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2017-06-01南海內波對海洋生地化的影響
570 期
Author 作者
洪慶章／國立中山大學海洋科學系教授，專長為颱風對海洋食物鏈及生物幫浦的衝擊與海洋碳循環，最近也運用海洋的脈動來建立生態智慧養殖。
南海與內波
南海（South China Sea）位於臺灣西南海域，介於歐亞大陸及太平洋之間，是西太平洋最大的邊緣海，為一個表層缺營養鹽的海域。它的地理位置介於亞熱帶與熱帶之間，主要受到東亞季風所影響。南海是太平洋經麻六甲海峽進出印度洋必經之地，且蘊藏了豐富的漁業與非生物資源，也是我國海洋資源（甲烷水合物）勘探、海洋生態（東沙研究站）與科學研究（臺美合作探索南海）最頻繁的海域。因此無論在戰略、經濟、航運上均很重要（圖一左）。
「內波（internal waves）」是一種海水的運動方式，由字面上解讀，它是發生在海洋「內」部的「波」， 與我們常在海面上看到的海浪、波浪不同。波的形成必須要有介質及振動，內波亦然。內波產生於海洋內部，當海水因密度不同產生分層──密度躍層，就提供了內波產生的條件──介質。而南海內波的產生是在巴坦島海檻及恆春海脊之間（圖一右），由潮汐所引起，向西行進。因為南海內波間形成於高度約2000 多公尺高的海脊，因此振幅可達150公尺（約50層樓高）， 是目前全球最大的內波。臺灣周遭海域有關內波的發生與形成機制可參閱海軍官校毛正氣教授的著作。
當海面平靜，內波於海面下經過時，可以觀察到一排激浪帶，激浪帶內遍佈碎浪，發出陣陣碎波聲，因此漁民又稱之為「沸海」。 產生碎浪處為輻合區，輻散區則較平靜。目前對南海內波的形成及物理機制之研究已有相當不錯的成果。臺美雙方長期合作之南海內波研究案──南海巨大內波的生命史：從生成、傳遞、變形、破碎、翻轉到消散，也已於2015 年將結果發表於Nature 期刊中。但是在海洋生物地球化學方面的研究，國內只有少數的科學家有實際的海測數據：例如中山大學王玉懷團隊報導上舉型內波可能帶來營養鹽，造成在東沙環礁的西北海域出現較高葉綠素濃度；中研院夏復國團隊經由現場調查觀測到南海內波對異營性細菌活性有增長的影響。
造成數據稀少的主要原因為內波來時的速度很快，而且在短時間內會有好幾個內波通過，以傳統的科學絞機掛載各式水下壓力、溫度、鹽度、光度 與螢光探針、以及採水瓶在間隔2~3 小時收集一次水下數據與海水，很難觀測內波通過前後的真貌及營養鹽對整個有光層（海表面至海下無光的深度）的影響。因為絞機運作與人工採水的速度確實比內波行進的速度要慢許多，造成實際採樣的困難，而內波可能帶來的營養鹽及其後續影響與追蹤，則有賴更多的海上觀測才能達成。然而出海的營運費用相當昂貴，夏天的航次更是不容易取得，目前這些短航次的研究結果，確實很難具體描繪內波對海洋的生地化衝擊。不過，跟內波有些相似的生地化作用就是臺灣人最熟悉的颱風，颱風可能會將海洋沙漠變為綠洲，更重要的是它也是海洋生物幫浦的推手，以下是颱風對海洋的生地化衝擊的故事。
颱風促進海洋吸碳與擴增魚類食物
放眼全球，我們都知道海洋浩瀚，其孕育之生物種類何止千萬，這些生物提供了人類生養活命的泉源，變成餐桌上的眾多食材，「海洋是我們人類的好朋友」， 絕對是無庸置疑。但是其實海洋還擁有「生物幫浦（Biological Pump）」及「物理幫浦」兩項作用， 扮演宇宙減碳大功臣的角色，經由這兩項作用海洋就能吸收地球的總碳排放量的1/4~1/3。
「物理幫浦」就是大氣中的二氧化碳透過海氣交換溶解到海水；「 生物幫浦」則是人類排碳後，海中微細藻會吸收溶解於水中的碳，再透過海洋食物鏈原理，讓無機的二氧化碳，經藻類行光合作用後，變成顆粒碳，沉降到深海去的過程。在合適的海溫下，海洋裡的微細藻類主要都依賴陽光、營養鹽及微量金屬元素就能合成有機碳並引發「生物幫浦」。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第570期】