1、海洋科学导论学习总结（浙江海洋学院 A10 旅游 1 班 傅晨园）摘 要：海洋是生命的摇篮，她孕育了人类的文明，与人类的关系十分密切。对于困扰全世界的人口、资源和环境等难题的解决，人们都寄希望于海洋的开发和利用。海洋的开发利用，依赖于科学技术的进步，因为对海洋特征和规律的研究，是开发和利用的基础，海洋的探索和研究非常具有挑战性。 海洋科学导论一书，是为我国海洋类专业大学生编写的基础课教材，比较系统地介绍海洋科学主要分支学科的基础内容。关键词：海洋地质 海洋物理 海洋生物0 引言出于对海洋科学的浓厚兴趣，我选择了“海洋科学导论”这门课作为选修课。 “海洋科学导论”是为我们海洋类大学编写的课程，它
2、比较系统地介绍了海洋科学主要分支学科的基础内容，这是一门很有趣的课，带我们领略海洋的智慧，我很荣幸能选上这门课。经过 15 周的学习，我已经对这门课有了比较全面的了解，也越来越对海洋科学感兴趣了，今后我会利用课余时间，通过视频、书籍等，更深入地了解海洋科学的知识。下文是我学习“海洋科学导论”之后，通过课本、网络和相关资料进行的相关知识总结，由于时间紧迫和能力有限，不足之处请老师多多包涵和指点。1 海洋化学1.1 海水的起源海水的形成与地球物质整体演化作用有关。一般认为海水是地球内部物质排气作用的产物，即水汽和其它气体是通过岩浆活动和火山作用不断从地球内部排出的。现代火山排出的气体中，水汽往往占
3、 75以上，据此推测，地球原始物质中水的含量应当较高。地球早期火山作用排出的水汽凝结为液态水，积聚成原始海洋，还有些火山气体溶解于水，从而转移到原始海洋中，而另一些不溶或微溶于水的气体则组成了原始大气圈。在漫长的地球演化过程中，海水因地球排气作用不断累积增长，最初的原始海洋体积可能有限，深海大洋的形成也要晚些。根据对海洋动物群种属的多样性分析，至少在寒武纪以前就出现了深海大洋。1.2 海水的性质海水的盐度海水中的含盐量是海水浓度的标志，海洋中的许多现象和过程都与其分布和变化息息相关。海水的主要热性质海水的热性质一般指海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性，热导率与比蒸发潜热等。它们
4、都是海水的固有性质，是温度、盐度、压力的函数。、海水的一些力学性质海水的粘滞性，海水的渗透压，海水的表面张力海水的密度单位体积海水的质量即为海水的密度另外，海水的性质包括海水的电导性，声学与光学性质，海水的结冰等等。1.3 海表热通量由于海洋表层水温和气温一般是不相等的，所以两者之间通过热传导也有热量交换。这一交换过程主要受制于两个因素：海面风速和海-气温差。当然，不同海区和不同季节，海-气的感热交换有明显差别。冬季盛行寒冷气流，出现较大的向上的热通量，特别是在湾流、黑潮经过的中纬海域和高纬的海面上更是如此；夏季感热交换通常是相当小的；在寒流及上升流区可出现向下的热通量。2 海洋物理2.1海流
5、海流是指海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动形式之一。【一】 成因。第一是海面上的风力驱动，形成风生海流。由于海水运动中粘滞性对动量的消耗，这种流动随深度的增大而减弱，直至小到可以忽略，其所涉及的深度通常只为几百米，相对于几千米深的大洋而言是一薄层。第二种原因是海水的温盐变化。因为海水密度的分布与变化直接受温度、盐度的支配，而密度的分布又决定了海洋压力场的结构。实际海洋中的等压面往往是倾斜的，即等压面与等势面并不一致，这就在水平方向上产生了一种引起海水流动的力，从而导致了海流的形成。另外海面上的增密效应又可直接地引起海水在铅直方向上的运动。【二】 种类地转流在水平压强梯度力的作用下，
