化学海洋学(海洋化学)--第一章--绪论课件.ppt

Chemical Oceanography化学海洋学化学海洋学/海洋化学海洋化学§§１　绪１　绪 论论Chemical Oceanography参考书目：1. 1. 张正斌，海洋化学，中国海洋大学出版社；张正斌，海洋化学，中国海洋大学出版社；2. 2. 郭锦宝，化学海洋学，厦门大学出版社；郭锦宝，化学海洋学，厦门大学出版社；3. 3. 陈敏，化学海洋学，海洋出版社陈敏，化学海洋学，海洋出版社( (厦门大学厦门大学) )Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点§1-2 化学海洋学的历史与发展化学海洋学的历史与发展§1-3 化学海洋学的研究意义和作用化学海洋学的研究意义和作用Chemical OceanographyChemical Oceanography§§1-1 1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点一、一、““化学海洋学化学海洋学””与与““海洋化学海洋化学””二、化二、化学海洋学的主要内容？学海洋学的主要内容？三、化学海洋学的特点三、化学海洋学的特点Chemical Oceanography一、“化学海洋学”与“海洋化学”中国大百科全书（1987）■化学海洋学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。

它一方面通过海洋调查、实验分析和理论方法，研究海洋中物质的组成、含量分布、输送通量、化学形态和各种化学过程；另一方面，研究这些化学过程与海洋生物、海洋地质和物理海洋等领域中各种运动过程的关系■海洋化学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，以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学，是海洋科学的一个分支，它与海洋生物学、海洋地质学和物理海洋学等有密切关系§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography中国大百科全书（中国大百科全书（1987））化学海洋学化学海洋学海洋化学海洋化学海洋资源化学海洋资源化学■海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和海洋化学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，以及化学过程，以及海洋化学资源海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学，是海在开发利用中的化学问题的科学，是海洋科学的一个分支，它与海洋生物学、海洋地质学和物理海洋学等有洋科学的一个分支，它与海洋生物学、海洋地质学和物理海洋学等有密切关系密切关系一、一、“化学化学海洋学海洋学”与与“海洋化学海洋化学”§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography中国大百科全书（中国大百科全书（1987））解读：解读：p海洋化学与海洋生物学，海洋地质学和海洋物理学一样，都是海洋海洋化学与海洋生物学，海洋地质学和海洋物理学一样，都是海洋科学不可缺少的一个分文学科。

各分支学科互相渗透和交织科学不可缺少的一个分文学科各分支学科互相渗透和交织p海洋化学由化学海洋学和资源化学两部分组成海洋化学由化学海洋学和资源化学两部分组成p在在“海洋化学海洋化学”条目中化学海洋学进一步的定义与条目中化学海洋学进一步的定义与“化学海洋学化学海洋学”条目定义虽一样，但进一步含义则不尽相同，引起海洋化学与化学条目定义虽一样，但进一步含义则不尽相同，引起海洋化学与化学海洋学两者的混淆海洋学两者的混淆一、“化学海洋学”与“海洋化学”§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography陈镇东（1996）■化学海洋学是用来研究海水的化学组成，里面包含的物质，存在形式，化学反应；物理、地质和生物的性质及反应，或是因为人类影响而就时间和空间来讲，令海洋发生的化学性质改变；海洋与其界面如大气及地壳间之化学反应；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界所产生的不同的问题联合国教科文组织颁发大学课程研讨会的报告（1974）■海洋化学主要是测量海洋里跟化学有关的一些因子，例如盐度、溶解氧量、元素组成、物理性质等；以及测量些跟生物有关的物质，如营养盐、N、P以及Si。

同时这几年海洋化学趋向于研究海洋资源及海洋污染这两个部分一、“化学海洋学”与“海洋化学”§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点陈镇东（1996）解读：☺ 海洋化学是研究海水或是海洋里面物质的化学，是以化学为主☺ 化学海洋学是用化学的方法来研究海洋两者稍有不同按此定义化学海洋学涵盖范围比较广，而海洋化学只是专门着重于化学问题，与海洋物理、生物以及地质的关系较少，因此范围较窄一点一、“化学海洋学”与“海洋化学”Chemical Oceanography由以上两种定义对比可见：－关于海洋化学与化学海洋学何者研究范围广？－何者包括了何者？结论完全相反张正斌（1999）认为：这是因为关于它们定义及其含义没有严格规定所致因为发展起始的母体学科（例或化学或海洋科学）不同，经历的过程或途径不同，最后对形成的新的交叉学科的定义、含义和理解也有差异，但学科内容应基本相同一、“化学海洋学”与“海洋化学”§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography海海 洋洋 化化 学学化化 学学 海海 洋洋 学学海洋科学海洋科学化化 学学学科体系学科体系(张正斌等, 1999)Chemical Oceanography一、“化学海洋学”与“海洋化学”张正斌（1999 ）■海洋化学是研究海洋及其相邻环境中发生的一切化学过程和变化。

