前言

地球是一顆非凡的行星。在我們的太陽系中，沒有其他地方可以以如此多種形式生存。據我們目前所知，我們的星球是獨一無二的。隔離在荒蕪的空虛宇宙中，在地球上，我們被各種各樣的生物所包圍，從棲息在土壤中的細菌到在海洋中遷移的大鯨魚，從太平洋森林的巨型紅木樹到在城市人行道上生長的苔蘚。在荒涼的宇宙中，地球以各種令人迷惑的形式充滿著生命。

關於地球最令人興奮的事情之一是存在於地球表面的豐富的動植物群落模式。赤道地區炎熱潮濕的條件支撐著茂密的雨林，高高的樹冠被許多動物所佔據，其中一些可能永遠不會觸及地面。另一方面，極地地區寒冷寒冷的條件下維持的動植物種類卻少得多，但在如此惡劣的條件下仍能生存的動植物對其測試環境具有顯著的適應性。在這兩種極端之間，存在著許多其他類型的複雜社區，每種社區都非常適合於該地區盛行的特定氣候條件。科學家稱這些社區為生物群落Biomes。

世界上不同的生物群落之間有很多共同點。每個組件都有一個植物組件，負責捕獲太陽的能量並將其提供給社區的其他成員。每個動物都有大小的放牧動物，它們利用植物體內發現的能量儲存。然後是捕食者，從捕食較小昆蟲的微小蜘蛛到以大型動物為食的老虎，鷹和北極熊。所有這些生物形成了一個複雜的進食相互作用網絡，並且在系統的基礎上，土壤中的微生物已準備就緒，可以食用剩餘的能量豐富的植物凋落物或死去的動物肉。因此，生物群係是一個整合的單元，每個物種在其中都起著特殊的作用。

這套書籍旨在概述地球上每個主要生物群落的主要特徵。所覆蓋的生物群落包括極地和高山的苔原生境，北方針葉林和溫帶森林，草原和熱帶稀樹草原，世界上最乾旱地區的沙漠以及熱帶赤道地區的森林。世界上的濕地，以及河流和湖泊的棲息地，並不是整齊地位於地球表面的氣候帶中，而是分散在整個土地上。海洋是每條規則的例外。它們的規模很大，形成了一個相互連接的水體，向下延伸到未探索的深度，並被全球潮流輕輕地移動了。

自上次冰河時代以來，過去一萬年來，人類對地球環境產生了巨大影響。沒有任何生物群落不受人類物種的影響。實際上，我們已經以農業和城市土地的形式創建了自己的生物群落，人們以最大的密度居住在那裡。地球上的農場和城市都有自己獨特的氣候和自然歷史，因此可以將其視為人們創造的一種人工生物群落，並在此集合中被視為獨立的生物群落。

每個生物群係都是單獨卷的主題。每本插圖豐富的書都描述了每個生物群落中的全球分佈，氣候，岩石和土壤，動植物，歷史以及環境問題。這些內容共同為學生提供了一個了解地球生物多樣性的豐富知識，影響地球生物多樣性的因素以及地球和我們物種面臨的未來危險的堅實基礎。

研究地球生物群落是否有任何實用價值？了解生物群落功能方式的最令人信服的原因可能是使我們能夠保存其豐富的生物資源。世界的生產力是人類糧食供應的基礎。世界生物多樣性擁有許多未知的寶藏，藥品和藥物的來源，將有助於改善生活質量。最重要的是，世界上的生物群係是不斷提供奇蹟，興奮，娛樂和靈感的源泉，不僅為我們的身體提供了營養，而且為我們的思想和精神提供了營養。這些書籍旨在為讀者提供有關生物群落的信息，以了解其功能，利用其資源並最重要的是享受其多樣性。

引言

生物群落是地球表面的主要區域。它包含一個獨特的動植物群落，可以適應那裡存在的氣候和環境條件。例如，炎熱的沙漠包含適應高溫和缺水的動植物。另一方面，熱帶雨林生物在相似的溫度下壯成長，但降雨量要高得多。大多數生物學家識別大約10個生物群落，其中9個發生在陸地上。第十個生物群落是海洋。

世界海洋是廣闊的鹽水，覆蓋了地球的三分之二以上。它比地球上任何其他生物群落大很多倍。與陸地上的生物群落不同，海洋跨過所有氣候，從最熱的對流區到寒冷的兩極。海洋也是一個更加三維的環境。在陸地上，大多數生物都在狹窄的地方繁衍生息，從數百公尺到空中延伸到土壤下幾十公尺。還有一些例外情況，例如細菌生活在地下約3至5公里的岩石中或漂浮在大氣中高約20公里的岩石中。另一方面，在海洋中，大部分海底位於海面以下至少5公里處。海洋生物在表層和海底之間的許多層次上繁衍生息。地球的大部分生存空間都位於海洋中。

第1章探討了海洋的地理。它解釋了海洋的生存空間，從與陸地相連的海岸到十公里以下的最大深度。它描述了構成世界海洋的五個區域性海洋以及分佈在其中的海洋和島嶼。

第2章介紹了地球的地質情況(地球的結構及其內部發生的過程)。它揭示了地下力量如何創造和改變包含海洋的盆地。第三章重點介紹水的獨特物理和化學特性。本章繼續說明海水的特性以及海洋中發生的一些重要化學變化。化學物質在陸地，海洋和空氣之間循環時，會發生物理和化學轉化。石油和天然氣是現代社會的命脈，被壓在海底之下。

第4章探討了地球大氣層與海洋之間的聯繫。海洋的溫暖和濕氣助長了影響我們氣候和氣候的空氣循環。空氣團的運動反過來會產生引導洋流的風。

如第5章所述，海洋中的生命繁衍時間比陸地上的生命長很多倍。本章首先考慮生物如何在海洋中進化，然後繼續調查當今海洋中存在的生命廣度。關於生態的第六章揭示了不同類型的海洋生物如何相互依賴。它突出了海洋中最重要，最不尋常的生物群落。

第7章介紹了海洋的歷史和探索，從最早的木筏和蘆葦船到最新的潛水器和衛星。它回顧了海洋學的簡史-海洋及其居民的科學研究-距今已有150年之久。

如第8章所述，海洋為人們提供了許多理所當然的服務。海洋是運輸貨物和軍隊的高速公路。人們從他們那裡獲取食物。世界上大部分的石油和天然氣都來自海床，並且海洋越來越多地提供珍貴的礦物質，藥物，清潔能源和休閒機會。