6、海水将在受力的方向上产生运动。与此同时科氏力便相应起作用，不断地改变海水流动的方向，直至水平压强梯度力与科氏力大小相等方向相反取得平衡时，海水的流动便达到稳定状态。若不考虑海水的湍应力和其它能够影响海水流动的因素，则这种水平压强梯度力与科氏力取得平衡时的定常流动，称为地转流。风海流盛行风吹拂海面，推动海水随风漂流，是最主要的洋流形式。并且是使上层海水带动下层海水流动，形成大规模很大的洋流，叫做风海流。信风带、西风带和极地东风带的风向是比较衡定的，在海洋上，这些定向风与海洋表层水之间就会发生摩擦，通过摩擦方式，风即可将其一部分能量传递给表层海水，除形成波浪外，还使表层海水发生移流，从而形成风海流
7、。世界大洋环流和水团分布大洋环流是存在于大洋中的海水环流。它主要受大气环流风带、海洋中热辐射和海水盐度等影响，其中又以大气环流的影响最为重要；因而，世界洋、海流的分布与世界风带的分布有着密切的关系。 大洋环流是指海流在大洋中流动的形式是多种多样的，除表层环流外，还有在下层里偷偷流动的潜流，由下住上的上升流，向底层下沉的下降流，海流水温高于周围海温的暖流，水温低于流经海域的寒流，水流旋转的涡旋流，等等。海流遍布整个海洋，既有主流，也有支流，不断地输送着盐类、溶解氧和热量，使海洋充满了活力。世界大洋中存在着五个基本水层，即大洋暖水区的表层水，次表层水；大洋冷水区中的中层水、深层水和底层水。如果按其
8、温、盐等理化特性和源地作为条件，可在第一层等级把五层水视为五个水团。表层水：具有高温、相对低盐特性，其源就是低纬海区密度最小的表层暖水本身。次表层水：具有独特的高盐特征和相对高温，它是由副热辐聚区表层海水下沉而形成的，其下界为主温跃层，南北范围在南北极锋之间。中层水：具有低盐特征，是西风漂流中的辐聚区表层海水下沉而形成。其深度约在 10002000m 的范围内。但地中海水、红海波斯湾水是高盐的。深层水：北大西洋上部但在表层以下深度上是它的源地，因此贫氧是其主要特性。其深度约在 20004000m 的范围内。底层水：源于极地海区，具有最大的密度。2.2 海洋波动现象小振幅重力波小振幅重力波，亦称
9、正弦波，是一种简单波动。简单波动的特性可近似地说明实际海洋波动的许多现象。小振幅重力波系指波动振幅相对波长为无限小，重力是其唯一外力的简单海面波动。有限振幅波动相对小振幅波而言，有限振幅波具有较大振幅。它与实际海浪的形状更接近。有限振幅波动理论很多，例如斯托克斯波、摆线波、孤立波等，其理论推导多是繁杂的。有限振幅波速不仅与波长有关，而且与波高有关。当波陡，即波高与波长之比愈大时，波速也愈大。海洋内波除了海面的波动而外，在海洋内部也会发生波动现象，称为海洋内波。它是发生在海水密度层结稳定的海洋中的一种波动，它的最大振幅出现在海面以下。内波是一种重要的海水运动，它将海洋上层的能量传至深层，又把深层
10、较冷的海水连同营养物带到较暖的浅层，促进生物的生息繁衍。内波导致等密度面的波动，使声速的大小和方向均发生改变，对声呐的影响极大，有利于潜艇在水下的隐蔽；对海上设施也有破坏作用。实际海洋中的密度变化是连续的，因此内波不仅能在强跃层那种准界面上产生，而且在海洋内部处处都可能产生。开尔文波与罗斯贝波开尔文波（Kelvin Wave）是发生在大气或海洋中的，迎向地形边界（例如海岸线）平衡科氏力的波动现象。开尔文波的一个特征是非弥散性，也就是说，波峰的相速度与波能的群速度在所有频率时均相等。这一特性意味着它在沿岸方向始终保持它的形状。流体动力学意义上的开尔文波是超流体动力学中的一种大尺度的漩涡紊动模式；