－母体学科、交叉学科含义理解有差异－研究内容基本相同■化学海洋学是用化学的观点、理论和方法来研究海洋§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography二、化学海洋学的主要内容张正斌（1999 ）海洋化学/化学海洋学的主要内容包括：海水中元素和物质的含量、组成、分布和通量海水中元素的存在形式及其在物理－化学性质海洋中元素和其它物质的运移变化规律，及其与物质全球变化和海洋化学资源开发相关的“海洋－生物－地球化学”过程§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography① 海洋界面作用② 海洋酸碱－作用③ 海洋氧化－还原作用④ 海洋沉淀－溶解作用⑤ 海洋络合作用化学动力学化学平衡物质全球循环海洋动力学（（海海洋洋生生物物地地球球化化学学））生生态态系系原原理理海水中常量成分海水中微量成分海水中气体海水中营养成分海水中有机物质海洋同位素化学化学海洋学化学海洋学理论体系理论体系(张正斌等张正斌等, 1999)Chemical Oceanography中国大百科全书（1987）■化学海洋学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。

海洋各部分：－海水大洋水、近岸水；表层水、次表层水、深层水、底层水；表面微层…－悬浮颗粒物－沉积物、孔隙水－生物…二、化学海洋学的主要内容§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究海洋－大气界面海水－沉积物（包括悬浮颗粒物）界面河流－海洋界面海水－生物体界面海洋中界面上发生的化学过程往往是最活跃的可以认为海洋中的化学作用主要发生在界面上§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究海洋－大气界面能量交换：热能（太阳辐射）动能（风、浪、潮汐等）物质交换：水的质量迁移（蒸发－降水）其它物质的迁移（气体、挥发性组分）§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究几大界面的化学研究海洋－大气界面海洋－大气界面例例Pb的迁移（大气途径）CO2在海－气界面间的交换“温室效应”Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究河流－海洋界面●河水与海水差异较大（问：有哪些差异？）导致河流入海物质发生变化，如：Fe3+pH升高Fe(OH)3胶体高盐分电解质溶液凝聚Fe(OH)3↓●河流向海洋输送物质（溶解物质，泥沙等）Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究海水－沉积物（包括悬浮颗粒物）界面河水入海Fe3+溶解Fe2+氧化pH升高Fe(OH)3（胶体）盐度升高，凝聚Fe(OH)3↓进入沉积物（还原环境），Fe(III)+e→Fe(II)Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究海水－沉积物（包括悬浮颗粒物）界面深海锰结核的形成海底热泉（hot spring）、冷泉（cold seep）Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容几大界面的化学研究海水－生物体界面例：光合作用106CO2+122H2O+16HNO3+H3PO4＝(CH2O)106(NH3)16H3PO4＋138O2Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点二、化学海洋学的主要内容化学海洋学各分支学科内容（中国大百科全书，1987）■海洋地球化学■海洋物理化学■海水分析化学■河口化学■海洋有机化学Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的特点是由其研究对象——海洋的特点决定的。

■海水有一定盐度，且组成复杂海水中既有溶解/悬浮颗粒物质无机/有机组分元素含量相差悬殊离子强度较高的电解质溶液■海洋存在静压力；■海洋是一个动力作用体系；■海洋中有生命存在；■海洋是一个开放的动态体系海水是多界面、多组分、中等离子强度的电解质溶液，是组成复杂、性质多样的天然水体系三、化学海洋学的特点Chemical Oceanography§1-1 化学海洋学的内容和特点化学海洋学的学习研究特点■知识要求：化学理论基础和实验技能海洋学知识■海洋科学具有整体性、复杂性和综合性：必须和海洋科学其它分支学科密切联系，不能孤立看问题；■重视现场观测调查研究，必要的模拟实验研究；■抓问题本质，充分认识各种影响因素（海洋复杂性决定）二者结合起来；三、化学海洋学的特点Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史■1670年R. Boyle（玻义耳）出版Observations and Experiment on theSaltness of the Sea■1772年A. Lavoisier（拉瓦锡）测定并首次发表海盐组成结果■1784年T.O. Bergman用沉淀称重法测定海盐成分。