如第9章所示，開發海洋有其環境成本。人們將海洋視為廢物堆，以驚人的速度清除海洋生物，並改變其棲息地。這些負面影響影響到每個人，無論是對氣候變化的影響，糧食供應的損失，還是世界上許多自然美景的破壞。

如上一章所述，保持海洋健康就意味著要管理其資源。在過去的30年中，制定了國際法律來保護和管理海洋。但是，有效的行動仍遠未達到良好的意願。

我希望這本書能清楚地說明，空中和陸地上發生的一切都會影響海洋。海洋中發生的一切影響到我們所有人。

第1章海洋地理學

從太空看，地球部分地籠罩在漩渦狀的雲層中。烏雲移開，露出綠色，棕色或黃色的斑塊(陸塊，藍色的大海，海洋)。最好將地球稱為海洋海洋。

海洋覆蓋了地球表面的71％，是陸地面積的兩倍多。海洋也很深，平均深度約為3,800公尺。它們包含大量的水。如果將地球表面上的所有山脈和山谷都夷為平地，以使地球表面光滑，那麼海洋中的水仍將覆蓋表面2,500m深。

地球的水

地球表面上的大部分水(約97％)是海水中的鹹海水。那隻剩下大約3％的水作為淡水，大部分形式是陸地上的大塊冰原，或者是湖泊和河流中的水，或者是地下的土壤和淺層岩石中的水(地下水)。

地球的水不會停留在一處。它在移動。當太陽的熱量加熱海洋表面時，水分子從海面逸出並以水蒸氣的形式進入空氣。在全球範圍內，這種蒸發過程(既來自海洋，也來自湖泊，河流和陸地上的潮濕表面)使空氣中充滿了水分。當水分上升並在大氣中冷卻時，水蒸氣會形成水滴，從而形成雲。風將雲層吹過地球表面，並最終使雲層卸載水。水以降水(通常以雨，冰雹或雪的形式)降落到地球表面。大部分降水(近五分之四)發生在海洋上，並將大氣中的水返回海中。那仍然剩下五分之一的土地。其中大部分浸入地面，並在土壤和岩石中充滿海綿狀空間。一些水直接從土地上流出，以供給溪流，河流和湖泊。這些淡水中的大部分最終會從河口流入大海。

毫不奇怪，這種水在海洋，空氣，陸地和淡水之間的循環稱為水循環，或更確切地說，稱為水文循環(hydro在希臘語中為“水”一詞)。這個循環塑造了行星的表面並控制著生命的分佈。例如，在陸地上，流動的水和流動的冰在地面上雕刻，磨蝕岩石，切開山谷，並將岩石顆粒和溶解的物質從一個地方運送到另一個地方。海洋，空氣和陸地之間水的流動平衡決定著氣候。例如，雲層將地球包裹在絕緣層中，幫助將熱量捕獲到地球表面。另一方面，雲減少了到達地球表面的陽光量，並具有冷卻作用。加熱和冷卻效果之間的平衡隨雲的類型而變化。最重要的是，雲層會下雨。

蒸發和降水之間的平衡以及當地的溫度決定了哪些植物和動物住在哪裡。例如，北非撒哈拉沙漠炎熱的沙漠一年平均降雨量不到120mm。這裡只有幾種動植物。其中包括狐狸，它只在晚上活躍。羚羊羚羊，不喝酒；和將葉子折疊起來以減少水分流失的草。另一方面，在亞馬遜的熱帶雨林中，每年的降雨量超過200cm。熱帶雨林生物群落是陸地上最複雜的生物，有數百萬種海港，佔所有陸地物種的一半以上。

從微觀細菌到藍鯨和紅木樹，大多數生物至少含有65％的水。儘管這種“活著的”水僅佔地球表面所有水的一小部分(不到0.0001％)，但它至關重要。一旦微生物，植物和動物群落在特定的地方發展起來，它們就會改變其物理和化學環境。例如，雨林-顧名思義-會下雨。除了通過蒸發將大量的水釋放到空氣中之外，它們還釋放粒子和化學物質，這些粒子和化學物質播種了雲層。

海洋不僅是世界地表水的主要來源。它們是循環熱量的主要來源。海洋就像巨大的熱量儲備一樣，將溫暖的熱量從熱帶地區帶到兩極。沒有海洋，赤道將變得異常熱，兩極周圍的廣闊區域將永久地鎖定在幾公里的冰層下。通過將熱量從炎熱的氣候傳播到涼爽的海洋，海洋減少了地球上的溫差。海洋對地球上幾乎所有的生命形態都有深遠的影響，而不僅僅是海洋中的生命形態。

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圖1-1 全球海底地形圖

海床的形狀

海洋位於地球表面一個或多個巨大的窪地，稱為盆地。海洋的底部(其海景)與任何景觀一樣引人注目。如果可以從海盆中抽出海水，那麼就會露出巨大的山脈，深深的峽谷和廣闊的平原。這些功能甚至比陸地上的功能還要強大。在最高的山峰中海，莫納克亞在夏威夷島上的火山錐，上升約在海底之上10,200米。珠穆朗瑪峰是陸地上最高的山脈，“僅”上升到海拔8850公尺。流經地獄峽谷的礦石河-北美最深的河谷，也是世界上最深的陸地峽谷之一-位於峽谷東緣以下2,452公尺。相比之下，西太平洋的馬里亞納海溝下降到其側面海底以下約5,000公尺。在最深處，該海溝位於海面以下10,924公尺，並且可能吞沒29座帝國大廈，一層層疊在另一層之上。

大多數海洋學家將海洋底部分為三個部分或省份：大陸邊緣，深海底層和中海脊。

大陸邊緣是大陸被海水覆蓋的邊緣(世界主要陸地之一)。大陸邊緣包括三個部分：架子，坡度和上升。從沿海延伸到約150–200公尺的深度是大陸棚(大陸架)緩緩傾斜的海底。除此之外，在架子斷裂處，斜坡變得更陡峭，並且跌落到大於3公里的深度。這是大陸坡，它標誌著該大陸被淹沒的外緣。在斜坡的底部是由沉積物(小的疏鬆顆粒)形成的較平緩的斜坡。這些已經沖刷了土地和大陸棚(大陸架)，並在數千年來定居在陡坡的底部，創造了持續的上升趨勢。除此之外，還有深海地面的平坦廣闊。

