Thực đơn
Biển
Trái Đất là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời với bề mặt chất lỏng,[3](tr22) nhưng các hành tinh giống Trái Đất trong các hệ hành tinh ngoài Hệ mặt trời có thể có đại dương[11]. Biển bao phủ hơn 70% bề mặt Trái Đất với nước ở dạng lỏng.[3](tr7) Khoảng 97,2% lượng nước của Trái Đất ở trên biển, với khoảng 1,36 tỷ km³ nước mặn. 2,15% số còn lại là băng trong các sông băng, băng trên bề mặt biển, 0,65% còn lại là hơi nước và nước ngọt trong các hồ, sông, đất và không khí.[12]
Nhìn từ vũ trụ, hành tinh của chúng ta xuất hiện như một "viên đá cẩm thạch màu xanh" với các dạng khác nhau của nước: nước mặn ở các đại dương, các khối băng ở hai cực và những đám mây hơi nước.[12] Nhà văn khoa học viễn tưởng Arthur C. Clarke đã từng đề xuất rằng "Trái Đất" nên được đặt tên là "Trái nước" vì diện tích chứa nước chiếm phần nhiều của Trái Đất.[3](tr7)
Vật lý Hải dương học, hoặc vật lý biển, nghiên cứu thuộc tính vật lý của đại dương bao gồm tương quan giữa nhiệt độ và độ mặn, sóng biển, các sóng ngầm dưới đáy biển, thủy triều trên bề mặt, thủy triều dưới lòng biển, và các dòng hải lưu.[3](tr14–17)[13] Sự di chuyển của nước với hình thức các hải lưu, thủy triều và sóng ảnh hưởng đến bờ biển và thay đổi khí hậu của khu vực ven biển.[14] Địa vật lý biển liên quan đến việc nghiên cứu về hình dạng và sự mở rộng lưu vực biển và bờ biển.
Việc khai quật đáy biển cung cấp các bằng chứng của các vật liệu tạo ra Trái Đất, cũng như sự trôi dạt lục địa, sự phân bố của các khu vực có hoạt động địa chấn và núi lửa, và sự tích tụ trầm tích mà cuối cùng có thể kết tinh thành đá trầm tích.[14]
Nước trong biển được cho là có nguồn gốc từ hoạt động phun trào núi lửa trên Trái Đất, bắt đầu cách nay 4 tỉ năm, làm giải phóng các khí từ đá nóng chảy.[3](tr24–25) Công trình nghiên cứu gần đây hơn cho rằng hầu hết nước trên Trái Đất có thể từ sao chổi.[15] Một đặc điểm quan trọng của nước biển là mặn. Độ mặn thường được đo bằng phần nghìn (ký hiệu ‰), và các đại dương chứa vào khoảng 35 gam (1,2 oz) chất rắn trên một lít, độ mặn 35 ‰ (khoảng 90% nước trong đại dương có độ mặn nằm trong khoảng 34 đến 35‰[16]). Biển Địa Trung Hải có độ mặn cao hơn ở 37 ‰. Thành phần của muối ăn (natri và clo) chiếm khoảng 85% chất rắn hòa tan trong nước biển. Ngoài ra, còn có các ion kim loại khác như magie và canxi, và các ion âm như sulphat, carbonat, và brômua. Mặc dù có sự khác biệt độ mặn trong vùng biển khác nhau, các thành phần tương đối của các muối hòa tan là ổn định trong khắp các đại dương của thế giới.[17][18] Nước biển là quá mặn để con người có thể uống vì thận không thể bài tiết qua đường tiểu những chất mặn như nước biển.[19] Ngược lại, các hồ nước mặn nằm trong lục địa có độ mặn cao hơn trong đại dương, ví dụ như Biển Chết có 300 gam (11 oz) chất rắn hòa tan trong một lít (300 ‰).
