化学海洋学.PDFVIP

1化学海洋学 厦门大学海洋学系 陈 敏 博士、教授，1996年获厦门大学博士学位。 曾赴香港科技大学大气/沿岸海洋研究中心、美国 阿拉斯加大学国际北极研究中心、香港科技大学生 物系做访问研究。 主要从事同位素海洋化学的研究。 Tel: 2189468 (O); 2280250 (H)M) Email: mchen@xmu.edu.cn 第一章 绪 论 Some questions: ① 海水从哪里来？维持了多久？（物质来源问题） ② 为什么海水又咸又苦？这些物质从哪里来？（海 水元素组成问题） ③ 河水中的Ca浓度高于Na，而海水中Ca低于 Na，为什么？（生物地球化学过程问题） ④ 海洋可以吸收大气的CO2，人类不断地向大气释 放CO2，为什么仍会有温室效应？（界面交换过 程与通量问题） 第1节 化学海洋学的研究内容 2海洋的一些特点 水的星球（1972年12月从阿波罗17号上 拍摄的地球影象） 海水覆盖71%的地球，影响和控制着地 球的气候。水汽是一种温室气体，帮 助地球保持温暖；形成云团后又反射 太阳光，给地球降温。 海水是热的巨大储库，它缓冲并减缓 全球的变化。 海洋和大气的环流将热量从低纬输送 到高纬，明显影响区域和全球气候。 海洋是二氧化碳的巨大储库，它从大 气吸收或向大气释放CO2。 海洋的物理、化学、生物、地质过程 等相互作用，并通过与大气、陆地的相互 影响构建出我们赖以生存的地球。 1、地球上的水大都是海洋化学家的研究范畴 表1 地球上水的体积分配 100计 -13水蒸汽 0.68062地下水 -225湖泊和河流 2.027800陆地冰川 -20海冰 97水 %体积 （103 km3）储库 2.海洋的最大深度超过10000 m，压力的变化范围为1-1000 atm，海洋化学家在考虑海洋中化学反应的时候必须考虑压力 的效应。 3.海水温度一般介于-2°C至30°C之间，但在某些热带海湾温度 可能超过40°C，海底热液的温度甚至达到400°C，海洋化学家 需要考虑的仅是这些温度范围内的事情。 4.海水的含盐量从0变化至41 g/kg，其中含有各种物质，化学 海洋学的研究必须考虑不同物质之间的相互作用与影响。 5.海洋是一个不断变化的体系，化学成分随时空而变化。 6.海洋不是一个封闭的纯化学体系，而是一个敞开的复杂体 系，其与大气、陆地不断进行交换。 化学海洋学在考虑上述特点的基础上，研究内容 概括起来为： 含量、迁移、过程、通量 ① 海洋环境中各种物质的含量、存在形式、化学组 成及其迁移变化规律； ② 控制海洋物质循环的各种过程与通量，特别是 海-气、海-底、海-陆、海-生等界面的地球化学 过程与通量。 3第2节 海洋化学与化学海洋学 难以区分的两个概念，且不同著作有不同的看法 （1）《中国大百科全书 • 大气科学、海洋科学、水文 科学卷》定义： 海洋化学（marine chemistry）是研究海洋各部分 的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程，并研 究海洋化学资源在开发利用中所涉及的化学问题的科 学。 化学海洋学（chemical oceanography）是研究海洋 各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程 的科学，是海洋化学的主要组成部分。 （2）台湾学者陈镇东教授在《海洋化学》一书中的定义： 海洋化学：测量海洋里与化学有关的一些因子，以及测 量一些与生物有关的物质，这几年里海洋化学趋向于研究 海洋资源及海洋污染。 化学海洋学：按联合国教科文组织1974年颁发大学课程 研讨会的报告，化学海洋学是用来研究海水的化学组成， 物理、地质和生物的性质和反应，或是因为人类影响令海 洋发生的化学性质改变；海洋及其界面间的化学反应；利 用化学方法来研究所有有关海洋的科学；以及发展新的化 学技术以解决海洋科学界所产生的不同的问题。 以上定义有相佐之处，这是新兴学科存在的问题 化学海洋学：用化学的观点、理论和方法来研究 海洋。 海洋化学：研究海洋及其相邻环境中所发生的 化学过程和变化 二者的研究内容接近，但研究目的稍有差别。 第3节 化学海洋学发展简史 1、化学海洋学的孕育阶段 亚里士多德：公元前四世纪时即关心海水的来源和性质， 他认为： （1）海水中的盐是与陆地一些物质混合的结果； （2）注意到海水与淡水密度的差别； （3）首次记录了海水中存在有机物质。 在此后2000年里，化学海洋学没有实质性进展。 4Robert Boyle（1627-1691）：化学海洋学之父；现 代化学之父；牛津大学教授；英国皇家学会奠基人。 （1）发现淡水中也含有少量盐分，因此海水的盐至 少有部分是来自陆地； （2）第1次用采水瓶从英吉利海峡采集海水进行分析 （3）引入