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第9章 海洋的隐形外衣 表面张力作用（第1页）

海洋，广袤无垠，占据地球表面积约71%，是地球上最为庞大且神秘的生态系统。

在这片浩瀚的蓝色世界里，存在着许多看似平凡却蕴含深刻科学原理的现象。

海洋的表面张力便是其中之一，它如同一件“隐形外衣”

，悄然包裹着海洋，对海洋的物理、化学及生物过程产生着深远影响。

表面张力虽无形，却在微观与宏观尺度上塑造着海洋的诸多特性，从微小水滴的形态到大规模的海气相互作用，从海洋生物的生存策略到海洋污染物的扩散，其作用无处不在。

深入探究海洋表面张力的作用，不仅能让我们洞悉海洋内部的奥秘，还能为海洋科学、环境科学以及相关工程领域提供关键的理论支撑。

##表面张力的基本概念

###定义与本质

表面张力是液体表面相邻两部分之间的拉力，它使液体表面具有收缩的趋势，仿佛被一层紧绷的弹性薄膜所覆盖。

从微观角度来看，液体分子间存在着相互作用力，在液体内部，分子受到周围各个方向分子的吸引力，合力为零；而在液体表面，分子受到向内的拉力大于向外的拉力，这种不平衡的力使得表面分子有向液体内部移动的趋势，从而导致液体表面收缩。

表面张力的大小通常用表面张力系数来衡量，单位是牛顿每米（Nm），它表示在液体表面上，垂直于任一单位长度线段的表面拉力。

不同液体的表面张力系数不同，这取决于液体的性质、温度以及与液体接触的物质等因素。

对于纯水而言，在20℃时表面张力系数约为0.0728Nm，而海水由于含有各种盐分和其他溶质，其表面张力系数会有所变化。

###影响表面张力的因素

温度是影响表面张力的重要因素之一。

一般来说，随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，分子间的距离增大，相互作用力减弱，表面张力系数减小。

对于海水，温度每升高1℃，表面张力系数大约会减小0.15-0.2mNm。

溶质的存在也会显着改变液体的表面张力。

当向纯水中加入无机盐类，如氯化钠（食盐的主要成分），会使表面张力略有增加；而加入一些有机化合物，如肥皂、洗涤剂等，它们具有降低表面张力的作用，这类物质被称为表面活性剂。

在海水中，除了天然存在的一些有机和无机成分外，人类活动排放的各种污染物也可能作为溶质影响海水的表面张力。

此外，压力对表面张力也有一定影响，但在通常的海洋环境条件下，压力变化对表面张力的影响相对较小，可以忽略不计。

##海洋表面张力在物理过程中的作用

###水滴与泡沫的形成

在海洋环境中，表面张力在水滴和泡沫的形成过程中起着关键作用。

当海浪破碎或风吹过海面时，会产生无数细小的水滴。

这些水滴之所以能够保持球形，正是表面张力的作用。

表面张力使得水滴表面的分子尽可能地靠近，以达到最小的表面积，而在相同体积下，球体的表面积最小，所以水滴自然地呈现出球形。

对于海洋中的泡沫，表面张力同样至关重要。

泡沫是由一层极薄的液膜包裹着气体形成的。

表面张力使得液膜具有收缩的趋势，从而维持泡沫的形状。

同时，表面张力的大小会影响泡沫的稳定性。

如果表面张力较大，液膜收缩力强，泡沫容易破裂；而当表面张力较小时，泡沫能够相对稳定地存在一段时间。

在海水中，一些有机物质和微生物分泌的物质可以改变海水的表面张力，进而影响泡沫的形成和稳定性。

例如，某些浮游生物分泌的多糖类物质可以降低海水的表面张力，使得泡沫更容易形成且更加稳定，这些泡沫在海洋表面形成独特的景观，同时也对海洋生态系统有着重要的指示作用。