氧
    将福克斯（J．J．Fox）测定的相对于干燥空气氧的溶解度值和卡彭特（J．H．Carpenter，1966）测定的相对于湿润空气氧的溶解度值，示于表3.1及3.2。
    表层水的氧几乎接近饱和状态。因此，表层水的水温和氯度基本决定了溶解氧的含量。在日本近海，水温和氯度都很低的亲潮水氧含量高（～7毫升／升），而水温和氯度都很高的黑潮水，氧含量较低（～5毫升／升），其浓度随深度增加而降低，而在某一深度达极小值。但在该深度以下，其浓度随深度又有某些回升。日本近海之氧浓度极小层深度，在本州南部为1000米以深，本州东北部为600－1000米。本州东北部极小层氧含量为0．5－1．0毫升／升。与此相反，在本州南部氧极小层的氧含量则高达1．0－1．5毫升／升。日本海更高，可达5．0毫升／升。日本海极小层的深度，与见于本州东北部海区相似，为600米左右，而其氧含量量却相差悬殊，这是应予注意之点。
    （1）日变化：由光合层的氧含量可以看出日变化。图3.1表示由宫城濠的水所观测到的氧含量的日变化。这是在水画稍下以及1米以下的观测结果。可以看出，午后5－6时前后，其值极大，午前8时左右其值极小。

    图3．2上边的曲线，是把用日射计从日出时起观测的光量累计值，以光量和光合量的关系，换算成氧的生成量所得到的结果。下边的直线表示由于呼吸消耗氧的累计值，该直线倾斜的程度，与图3．1表示的在夜间观测的氧含量变化近似直线的倾斜程度相同。由这些曲线和直线在纵轴方向上截取的长度，给出每时海水中的氧含量，图3．1中的点线所表示的日变化，就是这样推测出来的。以上情况反映出氧的日变化是由植物的光合与动物的呼吸协同作用引起的。

    图3．3是海洋中氧含量日变化的一例（杉浦，1963）。就该图来看可知，其与濠水的氧含量日变化情况迥然不同。这完全是由海洋的特殊性造成的。图3．3（1）是靠近骏河湾湾口处一固定点的观测结果。在该处由于内波影响，所以在固定点某一深度处的水温或氯度发生周期性变化。结果，在固定点采集的水样，常常不一定代表同一水团的水。为了采集认为是同一水团的水样，不管深度如何，必须注意汲取同一温度或氯度的水。图3．3（2）表示的是，与图3．3（1）同一地点深度为50－70米，采取水温相互差别不大的水，所求出的含氧量日变化。它表明与前述濠水情况一样，白天有一个极大值。但在这种场合下，极大值要比濠水早出现4小时。这一点被认为可能是由于在50－70米的环境下，由于光在前进中被水吸收，所以在海面下层“日没”来得更早所引起的。

    为了使氧的日变化在短时间内再现，把浮游植物繁茂的池水打入水槽中，从正上方用灯照射。并且，让灯的光量经历开灯、变弱、变强、变弱和关灯这样的变化过程。结果如图3．4所示，观察到在较深层，于关灯期间氧极大，开灯期间氧极小。这恰与濠水接近日没时氧极大，按近日出时氧极小的情况相似。可是，在浅层可以看出，极大值的出现时刻随深度增加而渐次提前出现。图3．5是在八丈岛大贺乡的码头所观测的水面正下方氧的日变化。在午后2时左右出现极大值，这与前述实验中较浅层的日变化情况近似。
    （2）氧极小层：氧含量通常在某一深度下取极小值。在研究的初期，由于经常在σ_t7．2左右的层上观测到氧的极小值，因此曾经认为它与海水密度极小层的形成可能有某种因果关系。可是，后来由于在热带海区，于σ_t26．8－27．0的层中经常发现氧极小值，于是对上面的想法便逐渐地产生了疑问。
    过去，虽有斯维尔德鲁普等人的研究，但他们只是概念性地处理了氧的极小问题。本节，笔者试想基于大量的观测事例，力求加深对这种现象的理解。

    图3．6为怀尔（P．K．Wyle，1965）提出的太平洋氧极小层的氧含量分布，就该图来看，在太平洋区域于堪察加半岛东部海区、墨西哥外海及秘鲁外海见有极小值。在印度洋海域于阿拉伯海、孟加拉湾、安达曼海，在大西洋海域于非洲西岸外海，均可见及极小值。这里应该注意的是，在这些海区氧含量的垂直分布，其特点如图3．7所示。安达曼海、堪察加半岛东岸外海和墨西哥西岸外海其共同点是，从密度跃层（深度100－300米）稍下方到800－1000米左右，氧含量显示了不到1毫升／升的低值。即使在这些低氧海区（指垂直分布）之中，在比较浅的地方，也曾发现氧特别低的层。在堪察加东部外海为0．5毫升／升以下，在墨墨西哥外海、秘鲁外海或阿拉伯海为0．1毫升／升以下，甚至于在这些地区发生着脱氮反应。尚可举出日本海的例子，如图3．7。在日本海极小层上的氧含量虽然并没有低到上述海域那种程度，可是低氧区从密度跃层稍下方开始这一点，与其它海区是一样的。