深深的峽谷在大陸棚(大陸架)上留下疤痕。它們被稱為海底峽谷，可以跳入3,000公尺深，就像美國太平洋沿岸最大的蒙特利峽谷一樣。這個水下峽谷的大小可與阿利桑納州著名的大峽谷相提並論。

海底峽谷如何形成？直到1950年代中期，答案仍然是個謎，當時地理學家發現水下雪崩正在卡住深海電話電纜。這些所謂的濁度洋流是由於大陸棚(大陸架)上沉積物堆積不均勻而引起的。最終，一堆沉積物變得太大並導致嚴重的坍塌，岩石，水和懸浮的沉積物衝下了大陸坡，沿途挖出了更多的沉積物。創建峽谷後，偶爾會出現渾濁的水流，使峽穀保持打開狀態，甚至放大。

大陸棚(大陸架)僅佔海底面積的8％，但是從人類的角度來看，它們非常重要。它們毗鄰陸地，被海水淹沒，是海洋領域最容易接近的部分。從陸地上沖走的養分和滲透到海底的陽光共同促進了海洋植物的生長。這些植物，從微小的浮游生物到海藻，都在這裡繁衍生息。有植物的地方就有動物的食物。結果，覆蓋大陸棚的水包含了許多世界上最重要的漁業。大陸棚上還藏有許多海洋中生產力最高但瀕臨滅絕的生物群落，例如珊瑚礁，海草草地和海藻床。這些社區中的許多社區都受到陸地污染和多種人類活動的干擾的威脅。

除了大陸邊緣以外，大多數深海層是一個平坦的廣闊區域，稱為深淵平原，其深度為約4–6 km。平原覆蓋著一層沉積物，這些沉積物已經沉積了幾千年甚至幾百萬年。在海床最古老的部分(已有1億多年的歷史)，沉積物層達到約1千公尺厚。在這裡和那裡，深海山脊和被稱為海山的淹沒式火山錐等特徵上升到沉積物高度以上。深海平原的邊緣是海底深處，即海底最深處，其深度超過6千公尺。

想像一下，人們可以從北美洲東部穿越北大西洋盆地的流失底部。在泥濘的深淵平原上進行了3,200公里的跋涉之後，他們會來到崎的“山麓小丘”。爬上這些山峰，他們會看到向左和向右伸展-盡其所能-像落基山脈一樣高的山脈。到達山頂時，他們會注視著一個裂縫-大約近1千公尺的平底山谷-伴隨著火山活動而嘶嘶作響。山脈是中洋脊。它的裂痕是新海底的發源地。

大洋中脊系統是地球上最長的山脈。它在整個系統的海洋中蜿蜒超過65,000公里長，比安地斯山脈，洛磯山脈和喜馬拉雅山脈的總和更長。在山脊裂谷內噴發的熔岩(熔融岩石)逐漸冷卻，形成新的洋殼-構成海床的岩石層。同時，在數千公里之外的海溝底部，古老的洋殼正在下沉到地球表面以下並遭到破壞。從海中脊到深溝，海底從出生地到破壞地點的移動速度為每年一到2-15cm。這一運動有助於解釋海洋是如何改變形狀的，以及各大洲在數百萬年間是如何“漂流”在地球表面的。

在某些地方，海水從海洋中洋脊的底部滲入脊本身。那裡的水被火山岩加熱，直到它通過裂谷谷底的裂口滲出或噴出為止，被稱為熱液或熱水噴口(從希臘語中稱為“熱”)。排出的水中富含礦物質，可以達到380°C的溫度。自1970年代後期以來，首次發現深海熱液噴口以來，科學家就對與之共生的令人震驚的微生物和動物群落著迷。

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圖1-2 水的循環

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圖1-3海床的形狀

海洋和海灣

人們經常使用的話海和海洋意味著同樣的事情。我們可以談論在大海或海洋中游泳，或者住在海濱或海濱物業中。但是，從技術上講，海洋是海洋的地理區域。例如，Sargasso海位於北大西洋的佛羅里達海岸幾百公里之外。Sargasso周圍環繞著強大的洋流系統，這標誌著其與海洋的其他部分的邊界。它也包含一個獨特的動植物群落-漂浮的海藻以及生活在雜草中的偽裝成小的小魚和其他小生物。薩加索海是北大西洋的獨特部分。

實際上，大多數海洋，例如地中海和北大西洋的加勒比海，部分或大部分被陸地包圍。之所以稱為邊緣海，是因為它們位於海洋的邊緣。海灣和海灣是部分被陸地包圍的海水區域的替代名稱，例如墨西哥灣或孟加拉灣。

海洋的某些部分(例如Sargasso海)具有特徵性的動植物群落，因為它們獨特的環境條件允許某些生物在此生存，而其他生物則不然。生活在海洋區域中的生物群落也取決於動植物何時何地定居在該地區。如果它們在數百萬年前進入該地區，並已或多或少地與其他地區的動植物隔離開來，那麼它們在適應當地條件方面可能已經有了很大的發展。隨著時間的流逝，它們可能進化到成為新物種的地步。現在，它們與它們的進化形式(可能仍存在於其他地方)生殖分離(無法繁殖)。這不僅發生在海洋內部，而且發生在海洋之間。因此，例如，在大西洋中發現的鮭魚種類與在太平洋中發現的鮭魚種類不同。由於海洋的歷史和環境條件會對居住在其上的生物群產生如此大的影響，因此在進一步研究之前，應該更詳細地考慮不同的海洋。

太平洋

太平洋是世界上最大的海洋，覆蓋了近三分之一的地球表面，是美國50個州面積的16倍以上。太平洋從北極附近的北冰洋邊界一直延伸到對面的南洋。從東部的美洲到亞洲的西部，再到西部的澳大利亞，從最寬的角度看，太平洋橫跨約17,700公里。大多數地理學家將太平洋的範圍分為兩部分：赤道上方的北太平洋和下方的南太平洋。

太平洋很深。它包含了馬里亞納海溝，這是地球表面最深的地方。總共，海洋擁有全球近一半的海水。如果世界上所有的陸地都在海平面被刮掉並傾倒入太平洋海盆，它們將無法填滿它。