11、在气象学和海洋学推导研究中，可以假定经线方向速度分量为零（也就是假定没有南北向的流动，故可简化动量及连续性方程）。它会导致厄尔尼诺 现象的发生。罗斯贝波,由于地球的转动和地球曲率而使位涡在深度和纬度上产生改变，这一改变导致一种非常慢的大尺度振荡，即罗斯贝波。罗斯贝波是一种行星波。不考虑海水的非均匀性和可压缩性的罗斯贝波称为正压的，其波长可达几百千米。考虑了海水分层的罗斯贝波称为斜压的。斜压的罗斯贝波只能从东向西传播。风浪和涌浪风浪是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态；涌浪则指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上遗留下来的波动。观测表明，在海洋中
12、风浪和涌浪会单独存在，但往往同时存在，它们的传播方向也往往不同。有经验的观测者很容易把它们区分开来。风浪的成长与消衰主要地取决于对能量的摄取与消耗之间的平衡关系。2.3 潮汐起因潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。规律从各地的潮汐观测曲线可以看出，无论是涨、落潮时，还是潮高、潮差都呈现出周期性的变化，根据潮汐涨落的周期和潮差的情况，可以把潮汐大体分为如下的 4 种类型： 与潮汐有关的天文学知识潮汐现象与地球、月球、太阳的相对运动有着非常密切的关系潮 汐 的 发 生 和 太 阳 ， 月 球 都
13、有 关 系 ， 也 和 我 国 传 统 农 历 对 应 。 在 农 历 每 月 的 初 一即 朔 点 时 刻 处 太 阳 和 月 球 在 地 球 的 一 侧 ， 所 以 就 有 了 最 大 的 引 潮 力 ， 所 以 会 引 起 “大潮 ”， 在 农 历 每 月 的 十 五 或 十 六 附 近 ， 太 阳 和 月 亮 在 地 球 的 两 侧 ， 太 阳 和 月 球 的 引 潮 力你 推 我 拉 也 会 引 起 “大 潮 ”； 在 月 相 为 上 弦 和 下 弦 时 ， 即 农 历 的 初 八 和 二 十 三 时 ， 太 阳引 潮 力 和 月 球 引 潮 力 互 相 抵 消 了 一 部 分 所
14、以 就 发 生 了 “小 潮 ”， 故 农 谚 中 有 “初 一 十 五涨 大 潮 ， 初 八 二 十 三 到 处 见 海 滩 ”之 说 。 另 外 在 第 天 也 有 涨 潮 发 生 ， 由 于 月 球 每 天 在 天球 上 东 移 13 度 多 ， 合 计 为 50 分 钟 左 右 ， 即 每 天 月 亮 上 中 天 时 刻 （ 为 1 太 阴 日 =24时 50 分 ） 约 推 迟 50 分 钟 左 右 ， （ 下 中 天 也 会 发 生 潮 水 每 天 一 般 都 有 两 次 潮 水 ） 故 每 天涨 潮 的 时 刻 也 推 迟 50 分 钟 左 右 。引潮力地球由于受到月球（或太阳）
15、的引力和因月球绕地球（或地球绕太阳)公转而产生的离心力合力称为引潮力。月球引潮力是太阳引潮力的 2.17 倍。 引潮力是指月球和太阳对地球上海水的引力，以及地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力，这两种力组成的合力，是引起潮汐的原动力。平衡潮在地球重力作用下，地球的静止海水面是一个重力位水准面，此水准面称为大地水准面。起潮力、附加起潮力和重力矢量的合力称为瞬时重力；由地球的重力位、起潮力位和附加位的和构成的重力位水准面称为瞬时大地水准面；瞬时大地水准面相对大地水准面的起伏称为平衡潮。风暴潮风暴潮是一种灾害性的自然现象。由于剧烈的大气扰动，如强风和气压骤变（通常指台风和温带气旋等灾害性天气系