    墨西哥、秘鲁和非洲西岸都是著名的上升流海区。此外，在堪察加东部海区在堪察加东部海区，如已经说过的，沿阿留申群岛，有上升流乃至垂直混合。看来具有特征的低氧区域的海区，好象是与下层水向表层补给活跃进行的海区相一致。在阿拉伯海和盂加拉湾，下层水大概也是以某种机制补给表层的。下层水向表层补给，必然也导致营养盐的补给，从而提高其所在海区的基础生产力。根据格斯纳（F． Gessner）和和科伯伦兹一米什克（O．J． Koblenz－ Mishke）的研究，上述海区大体上都是基础生产力高的海区。同时，这些也都以伴有显著的密度跃层为其特征。
    从以上的事实可知，作为海区具有低氧的条件，应为高的基础生产力以及与之共存的显著密度跃层。死亡了的生物遗骸越过跃层而向下方沉降。即使有机物的氧化分解消耗了溶解氧，但因跃层也妨害氧由表层补给，因此低氧区由密度跃层正下方开始，看来是理所当然的。
    南极周围海区为富营养区，尽管基础生产力高，但由于这里没有显著的跃层存在，所以没出现前述的低氧区域。相反地，因该区属于水温低充分换气的水，其与低纬度的水相比，氧浓度是高的。起源于南极周围海区、氧浓度高的水，因其固有的密度，它与处于低纬度低氧区域的占中间深度的水混合，提高了这里的氧浓度，结果使低氧区域分为上、下两个，产生两个氧极小层。这样的现象，在受到南极周围水影响的南半球三大洋均可见及。像这种由于与氧含量高的水混合而改变了的低氧区形态，在其它海区亦能看到。
    图3．8表示沿东经165°线，由30°N到54°N的12个站氧含量的垂直分布情况。在下边的考察中，让我们特别着眼于200米以深来探讨一下吧！按图3．8可知，在52°N，54°N可以明确看出的所谓低氧区域，随着测定位置向南推移，其顶部逐渐被氧含量高的水所置换换。图3．8中的黑点表示氧极小的位置。南北向的曲线表示等密度面。我们的理解是由于低氧区域的上部被氧含量高的水所置换，所以直观上看来氧极小层位置降低了，其极小层密度增加了。
    图3．9表示楠（日人）在美国的冰岛基地阿里斯-2（Arlis-2）观测的结果。与磷酸盐、硅酸盐的峰值成明显对应的氧极小层，与上述的低氧区域呈现非常不同的景象。这个结果可认为是由于在上述低氧区域的下部进入了氧含量高的水所致。据在300－500米深度处所看到的高水温，可设想有不同水团侵入。
    以上揭示出的低氧区域的变形，系指出氧是拟保守量。此外，以上诸例似乎暗示着，为了搞清氧极小层的形成。低氧区域就应该是进一步研究的对象。因类似于低氧区域的日本海情况尤其单纯，为此试想由这里谈起。图3．10表示日本海200米以深氧的垂直分布，于600米左右深度处可见氧极小层，其相当于密度跃层正下方。
    如把含有浮游生物的海水放置在暗处，那么海水中的氧开始急剧地减少，后来则逐渐缓慢地减少。由这个事实可以预想，浮游生物的尸骸在氧浓度基本稳定的区域中沉降时，越早接触尸骸的海水，其氧浓度越显著地降低。但因在密度跃层之上氧的补给是比较容易的，所以氧浓度不大减少。结果在跃层的正下方获取极小值，随后又随深度而增加。关于原始氧浓度是一定值这个条件，对日本海的情况来说，按下边的考虑是可以理解的。因日本海的出入口海檻处深度在200米以内，故200米以深的水过去某一段时间一定曾占据200米以浅的位置。在这种情况下，认为表层水在最冷的时候沉降而形成200米以深的水是很自然的。由于这种水可能只限于一年中某个时期和比较狭小的区域，所以大概这里生物的种类和数量每次大致都保持一定。尽管有浮游生物粒子的沉降，当着眼于某一层的时候侯，可看出从上边沉降下来的部分，仍会要继续向下沉降。而粒度分布无论在哪一层大致都是一样的。如前所述，随着粒子的氧化分解而失去的氧量越是上层越大。但是，这种情况在表层水逐渐沉降而达到深层之前，停留在跃层正下方的中间层的时间，如如果不是特别长或特别短的话，就可以认为深层水氧浓度大致是均匀的。事实上，就图3．10中2000米以深情况来看，氧浓度是相当均匀的。与此相反，在2000米以浅处，可以发现氧极小层，观测时就观测位置来说，如果认为占据2000米以浅的水停留在那个场所的时间，要比2000米以深的水曾经停留在2000米以浅的时间更长，就能够理解了。
    换句话说，如果认为日本海2000米以深的水，与在日本海最寒冷时期占据该处表层的水进行交换所需要的时间，比与占据日本海其它场所的2000米以浅的水进行交换时间为短的话，那么图3．10中的垂直分布情况是容易理解的。本文没有考虑日本海200米以浅的情况。

    仅根据垂直分布型式类似这一理由，把对日本海所考虑的机制原封不动地用于占有开放海区一隅的低氧区域（这种情况意味在氧最小层上有一个氧极小区域）是否可能？是否能认为日本海以外的低氧区域，与跃层下的水的起源是一致的？在越过跃层沉降的浮游生物的粒子到达100米层之前，水是否能够长时间地停留在限定的低氧区域内？根据观测的结果，这几点似乎是可能的。为了完成对极小层形成的理解，今后必须研究清楚这几点。

氧以外的气体
    有关氮、氟、氨、氖和氪等，最近新的研究成果正在不断地发表，因此在不久的将来，所谓气体海洋学大概应确定为独立的分支。最后介绍一下对这方面有贡献的人，他们的名字是坎维舍（ Kanwisher，1963）、柯尼希（Konig，1963）、本森（ Benson，1965）、道格拉斯（ Donglas，1965）、克雷格（Craig，1967，1968）和比厄里（ Bieri，1966，1968）。

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