| Hòa tan | nồng độ (‰) | % trong tổng muối |
|---|---|---|
| Clorua | 19,3 | 55 |
| Natri | 10,8 | 30,6 |
| Sulphat | 2,7 | 7,7 |
| Magiê | 1,3 | 3,7 |
| Canxi | 0,41 | 1,2 |
| Kali | 0,40 | 1,1 |
| Bicarbonat | 0,10 | 0,4 |
| Bromua | 0,07 | 0,2 |
| Carbonat | 0,01 | 0,05 |
| Stronti | 0,01 | 0,04 |
| Borat | 0,01 | 0,01 |
| Florua | 0,001 | < 0,01 |
| Các chất hòa tan khác | < 0,001 | < 0,01 |
Độ mặn của các vực nước thay đổi theo sự bay hơi từ bề mặt của nó (gia tăng bởi nhiệt độ cao, gió và chuyển động của sóng), lượng mưa, đóng băng hoặc tan chảy của băng biển, sự tan chảy của sông băng, dòng nước ngọt từ sông, và sự pha trộn của các vực nước có độ mặn khác nhau. Ví dụ, biển Baltic là trong một vùng khí hậu mát mẻ với độ bay hơi thấp, có nhiều con sông chảy vào nó và bổ sung liên tục từ Biển Bắc nên tạo ra một lớp nước bên dưới lạnh, dày đặc mà hầu như không hòa lẫn với các lớp bề mặt. Lớp trên cùng có thể có độ mặn 10-15 ‰, với mức độ thậm chí thấp hơn trong các cửa sông.[20] Biển Đỏ ấm có độ bốc hơi cao nhưng lượng mưa thấp; có ít sông đổ vào nó, và Bab-el-Mandeb, nối nó với Vịnh Aden, đây là một vịnh hẹp có độ mặn trung bình 40 ‰.[21]
Nhiệt độ của biển phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt trời chiếu trên bề mặt của nó. Ở các vùng nhiệt đới, mặt trười chiếu thường xuyên, nhiệt độ bề mặt biển có thể lên đến hơn 30 °C (86 °F) trong khi ở gần các Cực, nhiệt độ ở trạng thái cân bằng với băng biển vào khoảng −2 °C (28 °F). Có một dòng hải lưu liên tục trong các đại dương. Các dòng hải lưu ấm trên mặt lạnh đi khi chúng chảy xa các vùng nhiệt đới, và nước trở nên đặc hơn và chìm xuống. Dòng nước lạnh di chuyển trở về xích đạo ở dạng các dòng ở dưới sâu, được điều khiển bở sự thay đổi về nhiệt độ và trọng lượng của nước, cuối cùng trồi lên mặt và tiếp tục tuần hoàn. Nước biển sâu có nhiệt độ khoảng −2 °C (28 °F) đến 5 °C (41 °F) trong tất cả các vùng trên toàn cầu.[22]
Nước biển đóng băng ở nhiệt độ khoảng −1.8 °C (28.8 °F). Khi nhiệt độ của nước xuống đủ thấp, các tinh thể băng hình thành trên bề mặt. Các khối băng bề mặt này vỡ thành các mảng nhỏ và kết hợp lại thành đĩa phẳng tạo thành một hệ thống treo dày được gọi là băng đóng ở dưới đáy. Trong điều kiện tĩnh lặng, lớp này bị đóng băng thành một tấm phẳng mỏng được gọi là nilas, nó làm dày các lớp băng mới ở mặt dưới của nó. Trong vùng biển nhiều sóng gió hơn, các tinh thể băng đóng ở dưới đáy cùng tham gia vào đĩa phẳng được gọi là pancake. Các bánh này trượt với nhau và kết hợp lại để tạo thành băng trôi. Trong quá trình làm lạnh, nước muối và không khí bị bắt giữ trong các tinh thể băng. Nilas có thể có độ mặn 12-15 ‰, nhưng theo thời gian, băng biển sau một năm thì nó giảm xuống 4-6 ‰.[23]
Lượng ôxy có trong nước biển phụ thuộc chủ yếu vào thực vật phát triển trong đó. Các loài này chủ yếu là tảo, bao gồm thực vật phù du, với một số thực vật có mạch như cỏ biển. Hoạt động quang hợp vào ban ngày của các thực vật này sản sinh ôxy, chúng hòa tan trong nước biển và được các động vật biển sử dụng. Vào ban đêm, hoạt động quan hợp dừng lại, lượng ôxy hòa tan sụt giảm. Ở đới biển sâu, ánh sáng không đủ khả năng xuyên đến cho thực vật phát triển, thì có rất ít ôxy hòa tan. Do thiếu ôxy, vật liệu hữu cơ bị phân hủy bởi các vi sinh vật yếm khí tạo ra hydro sunfua.[24] Ấm lên toàn cầu có thể làm giảm hàm lượng ôxy trong cả nước tầng mặt do khả năng hòa tan của ôxy giảm do ở nhiệt độ cao, và cả trong nước tầng sâu do giảm khả năng hòa tan của ôxy do tăng sự phân tầng cột nước.[25]
Lượng ánh sáng xuyên thấu vào biển phụ thuộc vào góc tới của mặt trời, các điều kiện thời tiết, và độ đục của nước biển. Hầu hết ánh sáng phản xạ ở bề mặt, và ánh sáng đỏ hấp thụ xuống ở vài mét từ bề mặt. Ánh sáng vàng và lục xuyên thấu sâu hơn, và ánh sáng xanh và tím có thể xuống đến độ sâu khoảng 1.000 mét (3.300 ft). Không đủ ánh sáng cho quang hợp và thực vật phát triển ở độ sâu dứoi 200 mét (660 ft).[26]