16、统）导致海水异常升降，使受其影响的海区的潮位大大地超过平常潮位的现象，称为风暴潮。又可称“风暴增水” 、“风暴海啸” 、 “气象海啸”或“风潮” 。3 海洋与生活3.1 海洋灾害海洋灾害是指源于海洋的自然灾害。海洋灾害主要有灾害性海浪、海冰、赤潮、海啸和风暴潮；与海洋与大气相关的灾害性现象还有“厄尔尼诺现象”和“拉尼娜现象”，台风等。 风 暴 潮 是 由 台 风 、 温 带 气 旋 、 冷 锋 的 强 风 作 用 和 气 压 骤 变 等 强 烈 的 天 气 系 统 引 起的 海 面 异 常 升 降 现 象 ， 又 称 “风 暴 增 水 ”、 “风 暴 海 啸 ”、 “气 象 海 啸 ”或 “风
17、 潮 ”。 风 暴潮 会 使 受 到 影 响 的 海 区 的 潮 位 大 大 地 超 过 正 常 潮 位 。 如 果 风 暴 潮 恰 好 与 影 响 海 区天 文 潮 位 高 潮 相 重 叠 ， 就 会 使 水 位 暴 涨 ， 海 水 涌 进 内 陆 ， 造 成 巨 大 破 坏 海 啸 是 由 水 下 地 震 、 火 山 爆 发 或 水 下 塌 陷 和 滑 坡 所 激 起 的 巨 浪 。 目前，人类对地震、火山、海啸等突如其来的灾变，只能通过观察、预测来预防或减少它们所造成的损失，但还不能阻止它们的发生。 “灾 害 性 海 浪 ”是 海 洋 中 由 风 产 生 的 具 有 灾 害 性 破 坏
18、的 波 浪 ， 其 作 用 力 可 达 30-40吨 每 平 方 米 。 海 冰 指 海 洋 上 一 切 的 冰 ， 包 括 咸 水 冰 、 河 冰 和 冰 山 等 。 赤潮，又叫红潮，是一种水华现象。它是海洋灾害的一种，是指海洋水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌，在一定的环境条件下突发性增殖和聚集，引发一定范围和一段时间内水体变色现象。海洋科学对日常生活的影响早期的地球没有任何生物。原始生命不大可能起源于陆上，因为陆上有大量的紫外线和很不稳定的条件。一般认为原始生命起源于海洋。 地球的一个基本特点是有大量的水，有占地球表面积 71的海洋。海水能调节气候，又能溶解许多化学物质。早期的地球
19、是温热的，大气是还原性的，没有氧气，紫外线可以大量地到达地球；常有闪电和火山爆发，为可能发生的化学反应提供了能量。海水开始是淡的，以后逐渐咸化。 现在地球上的生命与细胞分不开。因为细胞有两个基本属性：新陈代谢和生殖作用。新陈代谢是在多种酶的催化下进行的，生殖作用是在核酸分子复制的基础上进行的。因此，生命起源的主要化学基础是蛋白质和核酸的出现，以及相互作用。组成细胞的成分的还有脂质和其他若干化学物质。水一般占细胞成分的 8090。细胞分原核细胞和真核细胞两大类：原核细胞没有细胞核和细胞器，比较小，长度大多在 60 微米以下。真核细胞有细胞核和细胞器，一般比原核细胞大得多。具有原核细胞的生物叫原核
