹽度高而保守性磷酸鹽濃度低的水混合而成的。
圖3.31表示1968年1-3月“凌風(fēng)丸”觀測(cè)的菲律賓東部海區(qū)。關(guān)于該海區(qū),若作σt26.5~26.7的水的Pc-Cl關(guān)系圖,則點(diǎn)的分布可分為包括在圖3.30中兩條直線內(nèi)的部分以及在其上重疊的部分(圖3.32)。把兩者在等密度面上的分布示于圖3.31。兩者大致以8°N為界而區(qū)分開。8°N以北水的性質(zhì)位于圖3.30直線狀系列的最右端。這就表示,構(gòu)成本州東部海區(qū)混合水的源水是菲律賓東東部海區(qū)8°N以北的水。
在圖3.32中,與最右端菲律賓東部海區(qū)的水左側(cè)鄰接的圖3.30中帶有×號(hào)的水,是本州東部海區(qū)南側(cè)的水,它與前文中提出的最右端的水在在圖上所示出來的間隔,同圖3.32中最左端的本州東部海區(qū)北側(cè)的水(圖3.30中黑點(diǎn))與上述南側(cè)的水的間隔相比較,盡管極短,但在地圖上的間隔反而很長(zhǎng)。當(dāng)把同一水體內(nèi)性質(zhì)的均一性與水體末端端性質(zhì)的均一性加以比較時(shí),上述情況正是應(yīng)當(dāng)期望的結(jié)果。