Nước biển có tính kiềm nhẹ và độ pH thời kỳ tiền công nghiệp vào khoảng 8,2. Gần đây, các hoạt động nhân sinh đã làm gia tăng hàm lượng carbon dioxit trong khí quyển; có khoảng 30–40% CO2 gia tăng đã được hấp thụ vào các đại dương, tạo thành axít carbonic và làm giảm pH (hiện dưới 8,1[27]) qua một quá trình được gọi là axít hóa đại dương.[28][29][30] Giá trị pH được cho là sẽ giảm xuống còn 7,7 (tăng gấp 3 lần nồng độ ion H+) vào năm 2100, đây sẽ là sự thay đổi đáng kể trong thế kỷ này.[31][lower-alpha 3]
Một nguyên tố quan trọng trong việc hình thành khung xương của các động vật biển là canxi, nhưng canxi cacbonat trở nên dễ hòa tan hơn theo áp suất, vì vậy vỏ sò bằng cacbonat và khung xương hòa tan bên dưới độ sâu bù cacbonat.[33] Canxi carbonat cũng dễ hòa tan hơn khi pH thấp hơn, vì vậy axít hóa đại dương có thể có những ảnh hưởng sâu sắc lên các sinh vật biển có cấu trúc canxi như sò, hào, hải sâm và san hô,[34] bởi vì khả năng tạo vỏ của chúng sẽ bị giảm,[35] và độ sâu bù đắp cacbon sẽ tăng gần về phía mặt biển. Các sinh vật phù du bị ảnh hưởng sẽ bao gồm các loài động vật hai mảnh vỏ giống ốc như pteropoda, tảo đơn bào được gọi là coccolithophorida và foraminifera. Tất cả các loài này là những phần quan trọng trong chuỗi thức ăn và sự suy giảm số lượng của chúng sẽ có hậu quả đáng kể. Trong vùng nhiệt đới, san hô có khả năng bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi nó trở nên khó khăn hơn trong việc tạo bộ xương cacbonat của chúng,[36] lần lượt tác động xấu đến các loài sống dựa vào rạn san hô.[31]
Tốc độ thay đổi hóa học trong đại dương hiện tại dường như là không có tiền lệ trong lịch sử địa chất của Trái Đất, làm thể hiện một điều không rõ rằng như thế nào hệ sinh thái biển sẽ có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi của tương lai gần.[37] Sự quan tâm đặc biệt là cách thức kết hợp của quá trình axit hóa với các yếu tố bổ sung làm nhiệt độ cao hơn và hàm lượng ôxy giảm xuống sẽ ảnh hưởng đến các vùng biển.[38]
Gió thổi trên bề mặt một vực nước tạo thành sóng có phương vuông góc với hướng gió. Ma sát giữa khối không khí và nước gây ra bởi làn gió nhẹ làm tạo thành những vế gợn sóng. Gió mạng thổ trên mặt biển tạo ra các sóng lớn hơn và khi khối không khi chuyển động sẽ đẩy mặt nước làm tạo thành các font sóng dâng cao. Sóng đạt đến độ cao lớn nhất khi mà tốc độ tại lúc đó nó di chuyển gần bằng với vận tốc gió. Ở vùng nước mở, khi gió thổi liên tục (như ở Nam bán cầu trong Roaring Forties), kéo dài, organised masses of water called swell roll across the ocean.[3](tr83–84)[39][40][lower-alpha 4] Nếu gió giảm, thì sự hình thành sóng cũng giảm, nhưng các sóng đã hình thành trước đó vẫn tiếp tục chuyển động theo hướng ban đầu cho đến khi chúng vỗ vào bờ. Kích thước của sóng phụ thuộc vào quãng đường mà nó truyền qua và độ mạnh cũng như thời gian gió tiếp xúc với mặt nước. Khi sóng gặp những loại sóng khác đến với những hướng khác nhau, sự giao thoa giữ hai sóng có thể tạo các vùng biển bất thường.[39]
Phần cao của sóng được gọi là đỉnh sóng; phần thấp nhất được gọi là chân sóng; và khoảng cách giữa các đỉnh được gọi là bước sóng. Sóng bị gió đẩy qua bề mặt của đại dương, nhưng điều này đại diện cho một sự truyền năng lượng và không phải là một chuyển động ngang của nước. Khi sóng đi tới, các phân tử nước tại một điểm dâng cao lên và khi tĩnh sóng, chúng đi xuống, các phân tử nước chuyển động theo một mô hình tròn mỗi lần sóng đi qua. Những phân tử ở gần bề mặt di chuyển nhanh hơn so với những phân tử ở dưới. Khi sóng tiếp cận bờ và di chuyển vào vùng nước nông, chúng thay đổi đặc điểm. Nếu tiếp xúc ở một góc tới bất kỳ, sóng có thể uốn cong hoặc ôm xung quanh các vật thể như đá hoặc mũi đất. Khi các phân tử nước dao động ở dưới cùng của cột sóng tiếp xúc với đáy biển, ma sát giữa các phân tử nước và các bãi biển làm tốc độ truyền sóng chậm lại, khoảng cách giữa các đỉnh sẽ thu hẹp lại và biên độ sóng tăng lên. Lúc này theo mặt cắt sóng, phần đỉnh sóng di chuyển nhanh hơn so với phần chân sóng, và cuối cùng là xuất hiện hiện tượng "sóng vỡ" khi đỉnh chờm về phía trước (so với chân sóng). Chúng tràn lên bãi biển trước khi rút trở lại biển do ảnh hưởng của trọng lực.[39]
