在图3.21中,各斜线与纵轴交点所表示的磷酸盐浓度为保守性磷酸盐的浓度P。据该图可知,σt小而氯度高的黑潮系水Pc。低,相反,σt大而氯度低的亲潮系水Pc高。σt27,2前后的氧极小层(在那里AOU最大)的水大致介于两者中间,这个事实表示,在现场眺望垂直断面时,在黑潮区,表层Pc低,而从表层直到氧极小层(深度1000-1200米)附近,则Pc。随深度而增加。相反在亲潮区表层Pc高,而从表层到氧极小层(600~1000米米)附近,Pc随深度逐渐降低(参看图3.22)。
起初处于表层层为大气中氧所饱和的水进入密度跃层之下,来源于大气中氧的补给就被切断,再加上生物体氧化分解的效果,海水中的氧被消耗,而磷酸盐再生。这是许多人经常抱有的假想。雷德菲尔德(A.C.Redfield,1963)等提出的既成性磷酸盐( preformed phosphate)的概念,就是由此而产生的。所谓既成磷酸盐,系指事先生成了的磷酸盐而言,所谓“事先”就是水沉降之前的意思。他们用P(微克原子/升)-AOU(毫升/升)/3的关系,并根据其所在水域的水温和氯度值,计算了既成磷酸盐的浓度,这等于作出结论:在沉降后直到水达到其所在水域这段距离内,氯度和既成磷酸盐都不具任何变化。如已叙述的,这样的情况实际上不能存在。保守量受其它水体的影响而变化。在这种情况下,由现场水的性质,减去受其它水体影响的部分,而推测沉降前水的性质是至难之技。笔者不采用既成磷酸盐概念的理由就在于此,代之以采用保守性磷酸盐的概念,是从混合作用不可避免这一现实出发而提出的。
磷酸盐的浓度不是100%的非保守量。其一部分是保守量。这一部分可叫作保守性磷酸盐。
图3.22提出了问题,即在亲潮表层之所以能维持Pc的最高值的理由是什么?如果是由河水等陆地水的供给造成的,似乎有大河流入的中国大陆沿岸Pc值比没有大河流入并且冬季结冰的北冰洋沿岸的Pc值应大得多,可是,事实却恰恰相反。可认为Pc高的原因不是由于河水的供给所致。
图3.23表示北冰洋表层Pc的分布。可观测到,斜线部分Pc值在1.8微克原子/升以上,其共性是盐度为三层构造(参看图3.24)。但在图3.23的D点附近,跃层很不清楚。现在,就上层下限处氧饱和度的分布来看,可知,在沿相当于上述D点附近的阿留申群岛,继续出现低值。这表明,在这附近氧少而磷酸盐浓度高的水由下方向表层搬运。应把它看成是上升流还是垂直混合呢?很难马上确定,但在这里无论如何磷酸盐浓度高的水从下方搬运上来,是最为关心的事。如果水由下方运至表层,就要接受大气中氧的补给,非保守性磷酸盐就要转化为保守性僯酸盐,Pc值就要增高。图3.25表示北冰洋的海流系统。在阿留申群岛的中部,如果由非保守性磷酸盐转化的保守性磷酸盐为海流所搬运,那么图3.23。的结果是容易理解的。上述磷酸盐循环已示于图3.26。由图可知,保守性磷酸盐同非保守性磷酸盐在本质上并无差别,只不过是两者在同一循环过程中设想的形态不同而已。但从识别两者出发,不能放过明确有把握的现象。另外,由前边的叙述,可以认为,上升流区或垂直混合区域的附近相当于保守性磷酸盐浓度高的水体的源地。
这里,试想从另一角度考虑ー下作为保守性磷酸盐浓度高的条件。仅仅是把表层下的水搬运至表层内这一说法是不全面的。补偿深度比密度跃层深度更浅,换言之,光合层比混合层更浅是另一条件。作为一例,若以堪察加半岛东岸外得到的剖面作图解,则如图3.27所示。在北冰洋夏季,于海面下数百米以内的地方,可观察到两个密度跃层。上边一个密度跃层是夏季的,下边一个是冬季跃层。这是在50°00'N,145°00'W一个固定观察点P上,通过一年时间的观测结果推测出来的。在冬季的密度跃层之上,包括光合层和分解层的一部分。相相当于光合层与分解层分界线的深度是补偿深度。图3.23中谓之表层的Pc,是指由冬季密度跃层的上界面到海面之间所夹的层(将其称为表层)之中的Pc最高值。Pc的最高值即使在所谓表层内也只不过在补偿深度以深的分解层(1)中才能发现。可认为该分解层(1)为非保守性磷酸盐转化为保守性磷酸盐的场所为宜。再有,冬季密度跃层之下的分解层中还包含后述的氧极小层。
让我们例示一下保守性磷酸盐的效用用(杉浦,1969)。图3.28是本州东部海区σt26.5~26.7的水的水温-氯度图。把点根据水温分为四群,若分别将各点群投在以磷酸盐浓度与对应的AOU所作的图上,则各点群成互相平行的直线排列(图3.29)。直线的斜率等于前述的1(微克原子)/3(毫升)。因此,可以设Pc(微克原子/升)=P(微克原子/升)-AOU(毫升/升)×3。P是磷酸盐浓度的观测值。如把由此式求出的Pc值对氯度作图,即可以得图3.30。由该图可知知,四个点群几乎都包括在两条平行直线之间。这就表明,本州东部海区等密度面的水是由盐度低而保守性磷酸盐浓度高的水与盐度高而保守性磷酸盐浓度低的水混合而成的。
图3.31表示1968年1-3月“凌风丸”观测的菲律宾东部海区。关于该海区,若作σt26.5~26.7的水的Pc-Cl关系图,则点的分布可分为包括在图3.30中两条直线内的部分以及在其上重叠的部分(图3.32)。把两者在等密度面上的分布示于图3.31。两者大致以8°N为界而区分开。8°N以北水的性质位于图3.30直线状系列的最右端。这就表示,构成本州东部海区混合水的源水是菲律宾东东部海区8°N以北的水。
在图3.32中,与最右端菲律宾东部海区的水左侧邻接的图3.30中带有×号的水,是本州东部海区南侧的水,它与前文中提出的最右端的水在在图上所示出来的间隔,同图3.32中最左端的本州东部海区北侧的水(图3.30中黑点)与上述南侧的水的间隔相比较,尽管极短,但在地图上的间隔反而很长。当把同一水体内性质的均一性与水体末端端性质的均一性加以比较时,上述情况正是应当期望的结果。