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    在海洋深層，根據(jù)放射性碳測定的海水年齡，經(jīng)常超過1000年。如如前所述，布勒克爾（1963）由海水放射性碳的測定，得出太平洋和大西洋深層水的平均停留時間，分別為800年以上和500年以上。目前，為簡便起見，將海洋劃分為兩層，即表層（混合層）和深層，表層厚100米，深層厚3900米。

以下式表示水在表層和深層之間的交換：

K'W'＝KW          (2.19)

    式中，W'和W形分別為表層和深層的海水量（克／米²）；K'和K為水的交換速度，其倒數(shù)τ及τ'為海水在表層和深層的平均停留時間（年）。表層水的τ'一般認(rèn)為是5-10年，故深層水的平均停留時間似應(yīng)為195-390年。表層的停留時間變成13年以上，則則深層的τ開始超過500年。
    三宅等（1962）、鮑恩（1960，1962，1963）、長屋（1965）、貝拉耶夫等（1964）和日向野（1966）研究了人工放射性元素在海中的分布，發(fā)現(xiàn)Sr及137Cs其速度比預(yù)測的要快，并達海的深層。這一事實暗示著，深層水的停留時間比布勒克爾等給出的值要短得多。
    如前所述，三宅和猿橋（1966）由磷和硅酸的分布，求深層水的停留時間，結(jié)果得出印度洋、太平洋為250年左右，而大西洋為120年左右。
    無機放射性碳含量在海的表層和深層的時間變化，可用下式表示：

∂（βC'）/∂t=αKWc-βK'W'c'+E-βS-σβp+σβB'-λβC'          (2.20)

∂（αC）/∂t＝βK'W'c'-αKWc＋αβB-λαC＋εD                    (2.21)

    在上式中，C'和C分別為表層和深層的無機碳總量，單位為克／米²，α和β為大氣中放射碳的比放射能作為1時的深層和表層水中的放射性碳的相對比放射能，σ為生物的同位素分離系數(shù)（σ＝1．05）。c'和c為表層和深層水中的無機碳濃度。P為初級生產(chǎn)量，即一年間無機碳變?yōu)橛袡C碳的量。B'和B為有機物再變回?zé)o機物的速度。λ為¹⁴C的蛻變常數(shù)，E和S分別為無機碳由大氣進入海洋及由海洋逃逸到大氣的速度，其值為180克碳／米²·年（設(shè)大氣中的CO₂平均停留時間為7年）。D為從沉積物中溶出的碳，其¹⁴C比放射能ε接近于零，εD可忽略不計。
    由方程式（2．19），K'W'c'和K'C'可改寫成：

K'C'=rKWc=rKC                (2.22)

    r為c'與c之比，因表層水中的總碳酸為2毫克原子／升（24毫克／升），但在深層水中為2．3～2．5毫克原子／升，所以r為0．83～0．87。如認(rèn)為放射性碳處于穩(wěn)定狀態(tài)，則：

    r為β和α的比放射能之比（r＞1）。無機放射性碳之相對的比放射能小于1，因之，由δ＝1-α，根據(jù)放射性碳法，可用下式計算表觀年齡：

式中，τ_c為放射性碳的平均壽命（7936年）。
    若據(jù)海水中放射性碳的實測值，在表層水中，β的值平均為0．94，而在深層水中，α的平均值為0．84，所以r＝1．12。這相當(dāng)于海水的表觀年齡為1280年。
    設(shè)初級生產(chǎn)量平均為80克碳／米²·年，其中，僅一半在表層分解而成為無機物，剩下的一半若要在深層分解，則B'＝B＝40克碳／米²·年。將σ，τ，C的值代入方程式（2．23）和（2．24），則可計算r和τ'，其結(jié)果示于表2．24。
    如表2．24所見，r的計算值為1．08～1．12，與實測值吻合。τ'為5．2－7．7年，均與迄今為止的推測值極相吻合。

表2．24  表層水與深海水的¹⁴C比放射能比γ及表層水的平均停留時間τ'的計算值

    r＝0．83，σ＝1．11及τ＝300年時，若求深層水的表觀年齡，則為1380年，這亦與如今的實測值相符合。同樣，反過來以t作為1100年，τ為200年，r＝0．83，則可計算E和S，在這種情況下，E和S為220克／米²·年，由此得到的大氣中CO₂的停留時間為5－7年。
    由以上事實可知，深層水的停留時間為200－300年，表層水的停留時間為5－7年，由此得出結(jié)論，大氣中的碳酸氣的平均停留時間為5－7年，而深層水的表觀年齡約為1300年。
    深層水的表觀年齡（1300年）和深層水的停留時間（200－300年）不同，歸因于表層和深層之間無機碳的交換不平衡。這一點從（2．19）式可知，r＞1即是由于表層水的無機碳濃度與深層的相比為低。深層¹⁴C量下降是由于深層有機物的分解所致，其一部分被抵銷，但這么說還是不充分的。
    若這種狀態(tài)持續(xù)不變，則雖可以認(rèn)為深層無機碳要無止境地減少下去，可是實際上，碳酸鈣能從沉積物溶解出來（D），將其補償并保持穩(wěn)定狀態(tài)。由于含有¹⁴C的少量的陳舊碳酸鈣的溶解解，因而¹⁴C與¹²C的比放射能下降，促使海水的表觀年齡增加。