Sóng thần là một loại sóng bất thường gây ra bởi các sự kiện có năng lượng lớn không thường xuyên như động đất hoặc trượt lở đất dưới biển, sự va chạm của thiên thạch, núi lửa phun trào hoặc lở đất xuống biển. Các sự kiện này có thể làm dâng cao hoặc hạ thấp mặt nước biển tạm thời trong khu vực bị ảnh hưởng, thường khoảng vài foot. Thế năng của nước biển bị choáng chỗ này được chuyển thành động năng, tạo ra sóng nông, một dạng sóng thần, tỏa ra phía ngoài với vận tốc vài foot vuông theo độ sâu và sau đó chuyển động nhanh hơn trong vùng biển mở so với trên thềm lục địa.[41] Trong vùng biển mở và sâu, sóng thần có bước sóng vào khoảng 80 đến 300 dặm (130 đến 480 km), chuyển động với vận tốc hơn 970 km/h (hơn 600 dặm/giờ)[42] và thường có độ cao nhỏ hơn 1 mét (3 foot), vì vậy chúng thường không được chú ý (quan sát) trong giai đoạn này.[43] Ngược lại, sóng biển do gió có bước sóng vài trăm foot, chuyển động với vận tốc lên đến 65 dặm Anh một giờ (105 km/h) và có chiều cao sóng đến 45 foot (14 mét).[43]
Một sự kiện xảy ra trên thềm lục địa có thể gây ra sóng thần địa phương ở phía bờ và khoảng cách sóng thần di chuyển qua đại dương. Năng lượng sóng chỉ bị phân tán từ từ, nhưng trải rộng ra toàn font sóng, vì vậy khi sóng tỏa ra nhiều hướng từ nguồn, font sóng kéo dài hơn và năng lượng trung bình giảm xuống, khi đó bờ biển sẽ bị tác động bởi sóng yếu hơn. Tuy nhiên, vì vận tốc sóng bị khống chế bởi chiều cao sóng nên nó không thể di chuyển với cùng vận tốc theo mọi hướng, và điều này ảnh hưởng đến hướng truyền của font sóng-được gọi là khúc xạ-mà có thể tập trung sức mạnh của sóng thần tiến vào một số khu vực và làm suy yếu nó bởi những yếu tố khác tùy thuộc vào địa hình dưới đáy biển.[44][45]
Sóng thần 2004 ở Thái LanKhi sóng thần di chuyển vào vùng nước nông hơn vận tốc của nó giảm, bước sóng của nó ngắn lại và biên độ tăng lên vô cùng lớn,[43] như cách mà sóng do gió đi vào vùng nước nông, nhưng quy mô thì lớn hơn rất rất nhiều. Bụng hoặc đỉnh của sóng thần có thể đến bờ biển trước.[41] Trong trường hợp bụng sóng đến trước, biển rút trở lại và rời khỏi làm lộ ra vùng dưới triều gần bờ, đây là một cảnh báo quan trọng trong việc nhận biết sóng thần sắp ập đến.[46] Khi đỉnh sóng đến, nó thường không vỡ nhưng lao vào trong bờ, làm ngập lụt tất tả những gì trên đường đi của nó. Phần lớn sự phá hủy có thể do nước lụt rút/kéo trở lại biển sau khi sóng thần tấn công, mang theo những mãnh vỡ và con người. Nhiều trận sóng thần thường sinh ra từ các sự kiện địa chất riêng lẻ và đến bờ từng đợt khoảng 8 phút đến 2 giờ. Đợt sóng đầu tiên đến bờ có thể không phải là lớn nhất hoặc phá hoại mạnh nhất.[41] Thỉnh thoảng, sóng thần có thể chuyển thành sóng triền lớn, đặc biệt là vùng vịnh nông hay cửa sông.[42] Hệ thống cảnh báo sóng thần hoạt động dựa trên nguyên tắc ghi nhận các sóng địa chất gây ra bởi các trận động đất chuyển động khắp thế giới với vận tốc khoảng 14.400 kilômét (8.900 mi)/giờ, cho phép các khu vực bị đe dọa được cảnh báo khả năng sóng thần tấn công.[47] Những số liệu đo đạc từ mạng lưới các trạm đo mực nước biển có thể xác nhận hoặc dỡ bỏ cảnh báo sóng thần.[48]