太平洋從葡萄牙環球探險家費迪南德·麥哲倫(Ferdinand m. agellan，約1480年至1521年)得名。1520年，由於麥哲倫探險隊在平靜的水域中的經歷，麥哲倫將葡萄牙人Mar Pacifico 稱為“平靜海”。實際上，颱風或熱帶氣旋(太平洋不同地區的颶風的名稱)經常打擊太平洋周圍的社區。此外，地震，火山和山體滑坡經常動搖太平洋邊緣，並引發稱為海嘯的巨浪。

很少有大河流入太平洋，因此其沿海水域基本上沒有被淡水稀釋。太平洋從南大洋接收冷海水，但是它與北冰洋的聯繫很狹窄，並且在兩者之間很少有海水流動。北太平洋的地表水被稱為旋流的循環水流系統所控制。在地球自轉的影響下，北太平洋迴旋順時針流動(這種現象稱為科里奧利效應)。受相同作用的影響，南太平洋類似的大型旋轉體逆時針旋轉。

太平洋海盆位於地球的幾個大板塊(地殼和下面的岩石的巨大平板)上。沿著太平洋盆地的邊緣，一系列海溝將古老的洋殼帶到了地球表面之下。下降的地殼融化並註入火山系統，這些火山將熔岩噴發到地球表面。一些火山從海面升起，形成火山島鏈。其他出現在大陸陸塊上。這些火山系統一起幾乎環繞了太平洋。它們被恰當地命名為“火環”。

在舊海底被破壞的同時，新海底也在其他地方被創建。在東太平洋，一個名為“東太平洋上升”的中海洋脊系統正在以每年15cm的寬度鋪設新的海底。總體而言，太平洋海底的破壞速度要快於被替換的速度。結果，太平洋海盆逐漸縮小。

成千上萬的火山(其中大部分已經滅絕)從太平洋海底升起。許多仍然淹沒在海山之中。其他的則上升為火山島在海面之上。在溫暖的水域中形成島嶼的地方，珊瑚礁(由小動物的石灰石骨架形成的岩石構造)通常生長在其側面。在許多情況下，這些珊瑚狀的島嶼在數百萬年的時間裡逐漸沉沒。

當它們消失在海面之下時，島上的位置通常會帶有一圈珊瑚環，即一個珊瑚環礁。成千上萬的這些驚人的結構散佈在熱帶和亞熱帶太平洋中。

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圖1-4 太平洋海底地形圖

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圖1-5 西太平洋海底地形圖

大西洋

大西洋因舉世聞名的神話般的希臘巨人阿特拉斯而得名。他的名字被命名為北非的阿特拉斯山脈，與該山脈相鄰的海域成為了大西洋。

大西洋，是美國總面積的九倍，是五大洋中第二大的。它將歐洲和非洲與美洲區分開來。為了方便起見，海洋學家將其分為兩部分：北大西洋和南大西洋，被赤道隔開。

中大西洋海脊從北到南呈蛇形，沿著大西洋的中心。在山脊上或靠近山脊的地方，火山上升形成了諸如亞速爾群島的島嶼，以及最近在冰島附近的薩特西的島嶼。在其他地方，在山脊中間的裂谷處，熔岩上升並形成新的海底。脊兩側的板塊以每年至少2.5cm的速度移動，與各大洲一起移動。結果，大西洋變得越來越寬。它比1492年克里斯托弗·哥倫布(Christopher Columbus)從歐洲航行到巴哈馬時至少寬12公尺。大西洋兩岸的大陸具有大致互鎖的形狀，例如拼圖碎片，這種整齊的裝配提供了德國地理學家阿爾弗雷德·韋格納(Alfred Wegener，1880–1930年)為其20世紀初期的大陸漂移理論提供了證據。

在北大西洋，洋流的主要係統-北大西洋迴旋線-沿順時針方向流動。在西部，迴旋流吸收從墨西哥灣湧出的熱水，並將其向東橫越大西洋，成為墨西哥灣流。然後，這些水大部分會從東北轉移到北冰洋，成為北大西洋漂流。墨西哥灣流和北大西洋漂流的變暖作用使西北歐異常溫和。英格蘭倫敦的冬季溫度通常比加拿大紐芬蘭大陸的溫度高10°C，後者位於相同的緯度，但在海洋的另一側，並由大洋彼岸冷卻。從巴芬灣向南流。

在夏末和初秋，北大西洋迴旋的循環暖水流入熱帶對流北大西洋的地表水。溫暖的水加熱上方的空氣，一些水蒸發，將更多的熱能釋放到空氣中，並產生潮濕空氣的溫暖上升氣流。一些上升氣流足以產生颶風-風速超過119公里/小時的猛烈熱帶風暴，例如2005年8月襲擊美國墨西哥灣沿岸的卡特里娜颶風。那場颶風使更多人喪生。超過一千名居民。

在南大西洋，逆時針旋轉環向熱帶水域提供由南大洋冷卻的海水。結果，南大西洋的熱帶水域太涼，無法形成颶風。

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圖1-6 大西洋海底地形圖

印度洋

以印度次大陸命名的印度洋是五大洋中的第三大洋。與太平洋和大西洋不同，印度洋主要位於南半球(赤道以南)，其熱帶水域被陸地束縛在北部。這種安排造成了異常的季節變化，從而影響了北印度洋的洋流和鄰近陸地的氣候。

印度洋盆地的當前形狀可以追溯到至少1.3億年前的地質事件。那時，一個叫做岡瓦納的南部超大陸開始分裂，形成了現在與印度洋接壤的大部分陸地。岡瓦納的碎片之一一分為二，其中一個碎片向北漂移，成為我們今天公認的非洲。第二件仍留在最南端。大約5000萬年前，向南破裂成兩半，形成了南極洲和澳大利亞。同時，數百萬年的非洲大陸大片撕裂並向北漂流，最終與亞洲碰撞形成印度次大陸。塞舌爾群島是北印度運動的殘餘物，它是印度洋西北部的一個島嶼，是印度移動後留下的碎片。

如今，印度洋盆地以海洋中脊系統為主導，該系統以倒置的Y 形從北向南延伸。在其他地方，形成了熱點(深層熔融岩石通過地殼燃燒的地方)火山脊，海山和偶爾的火山島。印度洋的熱點可能是造成地球上最長的直線特徵，即九十東嶺，該嶺從北向南延伸到東經90°E附近。

