海洋科学导论总结

第一章绪论海洋学(oceanography)：海洋学是研究在海洋中的各种现象和过程发生、发展和演化及它们与环境相互作用、相互影响的规律的一门综合性科学。海洋学研究的对象：地球上70.8%的海水属地学分支。海洋学的特征:1、海洋是环境的产物在地球上，通过能量、物质的相互传递与环境相互作用。传递方式：通过边界：海面、海底和沿岸带。不通过边界：辐射和地球及天体对海水的引力。A）海水特性：混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物。2、海洋形态的固有特性：（1）广漠而有垠：占地球表面积70.8%，被陆地分隔。（2）深又浅：两层含义。其一指海洋平均深度为3800米，最深为11034m（陆地海拔最高为8848米)，但地球半径为6371千米，因此海洋只是地球上一薄层；其二指海洋垂直尺度与水平尺度比为10-3的量级，因此海洋中海水的运动以水平运动为主。（3）连通又阻隔：各大洋水域连成一体，可以充分进行物质和能量的交换。北半球陆地几乎连成一体，阻挡了北冰洋与其他大洋的水交换，使北冰洋底层水无法流出进入其他大洋。其他大洋底层水均来自于南极大陆附近的边缘海。海洋学研究意义1、海洋与人类生存环境关系密切1）是蛋白质主要来源；运输和贸易的中介—航运（密度大）；国际冲突的焦点…2）影响气候环境:①环流--向高纬输送热量；②对气温起调节作用（海水热容量大）3）海—气相互作用：4）海洋灾害：风暴潮、赤潮、海冰、海水倒灌、海岸侵蚀、海底地震等5）污染：排污与海洋自净能力关系。2、海洋蕴藏着丰富的资源海洋中蕴藏着丰富的矿产资源、化学资源、生物资源、动力资源１）矿产资源石油：半数以上在海底。估计海洋石油储量为(1100－2500亿吨)，我国大约100亿吨。锰结核：年再生1000万吨，可提炼锰、铁、铜、镭等。此外,金刚石、重晶石、金、锡都在矿砂中找到。２）化学资源大量无机盐：海水中含80多种元素。1kg海水含35g无机盐。全球海洋中共含5亿亿吨无机盐，其中：黄金：500万吨；铀：50亿吨；镁：2100亿吨；银：4亿吨；钴：7亿吨；碘：820亿吨；盐：1立方公里海水含27万吨。３）生物资源：海洋生物大约26万种，其中海洋动物16万、海洋植物约10万。发展近岸养殖业。我国近海15m以内滩涂2.1亿亩，可供养殖2000万亩，89年以来634万亩。对虾养殖产量居世界首位。海洋捕捞：适度与过度的影响。提取海洋药物：已达分子水平上，基因工程、细胞工程４）动力资源潮汐：潮能发电，潜力10亿千瓦，我国乳山、江夏建有潮能发电站波能：30—50吨压力/m2.但空间分散，时间上间断，破坏力大。挪威ToHestallen的MOW电站1985年运行，1988年自基础削去。苏格兰Dounreng电站于安装过程被冲毁。海流：能量最低。温差：表底温差18度，但难度大。3、军事、航运、港工、油气开发①军事：作战、布雷、潜艇。②航运：运输量大，航道不需维护。③港工和油气开发：设计标高、安全性、可靠性等必须估计浪、潮、流、风暴潮等的影响。第二章地球系统和海底世界地球的宇宙环境：太阳与太阳系，地球是太阳的第三颗行星，与其他八颗行星一同围绕太阳公转。类地行星：九大行星中水星、金星、地球、火星，因体积小、密度大、卫星少、拥有固体表面而称为类地行星；类目行星：木星、土星、天王星、海王星因体积大、密度小、卫星多、没有固体表面而称为类木行星；地球形状:一般是指全球静止海面的形状，即一个等位势面得形状。（它是既不考虑地表海陆差异、也不考虑陆、海地势起伏的海面）理想地球的形状就是大地水淮面得形状。