Thủy triều là sự dâng cao và hạ thấp mực nước trong biển và đại dương, là kết quả tương tác của lực trọng trường từ Mặt Trăng và Mặt Trời, và những ảnh hưởng do sự quay của Trái Đất. Trong mỗi chu kỳ triều, tại một địa điểm cho trước, mực nước dâng lên cao nhất được gọi là "triều cao" trước khi triều rút đi đến vị trí thấp nhất thì được gọi là "triều kiệt" hay "triều thấp". Khi nước rút,nó để lộ ra phần trước bờ, đới này được gọi là đới gian triều. Biên độ dao động giữa triều cao và triều thấp được gọi là biên độ triều.[49][50]
Một chu kỳ triều diễn ra trong 24 giờ 50 phút, đó là thời gian mà Trái Đất tiến hóa hoàn toàn và trả Mặt Trăng về vị trí của nó trước đó so với người quan sát Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn Mặt Trời khoảng 27 triệu lần, nhưng nó gần Trái Đất hơn Mặt Trời 400 lần.[51] Lực thủy triều giảm nhanh theo khoảng cách, vì vậy mặt trăng có ảnh hưởng lên thủy triều gấp đôi Mặt Trời.[51] Phần phình ra xuất hiện trong đại dương ở nơi mà Trái Đất gần Mặt Trăng nhất, bởi vì nó chịu ảnh hưởng của lực trọng trường từ Mặt Trăng mạnh hơn. Mặt đối diện của Trái Đất, lục tác động của mặt trăng khi đó là yếu nhất và điều này tạo ra một chỗ phình khác. Khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, các vị trí phình ra này cũng sẽ lần lượt di chuyển theo quanh Trái Đất. Lực hấp dẫn của Mặt Trời cũng tác động lên các biển, những ảnh hưởng của nó ít mạnh hơn so với Mặt Trăng, và khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất nằm trên một trục thẳng hàng (lúc trăng tròn và trăng non), ảnh hưởng kết hợp làm tạo ra các đợt "triều cường". Ngược lại, khi Mặt Trời nằm trên trục vuông góc với trục của Mặt Trăng và Trái Đất, sự ảnh hưởng trọng trường kết hợp tác động lên thủy triều sẽ gây ra "triều kiệt".[49]
Dòng chảy thủy triều của nước biển bị hạn chế bởi quán tính của nước và có thể bị ảnh hưởng bởi phần đất liền. Ở những nơi như vịnh Mexico nơi mà đất liền ở đây làm hạn chế sự phình ra, chỉ có một lần xuất hiện triều cao mỗi ngày. Trên bờ của đảo có thể có chu kỳ triều phức tạp với bốn lần triều cao. Các eo biển đảo ở Chalkis thuộc Euboea có các dòng chảy mạnh đột ngột chuyển hướng, thường 4 lần mỗi ngày nhưng có thể lên đến 12 lần mỗi ngày khi Mặt Trăng và Mặt Trời vuông góc.[52][53] Ở nơi có vịnh dạng phễu hoặc cửa sông, biên độ triều có thể rất lớn. Vịnh Fundy là một ví dụ điển hình với biên độ triều đạt 15 m (49 ft). Mặt dù thủy triều tuân theo những quy tắc và có thể dự đoán được, nhưng ở một số nơi cao độ này chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khác; độ cao của triều lớn có thể bị giảm xuống bởi gió xa bờ và dâng lên bởi gió gần bờ. Áp suất cao của trung tâm xoáy nghịch đẩy nước xuống và liên quan đến triều thấp bất thường trong khi các vùng áp thấp có thể làm độ cao triều cực lớn.[49] Nước dâng do bão có thể xuất hiện khi gió có tốc độ cao tấn công vào bờ biển ở những vùng nước nông và điều này kết hợp với áp suất thấp có thể làm dâng cao mực nước biển đáng kể cùng lúc triều cường. Năm 1900, Galveston, Texas đã hứng chịu đợt nước dâng cao 15 ft (5 m) trong trận bão Galveston 1900 làm ngập thành phố và cướp đi hơn 3.500 người và phá hủy 3.636 căn nhà.[54]
Gió thổi trên mặt biển gây ra ma sát tại mặt thoáng tiếp xúc giữa khối không khí và biển. Không chỉ tạo sóng mà nó còn làm cho nước ở bề mặt chuyển động cùng chiều với chiều gió. Mặc dù gió đổi chiều, ở bất kỳ một nơi nào nó thổi theo một hướng duy nhất và điều này có thể hình thành dòng chảy trên mặt. Gió thổi về hướng tây thường nằm ở vĩ độ trung bình còn gió thổi về hướng đông chủ yếu ở vùng nhiệt đới.