海洋是依靠海水的流動來輸送熱量的。比如說,海流就可以把赤道附近的熱海水送到兩極方向去,而兩極方向的冷海水也可通過海流向溫暖的地方流動;風浪則可以形成海水溫度的上下交換。

當然,除了風浪,海水還有一種對流作用。這種對流作用是由於冷熱海水的重量不同而形成的。就像冷空氣重熱空氣輕一樣,海水也是冷的重熱的輕。於是,冷而重的海水就會自動下沉,暖而輕的海水會自動上升。有了這種對流作用,冬天的大海也不會很冷了,隨著表層較冷的海水不斷下沉,下層較暖的海水會自動升上來補充的。

海洋與全球二氧化碳平衡目前,關於全球氣候變暖的事實已為人們普遍接受。據研究,本世紀80年代氣候變暖最為明顯,近百年5次平均氣溫最高的年份均出現在這10年裏。但是,有關氣候變化的原因、趨勢及其對全球生態環境的影響如何?目前存在著一些不同的認識。這些認識大致可以歸為兩種。

一種觀點認為,全球氣候變暖與“溫室效益”(greenhouseeffect)有直接關係。由於全球工業化進程的加速,向大氣中排放的溫室氣體(包括二氧化碳、甲烷、氟裏昂、氮氧化合物等)的含量迅速增長,阻擋了地麵輻射熱的散失,致使大氣溫度升高。根據近30多年來的觀測結果,人們對大氣中二氧化碳含量的時空變化已有所了解。據研究,在工業革命以前,大氣中的二氧化碳含量的體積分數約為(270~290)×10-6,而現在大氣中二氧化碳含量的體積分數已增加到340×10-6。

盡管世界各地上空的二氧化碳含量有所不同,但有兩點則是共同的。一是,大氣中二氧化碳含量在逐年增加,其年度變化率比較一致。二是,各地二氧化碳含量具有明顯的季節變化。據科學家的研究表明,大氣中二氧化碳含量的體積分數正在以每年08×10-6的速度增長。有人估計,按此速度在今後50年內大氣中的二氧化碳的含量將比工業革命以前增加1倍,由此而引起的大氣溫度將升高15~30℃,地球氣候將產生明顯的變化。據政府間氣候變化專業委員會的預測,如果人類對環境不采取任何保護措施,100年以後全球地麵氣溫將增加4℃多,海平麵每10年升高3~10cm,到21世紀末將升高03~10m。甚至有的科學家認為,今後50~200年內由於全球氣溫升高,南極西部冰的融化可能導致海平麵上升5m,地球上可能出現像中生代那樣的世界性的動物滅絕。盡管這些預測都有一定的根據,但又都是不確定的。人們現在可以肯定的是,大氣中二氧化碳含量在迅速增加,氣候在變暖,如果這個過程繼續下去的話,地球氣候無疑將發生明顯的變化。

另一種觀點認為,目前的氣候變暖與“溫室效應”並無直接的關係。它與地球上一個溫和的冰後期一致,也許是19世紀末結束的“小冰期”的後果。也就是說,全球增溫是地球氣候循環中的自然現象。關於全球變暖的發展趨勢,他們根據極地區域冰核中氧同位素資料,推測出地球氣候的自然循環,認為目前地球氣候處於自然冷卻期,這將抵消二氧化碳的影響。還有人指出,地球上已知的化石燃料隻夠使用100~200年,人類不可能無休止地使用化石燃料;同時考慮到海洋、植被等對二氧化碳的吸收能力,全球二氧化碳循環將達到新的平衡。在這種情況下,今後地球生態環境會發生明顯的變化,但不可能會招致毀滅性的災難。但是,這種假說目前尚缺乏較多的證據,也無法否定全球增溫與大氣中二氧化碳含量增加相吻合的事實。因此,迄今多數科學家相信“溫室效應”理論。但是,這個理論有一個關鍵問題還沒有解決,這就是海洋在全球二氧化碳平衡中的作用問題,即海洋吸收、儲存和轉移大氣中二氧化碳的能力有多大?海洋對大氣中二氧化碳增加的反饋作用如何?等等。這是海洋與全球變化關係中的主要問題之一。

研究表明,大氣中的二氧化碳通過海-氣界麵進入海洋,並通過海洋中各種化學的、物理的和生物的過程吸收、儲存和轉移。因此,海洋對大氣中二氧化碳含量的變化起著重要作用。據初步估計,人類每年向大氣中排放的二氧化碳,大約有一半進入海洋。海洋在吸收和儲存二氧化碳方麵,是通過化學和生物的作用,把大氣中的二氧化碳轉化為碳的化合物。

海水的二氧化碳化合物形態主要是碳酸(H2CO3),而海洋植物對二氧化碳的利用,以及碳酸鈣、碳酸鎂等的形成,都會直接影響海水中二氧化碳的含量。觀測表明,二氧化碳在海洋中的垂直分布變化很大,海洋表層中二氧化碳的儲存量占整個海洋中的二氧化碳含量的85%,而占海洋體積90%的中、深水層二氧化碳儲存量僅占15%。這說明海洋中尚具有儲存二氧化碳的巨大潛在容量。研究還表明,海洋中的二氧化碳與大氣中的二氧化碳並不處於平衡狀態,這與海洋的物理過程有關。例如,在北緯50°的大西洋,二氧化碳從大氣進入海洋,那裏的表層海水向北冰洋方向流動,水溫迅速降低,二氧化碳在海水中的溶解度增加,海-氣之間二氧化碳不平衡加劇,使大氣中更多的二氧化碳進入海洋。而在赤道太平洋,由於深層冷水湧升到溫度較高的海麵,海水中二氧化碳出現過飽和,此時海洋便向大氣釋放二氧化碳。初步估計,海-氣之間這種二氧化碳交換速率,大約每年每平方米為20mL二氧化碳。另外,據估算海洋儲存二氧化碳的能力,僅溶解碳(不包括顆粒有機碳和無機碳)一項,大約為大氣儲存能力的56倍。