■1819－1822年A. Marcet测定海水成分（14个水样，5种成分）提出“世界海水含有相同成分，相互之间有接近相同的比例”（Marcet原理）■1843－1865年J.G. Forchhammer分析了数百个海水样品，测定了多种组分（主要成分、氨、H2S等27种），使用了“盐度（salinity）”概念■1873－1876年Challenger（英）（英）环球航行一、早期发展Chemical OceanographyChallenger (2300吨，吨，1872.12－－1876.5)Chemical OceanographyChemical OceanographyChallenger的化学实验室（J.Y. Buchanan主持）Chemical OceanographyChallenger环球航行的航线（126,000 km）Challenger的调查资料由76位科学家经23年整理分析，撰写报告50册化学工作由W. Dittmar领导，从各大洋不同深度样品中选取77个有代表性水样，用8年时间进行化学分析Chemical OceanographyCartoon of Prof. William DittmarW. Dittmar 等对77个海水样品进行了测定获得了精确的结果（Dittmar,1884），证实了Forchhammer关于“海水主要溶解成分浓度比恒定”的观点，建议采用测定单一成分氯（＋溴）来表示海水盐度。

Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史二、20世纪前期的发展■1899年M. Knudsen建立了氯度测定法1902年由Forch、Knudsen和Sørensen定义了盐度和氯度，给出了盐度－氯度关系式Prof. Martin KnudsenChemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史二、20世纪前期的发展■1899年M. Knudsen建立了氯度测定法1902年由Forch、Knudsen和Sørensen定义了盐度和氯度，给出了盐度－氯度关系式■海洋调查观测：1925－1927 Meteor （德）南大西洋调查；1947－19581940－19581957－19581958－1960信天翁（瑞士）赤道太平洋（放射性同位素测定沉积速率和年代）；勇士（苏）太平洋调查；国际地球物理年，有67个国家参加，共70余船进行世界范围的联合调查；中国海洋综合普查Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史二、20世纪前期的发展■海水化学研究：营养盐（与生物和渔业相关）例如Brandt (1916－1920), Atkins (1923), Harvey (1926), Cooper (1933,1935, 1937), Harvey (1945) 的研究工作；1955年H.W. Harvey出版 The Chemistry and Fertility of Sea Water。

碳酸盐体系例如Bergman (1788), Harmberg (1885), Fox (1909) 的研究工作；K. Buch 等 （1917, 1932, 1951）建立了碳酸盐体系各分量的计算方法Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史三、20世纪50年代以来的发展■海洋化学理论研究：－L.G. Sillén (1959)，“海水物理化学”演讲，对海水中各类化学平衡进行了定量研究，提出了新观点和新模式；－R.M. Garrels (1961)，应用化学平衡原理和活度系数建立了“海水化学模型”；－E.D. Goldberg (1958)，应用“稳态原理”研究海水中元素逗留时间；－W.S. Broecker (1960-70年代)，提出了海水化学元素垂直循环的“双箱模型”；… …Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史三、20世纪50年代以来的发展■海洋科学国际研究计划国际海洋考查十年 (IDOE, 1971－1980)地球化学海洋剖面研究 (GEOSECS)深海钻探 (DSDP，1968－1983)大洋钻探 (ODP，1985－1995)国际地圈生物圈计划 (IGBP，1983年由ICSU发起，1991年开始实施)国际全球大气化学计划（IGAC）全球海洋通量联合研究 (JGOFS)海岸带陆海相互作用计划 (LOICZ)全球海洋生态动力学研究 (GLOBEC)低空大气－上层海洋研究 (SOLAS)综合海洋生物地球化学与生态系统 (IMBER)海洋痕量元素及其同位素生物地球化学循环国际研究 (GEOTRACES，2003-)Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史三、20世纪50年代以来的发展地球化学海洋剖面研究 (GEOSECS，1971－1980)大西洋121站，太平洋147站观测项目：T、S、D、O2、ΣCO2、pH、Th、14C、Alk、Ra、Sr、Cs、Ar、营养盐…研究目标：海洋环流、污染物质稀释扩散能力、营养盐及其它成分循环速率。