20、生物，真核生物则都由真核细胞所组成。 生命起源和早期进化的过程经历了化学进化、原核细胞的出现和进化、真核细胞的出现和进化几个阶段。 3.2 海洋生物多样性丰富的海洋生物多样性占地球表面 70%的海洋，蕴藏着极其丰富的生物多样性，至今仍不断有举世瞩目的新发现。与陆地相比，尽管被描述的海洋物种较少，但实际上海洋王国更加丰富多采。海洋生态系统比陆地及淡水生物群落变化多。在高等分类水平上，海洋生态系统远比陆地多样化。例如，33 个动物门中，仅 11 个在陆地，而 28 个在海洋中发现，其中 14 门完全是海洋特有的。滤食性动物，特别是浮游动物，在海生食物链方面创造了陆地不存在的额外营养级；并且，从体型
21、大小来讲，海洋比陆地拥有更大的多样性，大到鲸、小到微微浮游生物，应有尽有。因此，海洋食物网倾向于比陆地食物网更加复杂，而且海洋食物链含有更多的营养层次。此外，海洋生物还在基因水平上具有高度的多样性，许多分类单元的个体，其基因位点有 5-15%是杂合型的。所有这些因素都赋予近海和海洋生态系统一种不同于陆地系统的多样性形式。海洋生物多样性的价值许多世纪以来，人类把海洋看成起先是妨碍、而后是帮助他们致力于开发世界的地球表面。人们从海洋获取生物资源以补充陆地和淡水生产的食物，这种利用由来已久。随着人口的不断增长和经济的发展，有限的陆源生物产品的利用程度日趋饱和，而具有丰富生物多样性的海洋，作为潜在的食
22、物生产地和供应地，已经显示出美好的前景。地球上测得的最大生产力是在北太平洋海藻层。近年来，美国设计的一个面积为 6000 亩的海洋农场已成功地投入动转。该试验表明，面积为 100 亩的海洋农场大约可以养活 75 人。按此计算，只要能开发 540 万平方公里的海洋表面，就可满足全球 60 亿人口对食物的需求。虽然目前只是科学设想，但却使人类看到了希望。海洋生物多样性的价值远不止物种本身。海洋植物光合作用和成壳生物固定二氧化碳，缓和了全球变暖过程。由于许多海生物种以化学方法保护自己，海洋生化多样性是一个令人鼓舞的新药源泉。海洋系统生命的多样化，也提供了人们审美和消遣的乐趣。3.3 海洋生态系统海洋
23、生态系海洋生态系是海洋中由生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统。广义而言，全球海洋是一个大生态系，其中包含许多不同等级的次级生态系。每个次级生态系占据一定的空间，由相互作用的生物和非生物，通过能量流和物质流形成具有一定结构和功能的统一体。海洋生态系统组成由海洋生物群落和海洋环境两大部分组成，每一部分又包括有众多的要素。这些要素主要有 6 类：（1）自养生物，为生产者，主要是具有绿色素的能进行光合作用的植物，包括浮游藻类、底栖藻类和海洋种子植物；还有能进行光合作用的细菌。 （2）异养生物，为消费者，包括各类海洋动物。 （3）分解者，包括海洋细菌和海洋真菌。 （4）有机碎屑物质，包括生物死亡后
24、分解成的有机碎屑和陆地输入的有机碎屑等，以及大量溶解有机物和其聚集物。 （5）参加物质循环的无机物质，如碳、氮、硫、磷、二氧化碳、水等。 （6）水文物理状况，如温度、海流。食物链和食物网在海洋生物群落中，从植物、细菌或有机物开始，经植食性动物至各级肉食性动物，依次形成摄食者与被食者的营养关系称为食物链(foodchain)，也称为营养链(trophicchain)。食物网(foodweb)是食物链的扩大与复杂化，它表示在各种生物的营养层次多变情况下，形成的错综复杂的网络状营养关系。物质和能量经过海洋食物链和食物网的各个环节进行的转换与流动，是海洋生态系中物质循环和能量流动的一个基本过程。参考资料1海洋科学导论冯士筰/李凤歧/李少菁高等教育出版社1999.62网络资料（百度百科、相关网站、相关视频）