[55] Khi nước chuyển động theo cách này, các dạng nước khác chảy vào lấp đầy khoảng trống và sự chuyển động vòng tròn của các hải lưu mặt được gọi là vòng hoàn lưu (Ocean gyre). Có 5 vòng hoàn lưu chính trong các đại dương thế giới: 2 vòng hoàn lưu ở Thái Bình Dương, 2 ở Đại Tây Dương và 1 ở Ấn Độ Dương. Các vòng hoàn lưu nhỏ hơn được tìm thấy trong các biển nhỏ hơn và một vòng riêng biệt chảy quanh Nam Băng Dương. Các vòng hoàn lưu này chảy theo các lộ trình giống nhau qua hàng ngàn năm, được dẫn dắt bởi địa hình của đất liền, hướng gió và hiệu ứng Coriolis. Các dòng hải lưu mặt chảy theo chiều kim đồng hồ ở Bắc Bán cầu và ngược chiều kim đồng hồ ở Nam Bán cầu. Nước chuyển động ra xa xích đạo là nước nóng, và nước tuần hoàn trở lại mất hầu hết nhiệt của chúng. Các dòng hải lưu này có khuynh hướng điều hòa khí hậu của Trái Đất, làm lạnh vùng xích đạo và làm ấm các vùng ở vĩ độ cao hơn.[56] Khí hậu toàn cầu và dự báo thời tiết chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các đại dương trên thế giới, vì vậy mô hình hóa khí hậu toàn cầu sử dụng các mô hình tuần hoàn nước đại dương cũng như các thành phần chính khác như khí quyển, bề mặt đất, sol khí và băng biển.[57] Các mô hình đại dương sử dụng một nhánh của vật lý là động lực chất lưu địa vật lý, nó mô tả dòng chảy của lưu chất ở quy mô lớn như nước biển.[58]
Chuyển động của các dòng hải lưu màu xanh, các dòng ấm hơn màu đỏCác dòng chảy trên bề mặt chỉ ảnh hưởng đến vài trăm mét trên cùng của biển, nhưng cũng có các dòng chảy lớn ở những độ sâu khác nhau gây ra bởi sự chuyển động của các khối nước dưới sâu. Dòng hải lưu sâu chảy qua tất cả các đại dương trên thế giới và được gọi là vòng tuần hoàn muối nhiệt. Sự chuyển động này chậm và được điều khiển bởi sự khác biệt về tỷ trọng của nước do sự khác biệt về độ mặn và nhiệt độ giữa các đại dương.[59] Ở vĩ độ cao, nước được gia lạnh bởi nhiệt độ không khí thấp và trở nên mặn như biển băng kết tinh. Cả hai yếu tố này làm cho nó đặc hơn, và nước chìm xuống dưới. Từ biển sâu gần Greenland, nước kiểu này chảy về phía nam giữa các lục địa ở hai bên bờ Đại Tây Dương. Khi nó đạt đến Nam Cực, nó kết hợp với các khối lạnh khác, chìm xuống và chảy về phía đông. Sau đó nó chia tách thành hai dòng di chuyển về phía bắc vào Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Ở đây nó từ từ ấm lên, trở nên ít dày đặc hơn, trồi lên bề mặt và tiếp tục lặp lại vòng tuần hoàn đó. Một số dòng chảy trở lại vào Đại Tây Dương. Phải mất một ngàn năm để mô hình lưu thông này hoàn tất.[56]
Bên cạnh các hoàn lưu, có nhiều hải lưu trên bề mặt tạm thời xuất hiện trong một số điều kiện đặc biệt. Khi sóng chạm tới bờ ở một góc nhất định, dòng chảy ven bờ được tạo ra khi nước bị đẩy chạy dọc theo bờ biển. Nước xoáy lên các bãi biển khi góc tới thẳng góc và dòng rút ra chảy dưới đáy do tác dụng của trọng lực. Sóng vỡ càng lớn, các bãi biển càng dài và góc tới bờ càng xiên, dòng chảy ven bờ càng mạnh.[60] Các dòng chảy này có thể mang một lượng lớn cát hoặc sạn, tạo thành các đê cát ngầm, bào mòn các bãi biển và tạo ra các kênh phù sa.[56] Dòng xoáy có thể xuất hiện khi nước tích lũy gần bờ từ các đợt sóng lớn và chảy ra phía biển theo một kênh ngầm dưới đáy. Có thể xuất hiện một khoảng trống trong một đê cát hoặc gần các công trình nhân tạo. Các dòng chảy mạnh này có thể có vận tốc lên đến 3 ft (0,9 m)/giây, có thể hình thành ở nhiều nơi khác nhau ở các giai đoạn khác nhau của thủy triều và có thể cuốn người tắm ra xa nếu không cẩn thận.[61] Các dòng trồi tạm thời xuất hiện khi gió đẩy nước ra xa từ đất liền và nước ở sâu hơn dâng lên để thế vào vị trí đó. Dòng nước lạnh này thường rất giàu chất dinh dưỡng và có thể khiến thực vật phù du cũng như các sinh vật khác của biển phát triển mạnh.[56]