Chemical Oceanography三、20世纪50年代以来的发展深海钻探 (DSDP，1968－1983)－大洋钻探 (ODP，1985－1995) JOIDES ResolutionChemical OceanographyManned SubmersiblesAlvinSea Cliff IIShinkai 6500TriesteChemical Oceanography海底热液Chemical Oceanography锰结核Chemical Oceanography海洋遥感卫星美国美国DigitalGlobe公司公司GeoEye-1卫星卫星2011年8月16日6时57分，中国第一颗海洋动力环境卫星--海洋二号卫星（HY-2）在太原卫星发射中心成功发射海洋二号卫星是继海洋一号A卫星和海洋一号B卫星之后，我国成功发射的第三颗海洋卫星Chemical Oceanography§1-2 化学海洋学的发展历史Sverdrup, H.U., Johnson, M.W., Fleming, R.H., 1942. The Oceans: Their Physics,Chemistry, and General Biology. 1087 pp.Hill, M.H. et al. (Editors), 1963-2009. The Sea: Ideas and Observations on Progress inthe Study of the Seas, Vol. 1-15.Horne, R.A., 1969. Marine Chemistry: The Structure of Water and the Chemistry of theHydrosphere. 568 pp.堀部純男，1970。

海水の化学 381 pp.Broecker, W.S., 1974. Chemical Oceanography. 214 pp.Riley J.P., Skirrow, G., Chester R. (Editors), 1975-1989. Chemical Oceanography,2nd ed., Vol. 1-10.Broecker, W.S., Peng T.-H., 1982. Tracers in the Sea. 690 pp.张正斌，刘莲生，1989海洋物理化学811页Libes, S.M., 1992. An Introduction to Marine Biogeochemistry. 734 pp.Stumm, W., Morgan, J.J.,1996. Aquatic Chemistry: Chemical Equilibria and Rates inNatural Waters, 3rd ed. 1022 pp.Millero, F.J., 2005. Chemical Oceanography, 3rd ed. 522 pp.四、有关书籍Chemical OceanographyVol. 1 (1975, 606页, 1-8章): 一般方面，主要、微量元素，存在形式，溶解气体Vol. 2 (1975, 647页, 9-15章): 碳酸盐体系，表面微层，营养盐，有机物，颗粒碳，初级生产力，狭湾Vol. 3 (1975, 564页, 16-19章): 还原环境，污染，放射性核素、海水分析化学Vol. 4 (1975, 363页, 20-23章): 海水电分析化学，海洋资源、药物Vol. 5 (1976, 401页, 24-29章): 海洋沉积物、锰结核Vol. 6 (1976, 414页, 30-34章): 沉积物化学：早期成岩、间隙水Vol. 7 (1978, 508页, 35-42章): 悬浮物，气溶胶，年代学，河口化学Vol. 8 (1983, 398页, 43-48章): 压力，GEOSECS，痕量元素，DSDP间隙水数据，水热通量，光化学Vol. 9 (1989, 258页, 49-51章): 有机物生物地球化学，海洋污染，海水电分析化学Vol. 10 (1989, 404页, 52-63章): 海－气交换、气溶胶，表面微层痕量气体Riley J.P., Skirrow, G., Chester R. (Editors), 1975-1989. Chemical Oceanography,2nd ed., Academic Press, London. Vol. 1-10.Chemical OceanographyChemical Oceanography§1-3 化学海洋学的研究意义和作用●作为自然科学的基础学科，其学习研究是科学发展的需要●人类经济活动中的作用传统活动：渔业捕捞、海洋运输新兴活动：海洋石油工业、海水化学资源、海底矿物资源、海水养殖、海水淡化●海洋环境生态保护自己查阅文献Chemical Oceanography课程章节安排课程章节安排第一章绪论第二章　海水的组成及其主要化学成分第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章海洋中的微量元素海洋中的营养元素海洋中化学物质的存在形态海洋中的有机物及其与金属离子的相互作用海洋中的悬浮颗粒物质海洋中的同位素海洋中的溶解气体及二氧化碳－碳酸盐体系结束语—海洋化学资源的可持续开发利用。