地球圈层结构1、地球外部圈层（1）按自然地理学观点，地球外部分为五大圈层，从外到内：a、大气圈b、水圈——97%集中于海洋2%以固态水存在c、生物圈——渗透在另三大圈层内部d、岩石圈——属于地球内部圈层部分e、人类圈（智能圈）（2）按环境学观点第五圈层为土壤层（3）按大气科学的观点，第五层为冰雪圈，冰雪圈可包含在广义水圈中2、地球内部圈层地球内部因地震波传播方向与速度不同由外而内分为同心圈层结构：地壳、地幔、地核；地壳与地幔的分界面为莫霍面（M面）；地核与地幔的分界面为古登堡面（G面）；地幔又可分为上地幔与下地幔；地核又可分为液质外核与固质内核。地壳与上地幔：大陆性地壳平均厚度33km，上层为“硅铝层”，下层为“硅镁层”；海洋性地壳平均厚度为6km，上层为沉积层，中层是以玄武岩为主、上部夹有固结沉积岩的混合层，下层为大洋层。其中，地壳与地幔顶部的刚性岩石叫做岩石圈；存在于上地幔60-250km深处，地震波传经此处时，横波波速发生明显衰减。可能是此处物质发生部分熔融，引起塑性形变和缓慢流动，此圈层称为软流层。内圈层从外到内：地壳、莫霍面（M）、地幔（上地幔、下地幔）、古登堡面（G）、地核（液质外核、固质内核）地表海陆分布：１、对庶分布:南极(为陆，北极为水；南半球海水连一体，北半球陆地连成一体；南半球水多，北半球陆多；三大洋似伸向大陆的三个大湾，成鼎状分布。２、海陆分布不均衡:北半球，陆地占其总面积的67.5%，南半球占32.5%；北半球陆地和海洋比例为60.7%和39.3%，南半球海陆比例为80.9%和19.1%。海洋的划分1、洋：辽阔连续巨大的咸水体；全球共4个，远离大陆；占海洋总面积的90.3%；水深2000m，平均3000m；底质为红粘土和软泥；有独立的潮汐与洋流系统；温、盐要素不受大陆影响；平均盐度35，年变化小。2、海：陆地边缘的咸水小水体；全球共54个，靠近陆地；占海洋总面积的9.7%；水深2000m；底质：陆沉积；无独立潮汐和洋流系统，潮波是大洋传入；温、盐要素受大陆影响很大。3、海湾——外宽内窄，洋或海伸进大陆的一部分。海湾中常出现最大潮差，如杭州湾大潮，最大潮差可达8.9m。4、海峡——两块陆地之间形成的两端连接海洋的狭窄水道。5、历史上错位的称呼：波斯湾、墨西哥湾——海；阿拉伯海——海湾。海的分类1、陆间海：大陆之间的，面积深度较大。例如—地中海、加勒比海。2、内海：伸入大陆内部的海，面积较小，其水文特征受周围大陆的强烈影响。世家海和波罗的海。3、边缘海：位于大陆边缘，以半岛、岛屿或群岛与大洋分隔。如东海、日本海。4、南大洋：三大洋在南极洲附近连成一片的水域称为南大洋，又名南极水域。海洋学意义：它有自成体系的环流系统和独特的水团结构，既是世界大洋地层水团的主要形成区，又对大洋环流起着重要作用。世界四大洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋。海底的地貌形态一、大陆边缘1、大陆架：海岸线到水深200米以内，平均深度133米；宽度1—1000km，平均75km；平均坡度0.1度；地壳为硅质花岗岩构成。浪、潮、流季节变化，丰富的油气田，渔业，养殖业主要场所。2、大陆坡：陆架外缘较陡倾斜的地区，平均坡度4.3度，宽度15—90km，平均28km，深度200—2500m。地形：深切陡峭的V型海底峡谷，水下冲积锥．3、大陆基（裙）：坡外与洋盆间较平坦地区，面积大，平坦深度2000—5000m，平均3700m。4、岛弧和海沟：深于6000m的陷落地带。二、洋中脊1、洋中脊是大洋的主体,大洋中的山脉或隆起，成因相同、特征相似。具有全球规模(如图）。北端在各大洋分别延伸上陆，南端互相连接。顶部水深大多在2~3km，高出盆底1~3km，宽数百至数千千米不等。面积占洋底面积32.8%。全长7万余公里。