海底底水温度是地球物理和物理海洋的一个基本的参数, 在大洋岩石圈热结构的数值模拟中, 海底底水温度是一个关键的边界条件 (Shi et al, 2002) , 而且它有助于大洋油气资源和矿产资源的调查和评估 (袁玉松, 2007) 。它也是校正海底水声速和大洋沉积物的关键参数。尤其是海底底水温度异常可预示有泥火山导致的热液活动, 甲烷气体的泄漏, 洋壳流体的交换等。文章主要根据最新实测的海底底水温度数据, 研究深海海底底水温度随水深度的变化的经验关系和不同海域的海底底水温度及其成因。
1 探测方法
我们主要利用自主研制的海底热流探针、海水盐度-温度-深度剖面仪 (CTD) 、以及将自主研制的微型测温探头搭载在海底地震仪 (OBS) 和沉积物捕获器上 (图1) , 在我国南海, 东印度洋和西太平洋开展了170多个站位的深海探测, 获取到上述海域海底底水温度数据 (其中南海 (SCS) 158个站位、东印度洋 (EIO) 30个站位及西太平洋 (WPO) 37个站位) (图2) 。
图1 深海海底底水温度探测设备
(a) 中科院南海海洋研究所地热组自主研制的海底热流探针;
(b) 海底地震仪 (OBS) (搭载自主研制的微型测温探头) ;
(c) 沉积物捕获器 (搭载自主研制的微型测温探头)
图2 南海、东印度洋及西太平洋底水温度 (BWT) 探测站位分布 (红色点为观测站位)
2 研究结果
基于这批实测的深海海底底水温度数据, 获得了深海海底底水温度随水深变化的经验关系 (图3) 。研究结果表明:1) 在水深不超过2000米的海域, 其底水温度随着水深增加而快速降低。比如在浅水海域, 底水温度大概为25℃, 这主要是受近海面与太阳辐射有关, 而且也是呈现季节性波动;而在水深500米左右的海域底水温度大概10℃左右, 1000米左右的海底底水温度在5℃左右, 到2000米左右的海底, 其底水温度降低到3℃左右;2) 而水深在2000-3500米的海域, 南海的底水温度变化很小 (其变化量大概在0.5℃以内) 、而西太平洋及东印度洋的底水温度随着深度增大而分别降低到1.6℃和1.3℃左右;3) 在水深超过3500m的深海海域, 底水温度几乎没什么变化;其中南海的海底底水温度 (BTW) 约为2.47℃, 西太平洋和东印度洋的底水温度稍低, 分别约为1.60℃、1.34℃, 而南大洋底水温度更低, 在0℃以下 (Orsi et al, 1999) , 尤其是靠近冰架区, 其底水温度低至零下2.13℃ (Jacobs et al, 1970) ;4) 而在水深超过4800米的海域, 底水温度通常会随着水深越深温度稍有升高, 在东印度洋和西太平洋海底底水温度随深度的升高率大概为0.10～0.12℃/km, 这主要是海水绝热自压效应导致。当然, 深海也有局部区域的底水温度非常高, 比如洋中脊上的热液喷口及小范围区域内, 其温度可高达300-400℃, 甚至更高。
图3 南海、东印度洋及西太平洋底水温度 (BWT) -深度 (Z) 分布
(a.三个海域底水温度-深度分布对比;b.三个海域底水温度<6℃的放大图;c.东印度洋 (EIO) 和西太平洋 (WPO) 水深超过4800米海域的底水温度和水压 (P) 关系, R为相关系数)
3 成因探讨
对比不同海域深海海底底水温度, 发现南大洋底水温度最低 (0℃以下) , 其次是东印度洋 (～1.3℃) 和西太平洋 (～1.6℃) , 而南海海盆底水温度较高 (～2.5℃) 。其成因机制可以用大洋传送带模式来解释 (图4) 。该模式认为:低温度高盐度的海水, 从北大西洋格陵兰岛和冰岛附近海域下沉到深层, 然后向南流动, 再与南极洲周围海域的低温度高盐度的海水一同向北进入印度洋和太平洋, 而南海是一个相对封闭的热带边缘海, 其内部海水与印度洋和菲律宾海交换有限, 导致南海海底底水温度整体高于印度洋和太平洋。
图4 大洋传送带模式概念图 (改自 (Broecker, 2010) )
文章来源：原刊于《科技风》2019年15期
作者：徐子英，广州海洋地质调查局；杨小秋，中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室(南海海洋研究所)