在印度洋東北部，恒河和雅魯藏布江這兩個巨大的河流系統將充滿泥沙的淡水排入孟加拉灣。幾千年來，河流中排放的大量顆粒物產生了一個沉積扇，該沉積扇跨過海底，距離陸地1,450公里。

通常，陸地比鄰近海域的升溫更快，而降溫更快。在北半球的夏季，亞洲大陸的暖化速度比鄰近的北印度洋要快。空氣隨著變暖而膨脹和上升，夏天，印度上空的暖空氣上升，吸引了來自印度洋西南部的充滿濕氣的季風。這些夏季的季風和雲層將傾盆大雨帶到印度及其鄰國。夏季季風從西南方向吹來，沿著非洲海岸帶動北風，夏季為印度洋北部的順時針旋轉迴旋。

冬季，印度次大陸的降溫速度比附近海洋要快。現在，上升的暖空氣位於西北印度洋上，季風逆時針方向從東北方向吹來。這促使了印度洋北部迴旋的方向逆轉，該迴旋現在逆時針流動。一次主要海洋迴旋的年度逆轉是北印度洋特有的。與南太平洋和南大西洋一樣，印度洋南部的渦流全年都逆時針流動。

熱帶氣旋(印度洋颶風)偶爾會襲擊孟加拉灣。他們的風暴潮導致大量洪水氾濫，有時甚至造成嚴重的生命損失。1970年，一場颶風造成的破壞在孟加拉國造成至少30萬人死亡。

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圖1-7 印度洋海底地形圖

南冰洋

南部海洋有時被稱為南極海洋，是第四大海洋。它環繞橫跨南極的南極洲。南極洲是地球上最冷的地方，在1983年產生了創紀錄的–89.2°C的低溫。南大洋全年都被部分凍結。

2000年，國際水文組織(IHO)決定了海洋中的地理名稱和邊界，該組織將南大洋的邊界定為南緯60°。這種安排具有實際和政治目的。60°S邊界與基於國際協議的《南極條約》邊界重合，該協議管理如何使用和保護南極洲及其海水。南大洋的自然邊界是一個稱為南極收斂的特徵。它大部分位於60°S以北，但在某些地方甚至可以到達北緯48°S。南極匯聚處是冷熱氣流混合的地方。在Convergence北部，水域明顯比南部溫暖。

在南洋內部，兩個主要的地表水流以相反的方向流動。東風漂流擁抱南極海岸，從東向西流動。南極環流是更北的，西向東流動的。就洋流而言，該洋流是世界上最大的。它的水量約為所有河流總和的100倍。它也是世界上唯一不受陸地干擾的洋流。

南大洋的浮冰以兩種方式形成：一些冰從南極洲滑出並破碎成漂浮的塊(冰山)，一些海水凍結形成海冰。

南極洲幾乎完全被冰覆蓋，平均厚度約為1,600公尺。這種冰蓋以及從其延伸到南大洋表面的冰被稱為壁架，稱為冰架，包含了地球上90％的驚人冰。巨大的冰塊使南極洲沉入海洋深處，因此其大陸棚(大陸架)深達490公尺深，約為其他海洋大陸棚(大陸架)平均深度的三倍。在北部，在南洋海盆之外，是洋中脊系統的一部分，這些洋脊系統一直延伸到太平洋，大西洋和印度洋。

在南極冬季，六月至九月的溫度最冷，海水在南大洋的表層凍結。這種海冰的厚度超過10公尺，在某些地方距離南極海岸超過1,600 km。在冬季，南大洋的浮冰覆蓋的面積是夏季範圍的五倍。

每年，南極洲的冰架上有成千上萬的浮冰塊變成冰山。許多冰山非常寬且平頂。有些覆蓋廣闊的地區。測得一個南極冰山的面積相當於比利時的國家。冰山連續幾個月向北緩慢漂流，有的冰山在完全融化之前先到達涼爽的溫帶水域。

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圖1-8 南極洲大陸圖

北冰洋

北冰洋是五個海洋中最小和最淺的海洋。北冰洋位於北緯66.5°N(北極圈)的北部，以北極為中心，全年都被部分凍結，就像南大洋一樣。但是，儘管南大洋是包圍整個大陸的海洋，北冰洋卻是幾乎完全被陸地包圍的海洋。它的南部與北美、格陵蘭、歐亞大陸接壤。海洋希臘語指的是北部的恆星群，稱為“大熊”，也稱為北斗七星。

在所有海洋中大陸棚(大陸架)比例最大的地方，北冰洋也是不尋常的。北冰洋近一半的海床深度不足200公尺。實際上，直到1890年代，北冰洋才被確認為真正的海洋，但盆地深而不是淺海。當時，挪威探險家Fridtjof Nansen的探險隊在Fram 船上記錄了超過3,000公尺的測量深度(深度讀數)。

夏季，漂浮的海冰(由冰凍的海水形成)覆蓋了北冰洋的大約一半，而在冬季幾乎覆蓋了全部。北極和其他海洋之間的海水混合主要發生在大西洋上，即挪威和格陵蘭島之間的縫隙。在這裡，來自北大西洋漂流的溫水沿著挪威海岸向北延伸。挪威洋流使挪威的大部分海岸線和北冰洋保持了無冰狀態，即使在冬季很深的時候也是如此。向南流動的冷流離開北冰洋，並流經格陵蘭，成為格陵蘭流。在一年中的大部分時間裡，格陵蘭島的東部海岸都被冰封著。在北冰洋的主要地區，洋流的整體運動以及浮在其上的冰沿順時針方向運動。

格陵蘭島西部和加拿大東北部的冰川(陸地上緩慢移動的“冰河流”)每年都流下10,000多座冰山。冰山在拉布拉多洋流上向南漂浮，有的漂浮到北大西洋，直到紐芬蘭附近的水域融化。這些冰山之一在1912年與RMS泰坦尼克號相撞，使該船沉沒，造成1,500多人喪生。這一悲慘事件促使國際冰巡邏隊的建立，該巡邏隊監測北大西洋冰山的活動並向船舶發出警告。

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圖1-9 北極海洋圖

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圖1-10 北冰洋海底地形

北大西洋的緣海

海洋中的溫度和鹽度等環境因素在多大程度上變化？這種變化如何影響海洋生物？海洋頂部的條件與底部的條件有很大不同。但是，即使在地表附近的水域中，環境條件也會因一個位置而異。這些變化在陸地影響最大的海洋邊緣尤為明顯。約有十二個海洋與北大西洋接壤。僅考慮其中三個來自不同氣候帶的情況，就可以說明它們的條件可以相差多少。