Trái Đất được cấu tạo bởi lõi có từ tính, bên ngoài là thạch quyển rắn, đến manti chủ yếu ở dạng lỏng và nhân trong ở thể rắn Trên đất liền, vỏ Trái Đất được gọi là vỏ lục địa, trong khi phần vỏ dưới biển được gọi là vỏ đại dương. Vỏ đại dương được cấu tạo bởi bazan tương đối nặng và dày từ 5 đến 10 km. Thạch quyển tương đối mỏng (so với các lớp khác) nổi trên manti mềm hơn và nóng hơn nằm bên dưới và bị vỡ ra thành các mảng kiến tạo.[62] Ở giữa đại dương, mácma trồi lên liên tục từ đáy biển ở ranh giới giữa các mảng để tạo thành sống núi giữa đại dương và các dòng đối lưu manti có khuynh hướng đẩy hai mảng xa ra nhau, chúng chuyển đông song sonh nhau và ngày càng gần bờ hơn. Một mảng đại dương có thể trượt bên dưới một mảng đại dương khác theo quá trình được gọi là hút chìm. Các máng nước sâu được hình thành ở nơi hút chìm này và quá trình bày đi cùng với sự masat khi các mảng trượt lên nhau. Sự tích lũy năng lượng ma sát trong quá trình chuyển động này khi giải phóng sẽ sinh ra động đất, giải phóng nhiệt và mác ma được phun ra tạo thành các núi dưới đáy biển, một số núi có thể tạo thành một chuỗi các đảo núi lửa ở gần các máng nước sâu. Ở gần một số ranh giới giữa đất liền và biển, các mảng đại dương hơi nặng hơn trượt bên dưới các mảng lục địa và cũng hình thành các máng nước sây. Khi chúng va nhau, các mảng lục địa bị biến dạng và hình thành các dãy núi và phát sinh địa chấn.[63][64]
Rãnh đại dương sâu nhất trên Trái Đất là rãnh Mariana với bề rộng khoảng 2.500 kilômét (1.600 mi) dưới đáy biển. Nó nằm gần quần đảo Mariana,đây là một quần đảo núi lửa ở Tây Thái Bình Dương, và có bề rộng trung bình chỉ 68 kilômét (42 mi), điểm sâu nhất của nó là 10.994 km bên dưới mặt nước biển.[65] Một rãnh đại dương dài hơn chạy dọc theo bờ biển Peru và Chile, có độ sâu 8.065 mét (26.460 ft) và rộng khoảng 5.900 kilômét (3.700 mi). Nó là kết quả của sự hút chìm của mảng đại dương Nazca bên dưới mảng lục địa Nam Mỹ và liên quan đến hoạt động núi lửa của Andes.[66]
Khu vực mà đất liền tiếp giáp biển được gọi là bờ biển và phần đất nằm giữa triều thấp nhất và nơi cao nhất mà sóng vỗ tới được gọi là đới sóng vỗ. Bãi biển là nơi tích tụ cát hoặc đá cuội trên bờ biển.[67] Phần đất liền nhô ra biển được gọi là mũi đất. Phần lõm vào của đường bờ đặc biệt là giữa hai mũi đất được gọi là vịnh.[68] Đường bờ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như độ mạnh của sóng tới bờ, sự thay đổi của địa hình đáy gần bờ, thành phần và độ cứng của đá cấu tạo bờ, độ nghiêng của sườn bờ và sự thay đổi về cao độ của đất liền do sự nâng lên hoặc nhấn chìm. Thông thường, sóng cuộn về phía bờ biển với tốc độ từ sáu đến tám mỗi phút và chúng được gọi là sóng tích tụ vì chúng có xu hướng bồi đắp vật liệu cho bãi biển và ít ảnh hưởng xâm thực. Sóng bão tiến vào bờ rất nhanh và được gọi là sóng phá hủy vì chúng mang vật liệu ra khỏi bãi biển. Dưới ảnh hưởng của chúng, cát và đá cuội trên bãi biển là vật liệu được mang đến và mang đi. Vào lúc thủy triều cao, năng lượng của sóng bão tác động đến chân vách đá có tác dụng làm đảo lộn khi không khí trong các vết nứt và khe hở được nén và sau đó mở rộng nhanh chóng khi giải phóng áp lực. Đồng thời, cát và sỏi có tác dụng ăn mòn khi chúng tán vào đá. Điều này có xu hướng làm cắt chân vách núi, và các quá trình phong hóa bình thường như tác động của sương giá sau đó, gây ra sự phá hủy tiếp theo. Dần dần, một địa hình bằng phẳng hình thành do sóng phát triển ở chân vách đá và điều này có tác dụng bảo vệ, giảm ảnh hưởng xâm thực do sóng.[67]
Vật liệu được mang từ rìa của đất liền cuối cùng lắng đọng trong biển. Ở đây nó là đối tượng tiêu hao khi dòng chảy song song bờ khuấy động mang ra các lạch và vận chuyển cá và cuội ra khỏi nơi ban đầu của chúng. Trầm tích được mang ra biển bởi các con sông tích tụ trên đáy biển tạo thành các đồng bằng châu thổ ở cửa sông. Tất cả vật liệu này di chuyển qua lại dưới đáy do ảnh hưởng của sóng, thủy triều và dòng chảy.[67] Việc nạo vét loại bỏ các vật liệu này và đào sâu các kênh nhưng có thể có tác ảnh hưởng không lường được ở những nơi khác trên bờ biển. Các chính phủ có những nỗ lực chống lụt bằng các kè biển, đê biển và các công trình bảo vệ khác. Các kè sông Thames được thiết kế để bảo vệ London từ một cơn bão[69] và các đê được xây dựng nhằm kiểm soát dòng nước và bảo vệ những vùng đất lấn biển khỏi sự xâm thực. Một trong những đê nhân tạo dài nhất là hệ thống đê sông Mississippi, với tổng chiều dài khoảng 1.000 kilômét (620 mi) ven sông từ Cape Girardeau trên châu thổ sông Mississippi, và mục đích của đê này này bảo vệ thành phố New Orleans.[70] Sân bay quốc tế Hồng Kông được xây dựng trên một đảo nhân tạo lớn, được hình thành khi nối và lắp bằng hai đảo với diện tích 9,38 kilômét vuông (3,62 sq mi) trên đáy biển.[71]