加勒比海位於南美洲和中美洲之間，北面是古巴，東面是安的列斯群島的加勒比島群。儘管加勒比海現在是大西洋的一部分，但超過三百萬年前，加勒比海也加入了太平洋。現在，被稱為巴拿馬地峽的狹窄土地關閉了這一聯繫。

加勒比海底部可能是已分裂的太平洋板塊的一部分，加勒比海更像是深海盆地而不是淺海。地表水從北大西洋向東部流入加勒比海，在橫穿加勒比海時變暖，然後用溫暖的水向墨西哥灣供水。海灣進一步變暖產生了墨西哥灣流水，該水流入北大西洋。

加勒比海壯觀的特徵之一是其廣泛的珊瑚礁。研究化石記錄的科學家稱為古生物學家，他們發現，自從海洋與太平洋分離以來，已經出現了60％以上的加勒比珊瑚物種。同時，一些曾經在加勒比地區廣泛傳播的珊瑚物種已滅絕。例如，在巴拿馬地峽的太平洋一側發現了幾組造礁珊瑚，但現在加勒比地區卻沒有這種珊瑚。

地中海位於南歐，北非和西北亞之間。它是特提斯海的遺跡，距今1.8億年前，它分隔了世界上兩個古老的超大陸–北端的勞拉西亞和南端的岡瓦納。今天，地中海通過西邊的直布羅陀海峽與北大西洋連接，並通過東邊的馬爾馬拉海與黑海連接。

1869年，在法國外交官費迪南德(Ferdinand de Lesseps)(1805-94)的指導下，挖掘機完成了連接地中海與紅海的蘇伊士運河。從那時起，數百种红海物種通過蘇伊士運河，並在地中海定居。

地中海的地表水從大西洋穿過直布羅陀海峽，再到黑海。在200–700公尺的深度處，回水比正常的，富含營養的水更咸。與其他邊緣海相比，從地中海到大西洋的營養損失造成了地中海生命的低下。地中海水域不包含珊瑚礁，因為它們太涼了，無法建造珊瑚礁珊瑚息肉。

大約六百萬年前，在海平面下降的地球歷史上漫長的寒潮中，地中海從北大西洋被切斷。地中海的水蒸發了而沒有被取代，所以海洋最終完全乾涸了。厚厚的鹽沉積物留在了曾經是地中海海底的地方。地中海的所有海洋生物都滅絕了。然後，到大約五百萬年前，全球氣候變暖，海平面上升。北大西洋的水倒入直布羅陀附近的地中海盆地，一些地質學家稱之為“世界上最大的瀑布”。所有地中海地中海的動植物都是從過去五百萬年來到的祖先進化而來的。

如今，地中海地區仍然因蒸發而大量失水，並且置換速度緩慢，因此，地中海地區的鹽度(咸度)通常略高於北大西洋。大多數海水的鹽度約為千分之35(即每1000克海水含35克鹽)。地中海地區平均千分之三十八。如今，地中海地區的動植物群落與北大西洋的溫帶溫帶水域相似，但最近有所增加，例如從紅海抵達的約140種浮游動物(動物浮游生物) 。

波羅的海是北歐的淺海。北海與大西洋的主體分開，由幾條主要的河流提供食物，特別是維斯杜拉河，奧得河和涅瓦河。由於波羅的海與北海的連接狹窄，且在涼爽的氣候下蒸發速度很慢，因此河流大量淡水的投入極大地稀釋了波羅的海的海水。結果，在海洋的北端，波羅的海的海水幾乎是淡水，鹽度不到千分之五。在與北海相連的波羅的海南端，鹽度達到千分之三十(低於大西洋的平均千分之三十五)。此外，與北海不同，波羅的海與北大西洋漂流的變暖作用是分開的，因此波羅的海的大部分地區在冬季結冰。這些環境條件意味著在波羅的海只有有限範圍的海洋物種能夠生存，例如可以忍受鹽度變化的海洋物種。波羅的海的水深很淺，被海水沖刷的程度很差，因此無法迅速分散污染物，因此被污染的水可能需要很長時間才能被沖出波羅的海。由於這些原因，在波羅的海地區只能生存一定數量的生物，但是可以生存的生物(包括蛤，刺毛蠕蟲和兩棲類甲殼動物)擁有豐富的糧食供應並且可以繁衍。

不同的歷史和不同的環境條件意味著北大西洋的這三個邊緣海包含非常不同的生物群落。可以對其他海洋中的海洋進行類似的比較，並進行類似的對比。

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圖1-11北大西洋緣海

海岸

海岸是陸地與海洋交彙的地方：人們可以將腳趾伸入珊瑚沙中，在岩石上爬來爬去，找到潮汐池，或者將膝蓋深陷於臭味沉重的泥土中。它們是轟動感官的神奇娛樂場所：有節奏的海浪撞擊，咸空氣的氣味和味道，陽光和海風輕拂皮膚。

海洋學家非常精確地定義了海岸。海岸的下邊界是被最低潮汐暴露在空氣中的海床。它的上限是最大風暴波飛濺的陸地邊緣。在這兩者之間是海岸。

海岸內陸是一個沿海地帶，受附近海域的影響明顯。例如，含鹽分的水霧會被內陸吹到沿海地帶，並影響到那裡可能生長的植物種類。海岸和沿海地帶之間的彎曲邊界線稱為海岸線。

當陸地相對於海洋或陸地下沉(消退)或上升(隆起)時，新的海岸是由地質動盪形成的。新鮮的土地或海底被帶到大海的邊緣。一旦發生這種情況，海岸就會在風，浪，潮汐和海流的作用下逐漸變形。海岸是陡峭多岩石還是平緩多沙取決於物理，化學，地質和生物條件的特定組合。起點是陸地相對於海洋的高度和坡度。影響此的一個因素是海岸到板塊邊界的距離。美國太平洋沿岸的大部分地區都位於板塊邊界附近，在許多地方，沿海地區都在抬升。結果是聳立在多岩石的海岸之上的沿海懸崖，偶爾穿插著海灘。與之形成鮮明對比的是，美國大西洋沿岸距離板塊邊界很遠。這裡的土地正在緩慢地被補貼，使內陸的岩石和土壤與海洋接觸。在這裡，在許多地方，海灘寬闊、緩坡、沙質或泥濘。

海濱環境惡劣。潮汐落下時，它交替暴露在空氣中，潮汐升起時又被海水淹沒。留在岸上的動植物極度挑戰。當潮位低時，海濱生物可能一方面要面對烘烤的陽光，使它們變乾，另一方面要傾瀉大雨，使它們被淡水覆蓋，而不是習慣於鹹海水。一旦漲潮，它們可能會被海浪拍打，或受到許多海洋掠食者和掠食者的擺佈。那些能夠在苛刻條件下生存的人可以獲得豐厚的回報。海藻可以在日光浴，營養豐富的淺水中繁殖。對於動物而言，漲潮帶來了豐富的新鮮食物。

河口和三角洲

河口是沿海地區，河流流入大海，淡水與海水混合。一些河口，尤其是那些被小河腐蝕的泥灘的河口，似乎是海岸上最可怕的地方。但是它們對人和野生生物來說比外表所顯示的要重要得多。

地質學家(研究地球結構及其影響過程的科學家)通常會根據形成的方式識別出四種河口，進而形成它們的外觀。上海灘就是沿海平原河口的一個例子，因為它是一條被河淹沒的河口周圍的平坦土地。另一方面，舊金山灣的邊界相當陡峭，是一個構造海灣，是由於地面沿斷層(岩石附近的重大裂縫)(例如附近的聖安地列斯斷層)的地面運動而沉降而形成的。

某些沙質海岸有許多砂壩組構成河口。這樣的河口很淺，並通過沉積的沙洲或隔離島與大洋隔開。最後，寒冷帶的峽灣是U型深谷，最初被冰川挖出，並被海水淹沒。它們在高緯度沿海山地地區很常見。主要的例子在阿拉斯加，加拿大和挪威的西海岸都可見。

三角洲是三角形或扇形的沉積物平原，有時在河口形成。最大的地區，如密西西比河三角洲和埃及的尼羅河三角洲，相距超過約100公里寬。它們形成在沿海水流無法沿海岸傳播傾倒河水的泥沙的地方。相反，沉積物留在河口，最終將其堵塞。然後，這條河被限制在幾個穿過低窪三角洲的分支河道中，稱為分流河。

大多數河口含有大量的泥土(由粘土和其他細顆粒物製成)，被河水沖倒。泥漿沉澱在河口的地面和側面，形成低潮時露出的泥灘。泥漿中密堆積的顆粒不允許大量的氧氣滲透，因此泥漿通常是黑色的，表面下方有臭味。很少有動物能夠適應這些缺氧的條件，其中有能力的動物大多數都生活在大約地面下3公分左右的地方，或者有能夠帶來新鮮水和氧氣供應的洞穴。

鹽度(鹽度)的急劇變化給生活在河口的生物帶來了另一個問題。在退潮時，尤其是在暴雨過後，河流的水強烈地稀釋了河口的海水。當潮高時，河流流量減少，河流的影響極小，河口水幾乎是全強度海水。只有相當小範圍的海洋生物可以忍受鹽度的這種劇烈變化。但是對於那些可以的人，好處是巨大的。河流帶給微生物(微觀有機體)和簡單植物豐富的養分，這些食物構成食物鏈的基礎，而穴居動物可以在上面覓食。0.1平方公尺的泥漿可以容納300個穴居蛤。這些和其他泥巴動物為成千上萬訪問河口的鳥類提供食物。這些鳥類反過來又提供了寶貴的環境服務。當他們將糞便釋放到土地上時，他們將有用的養分循環利用，這些養分早些時候被從土地上沖走到河流中。

沿海濕地

在沿海土地平緩傾斜的地方(例如在美國大西洋和墨西哥灣沿岸的許多地方)，海平面略有上升或下降(如潮漲跌落)，意味著大面積的沿海土地被交替淹沒，然後暴露於空氣中。這裡的土地可能會被海水淹沒，只有少數幾種陸地植物可以在這種鹹水條件下生存。在溫帶地區，這些沿海濕地被稱為鹽沼。在熱帶和亞熱帶氣候中，它們形成了紅樹林沼澤。

許多人都熟悉北美或歐洲鹽沼的奇特荒蕪景觀，在泥濘的小溪之間生長著成群的堅韌的沼澤植物。在夏季，空氣中充滿了雲雀的歌聲。成群的灰鵝從北極的繁殖地飛來。在鹽沼的沿海邊緣，耐鹽臍帶草幾乎是唯一能夠生存的陸地植物。向著陸地的邊緣生長著有限範圍的草叢和草，以及諸如玻璃麥芽之類的耐鹽多肉植物(多葉植物，保水植物)。

鹽沼就像它們經常接壤的泥濘河口一樣，正在要求生物體生存的地方，但它們卻藏有隱藏的寶藏。鹽沼中的鹽度從比海水更鹹的鹽到淡水不等。在這裡生存的堅韌植物很難消化，因此當地動物的主要食物供應形式是腐爛的植物材料，而微觀生物尤其是細菌和真菌已經分解了。諸如夜蛾和蛤之類的動物以泥土中和泥土中的微生物和部分腐爛的植物為食。這些生物反過來又是魚類和螃蟹等大型動物的食物。涉禽，如鷸、鷺、鷗，以及候鳥如鴴、鴨和雁，到達大群的鹽沼。鳥類食用生活在小河中的泥巴動物以及魚類和貝類。在某些情況下，鳥類也在這裡繁殖。鹽沼提供了避風港，因為來自陸地和海洋的大型捕食者都發現泥濘和小河的迷宮難以行走或游過。

鹽沼和紅樹林沼澤對人類和環境都起著有益的作用。首先，濕地植物根部的纏結將泥漿束縛起來，有助於保護沿海土地免受海浪和洋流的侵蝕。其次，濕地泥的行為就像一個化學加工廠。泥漿顆粒吸引並容納有毒的重金屬，例如鉛和汞。沼澤植物的根吸收硝酸鹽，例如那些源自在農業土地上傳播的肥料的硝酸鹽。因此，濕地“清潔”了穿過濕地的水，從而防止了許多有害物質從土地上沖入大海。最後，沿海濕地是珍貴魚類和貝類的重要苗圃(年輕人生長的地方)。美國東南部的鹽沼小溪為半數當地捕獲的魚類中的年輕人提供苗圃。漁民還從這些小河中捕撈蛤，牡蠣和扇貝。在溫暖的氣候中，紅樹林根部糾結周圍的水域中藏有魚和蝦的幼蟲，這些魚和蝦成年後會散佈在很大的區域。當人們排乾或挖開鹽沼和紅樹林沼澤以建立沿海開發地時，濕地的寶貴環境服務就會喪失。