Trải qua hầu hết lịch sử địa chất, mực nước biển từng cao hơn ngày nay.[3](tr74) Yếu tố chính làm thay đổi mực nước biển theo thời gian là kết quả của sự thay đổi vỏ đại dương, với xu hướng nhấn chìm tiếp diễn trong thời gian dài.[72] Vào thời kỳ băng hà cực đại gần đây nhất, khoảng 20.000 năm trước, mực nước biển thấp hơn mực nước ngày nay khoảng 120 mét (390 ft). Trong vòng ít nhất 100 năm gần đây, mực nước biển đã và đang dân lên với tốc độ trung bình khoảng 1,8 milimét (0,071 in)/năm.[73] Hầu hết sự tăng cao mực nước biển này có thể có sự góp mặt của sự gia tăng nhiệt độ của biển và kết quả giãn nở nhiệt nhẹ ở 500 mét (1.600 ft) nước trên mặt. Yếu tố khác chiếm khoảng 1/4 là từ các nguồn nước trên đất liền như tuyết và băng hà tan và việc khai thác nước dưới đất phục vụ cho tưới tiêu và các nhu cầu nông nghiệp và con người khác.[74] Sự gia tăng có khuynh hước từ sự ấm lên toàn cầu được dự báo là tiếp tục cho đến ít nhất là cuối thế kỷ XXI.[75]
Biển đóng là một phần trong chu trình nước, trong đó, nước bốc hơi từ biển, chuyển động trong khí quyển ở dạng hơi nước, ngưng tụ, rơi xuống ở dạng mưa hoặc tuyết, do đó duy trì sự sống trên đất liền, và phần lớn nước sẽ trở về biển.[76] Thậm chí ở sa mạc Atacama, nơi có ít mưa trong năm, các đám mây dày đặc sương mù được gọi là camanchaca thổi vào từ biển và hỗ trợ sự sống của thực vật ở đây.[77]
Ở Trung Á và các vùng đất liền khác, có bồn trũng endorheic mà không có lối thoát ra biển, ngăn cách với biển bởi các dãy núi hoặc các đặc điểm địa chất tự nhiên có khả năng ngăn chặn nước thoát đi. Biển Caspi là lớn nhất trong nhóm này. Dòng chính của nó là sông Volga, không có dòng chảy ra và sự bay hơi của nước làm cho nó mặn vì khoáng chất hòa tan tích tụ. Biển Aral ở Trung Á và Hồ Pyramid ở miền Tây Hoa Kỳ là ví dụ về các vực nước mặn nội địa mà không có hệ thống thoát nước ra ngoài. Một số hồ endorheic ít mặn, nhưng tất cả đều nhạy cảm với sự thay đổi trong chất lượng của các nước chảy vào.[78]
Các đại dương chứng một lượng cacbon tuần hoàn chủ động lớn nhất trên thế giới và xếp thứ 2 chỉ sau thạch quyển về lượng cacbon mà nó có.[79] Lớp mặt của đại dương giữ một lượng lớn cacon hữu cơ hòa tan, loại này được trao đổi nhanh chóng với khí quyển. Nồng độ cacbon vô cơ hòa tan trong lớp nước sâu cao hơn 15% so với của lớp nước mặt[80] và nó duy trì trong khoảng thời gian dài hơn.[81] Dòng muối nhiệt trao đổi cacbon giữa hai lớp nước này.[79]
Cacbon đi vào đại dương khi cacbon dioxit trong khí quyển hòa tan vào các tầng nước mặt và bị biến đổi thành axit cacbonic, bicarbonat và carbonat:
CO2 (aq) + H2O ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } H2CO3 ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } HCO3− + H+ ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } CO32− + 2 H+.
Quá trình này giải phóng các ion hidro (H+), làm giảm pH của đại dương.
Nó cũng đi vào đại dương qua các con sông ở dạng cacbon hữu cơ hòa tan và được biến đổi bởi các sinh vật quang hợp thành cacon hữu cơ. Loại cacon này có thể hoặc được trao đổi thông quan chuỗi thức ăn hoặc tích tụ dưới các tầng giàu cacbon hơn, sâu hơn ở dạng các tế bào mềm, chết hoặc vỏ sò và xương ở dạng canxi cacbonat. Nó lưu thông trong lớp này trong khoảng thời gian dài trước khi chúng lắng đọng hoặc được trả lại vào nước mặt lưu thông qua dòng muối nhiệt.[81]
Thực đơn
BiểnLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Biển