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圖1-12江蘇海岸濕地與淡水河河口溼地

島嶼

島嶼是小於大陸的陸地，四周被水環繞。世界上最大的島嶼格陵蘭島比世界上最小的大陸澳洲小許多倍。僅太平洋地區就至少有25,000個島嶼，其中許多只有幾十公尺寬。大多數地理學家會根據其起源來識別三種類型的海洋島嶼：近岸島嶼，遠岸島嶼和大洋島嶼。

近海島嶼位於大陸棚)上。他們曾經加入大陸大陸。從那時起，海平面上升或大陸陸地沉沒，從而使兩者之間的陸地連接被淹沒。不列顛群島是這種類型的島嶼。僅在18,000年前，即上一個冰河時代的高峰期，它們才與歐洲大陸相連。從那以後，覆蓋北歐大部分地區的冰川和冰蓋融化了。海水水位上升了約90公尺，陸地連接現在被吞沒了，大部分位於北海和英吉利海峽以下至少50公尺。

離岸島嶼非常接近大陸陸地，但不在大陸棚上。一些近海島嶼曾經與附近的大陸相連，但它們已經分開了幾百萬年。其他人則從未加入過大陸。但是，它們與大陸的親密關係或以前的聯繫意味著它們包含附近大陸上發現的許多相同種類的動植物。許多人因在洋流上漂流而定居在這些島嶼上，或者就某些動物而言，它們曾游過或飛過。一些離岸島嶼成為在大陸滅絕的動物的避難所。

馬達加斯加是距非洲數百萬年的海上島嶼，如今擁有30種Prosimian(猿猴等動物群的原始成員)。許多這樣的近猿物種或密切相關的物種已在非洲大陸滅絕，在與近來進化的猴子競爭中失去了優勢。然而，在猴子還沒有到達的孤立的馬達加斯加，Prosimians倖存了下來。

大洋洲距離最近的大陸幾百公里或更遠。沖向海面的火山創造了其中大部分。

大多數海洋島嶼的寬度只有幾十公里或更短。但是它們的存在比面積大小重要得多。由於這些島嶼非常偏遠，到達那裡並建立繁殖種群的動植物可能會與其他地方的親戚孤立地進化。當這些種群中的成員適應其島上住宅的生活時，在許多世代中，都會選擇那些使其具備生存能力的特徵，而具有這些特徵的個體往往是能夠生存繁殖的個體。經過幾代人的發展，島上的動植物與起源於大陸的親戚略有不同。結果，一些較大的海洋島嶼包含了絕大部分其他地方找不到的物種。例如，研究加拉帕戈斯群島動植物的生物學家迄今已描述了約5,000種，加拉帕戈斯群島位於距厄瓜多爾約960公里的太平洋中。其中，約有三分之一在其他地方找不到。

在海洋中，海洋島嶼也具有巨大的影響力。它們的側面使深水偏向表面。這種深水富含來自廢物和死亡生物分解的養分。在陽光照射下的海水中，這種營養素的注入有助於稱為浮游植物的微觀植物狀生物的生長。動物浮游生物以浮游植物為食，它們被魚類消耗，而魚類又被大型魚類和海洋哺乳動物食用。在溫暖清澈的海水中，珊瑚礁生長在島嶼的兩翼，在海洋中產生了最複雜的動植物群落。

海底山脈

全球有30,000至50,000海山之間。這些滅絕的水下火山在深海深處的平原上加尖刺，在海底以上至少1,000公尺處上升。它們是海洋生物的吸引棲息地。

在廣闊的海洋中，海山就像綠洲。隨著洋流掠過海山，海水被渦旋成漩渦並被推向地表。營養豐富的水在地表附近上升，促進了浮游植物的生長，海洋或水生動物直接或間接依靠它們來獲取食物。在海山之上，形成了豐富的海洋生物群落。大型捕食者，例如海豚和鯊魚，將從一個海山駛向另一海山，以捕撈聚集在此的小魚群。

這些水下山脈可以生存數百萬年。居住在海底的動物的幼蟲(海綿、軟珊瑚、海葵、螃蟹、海鞘等)定居在那裡。這些生物可以與其他海山群隔開數百公里的平坦深海底，並可以在孤立的情況下進化。結果，許多海山山都棲息著不尋常的高比例的當地物種，而其他海洋物種則沒有這種物種。如果在熱帶水域中，海山上升至海面幾十公尺以內，那麼牢固的珊瑚(可以建立活躍的珊瑚礁群落的那種珊瑚)也將在那裡生長。

在過去的30年中，海底山脈的重要性才變得顯而易見。現在，潛水員可以使用水下航行器和復雜的聲納設備來更輕鬆地定位和探索這些結構。

如何定義海洋

覆蓋地球表面71%的連續海水體就是海洋。研究海洋的科學家，即海洋學家，把海洋分為五大區域。海洋區域從大到小依次是：太平洋、大西洋、印度洋、南部和北冰洋。其中四個是由分開它們的大陸的形狀勾勒出來的。第五，南大洋，實際上是太平洋、大西洋和印度洋的南部延伸。國際水文組織（IHO）——决定海洋地理邊界的組織在2000年只將南大洋指定為一個單獨的水域。

The five oceans

大洋	面積			平均	海水容積
(包含緣海)	平方公里			深度	立方公里
太平洋		152,617,160	(4,229)		645,375,552
大西洋		81,527,400	(3,777)		307,902,776
印度洋		67,469,536	(3,877)		261,590,400
南冰洋		20,973,318	(3,410)		71,518,408
北冰洋		8,676,520	(1,935)		16,790,582

從人造衛星看地球，底部的南大洋籠罩在漩渦狀的雲層中。在非洲的右邊是印度洋，在左邊是大西洋。

圖1-12 水文循環。水在海洋，空氣和陸地之間循環。

圖1-14 北大西洋及其主要海洋，海灣和海灣

前言

引言

第1章 海洋地理學