2、轴部都发育有延其走向延伸的断裂谷地，称为中央裂谷(riftvalley)，向下切入1~2km，宽数十至一百多千米。是一个全球性地震活动带，震源浅、强度小，释放能量占全球地震释放能量5%。是海底扩张中心和海洋岩石圈增生的场所。扩张速度平均1—15cm年。其上有横向断裂，如罗曼奇断裂带，大西洋脊错移1000km以上。三、洋盆１、定义：指大洋中脊坡麓与大陆边缘之间的广阔洋底，水深4000－5000m的开阔水域，占海洋总面积的45%。２、其上分布正地形和负地形１）正地形：海底山，海峰，海底平顶山；海隆；海台；海岭；海丘等。海底山：孤立或比较孤立的坡度较陡的海底高地，高度在1000m以上。海峰；海底平顶山。海隆：海底上宽广、和缓的隆起区。海台（海底高原）：具有比较平坦、宽阔顶面的海底高地，高出邻近海底1000m以上。海岭：带状分布、轴状分布。无震海岭，活动海岭（大洋中脊）。海丘：高度小于1000m，圆形或椭圆形。２）负地形：海盆，海槽海盆：面积大而形状多少带盆状的洼地。海槽：长而宽，两侧坡度平缓的海底洼地。第三章、海水的物理性质和世界大洋的层化结构水的反常密度变化：水分子的缔合的原因。水分子缔合成分子晶体，其晶格排列松散，体积增大，故密度减小。t4℃时有利于分子的缔合。0℃水结冰时，水分子全部缔合成一个巨大的分子晶体，体积增大，密度减小，所以冰总是浮在水面上。0℃—4℃升温过程中，较大的缔合分子离解为较小的缔合分子，体积收缩，密度增大。海水的盐度：1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘以氯当量置换，有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数。二、海水的热力学性质1)热容、比热容热容：海水温度升高1K所吸收的热量。（单位：J/K）比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(Kkg)定压比热Cp:在一定压力下测定的比热容。定容比热Cv:在一定体积下测定的比热容。2)热膨胀3)压缩性、绝热变化，位温压缩系数：单位体积海水，压力增加1Pa体积的负增量。绝热变化：绝热提升时，压力减小，体积膨胀，对外做功，消耗内能导致温度降低；绝热下沉时，压力增加，体积减小，对力对海水微团做功，增加期内能使温度增加。位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度称该深度海水的位温。比现场温度低4)蒸发潜热和饱和水气压比蒸发潜热：使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的热量，称为海水的比蒸发潜热，以L表示，单位是焦耳每千克或每克,记为J/kg或J/g。饱和水气压：是指水分子由水面逃出和同时回到水中的过程达到动态平衡时，水面上水汽所具有的压力。5)热传导相邻海水温度不同时，热量由高温处向低温处转移，这就是热传导。由分子的随机运动引起的热传导，称为分子热传导。主要与海水的性质有关。由海水块体的随机运动所引起，则称为涡动热传导或湍流热传导。主要和海水的运动状况有关。6)沸点升高、冰点降低海水的沸点和冰点与盐度有关，即随着盐度的增大，沸点升高而冰点下降。冰点温度随盐度ｓ的增加而降低。海冰定义狭义：海水冻结而成的冰广义：在海洋中见到的冰，包括大陆冰川、河流及湖泊流滑入海中的淡水冰。世界大洋中约有3%-4%的面积被海冰覆盖着二、海冰的形成1、形成条件：海水温度降至冰点；相对冰点稍有过冷现象；有凝结核存在。2、形成过程原理：tΡmax随盐度的增大而降低的速度比tf快．当ｓ＜２４．６９５时，结冰情况与淡水相同；当ｓ〉２４．６９５时，海水冰点高于最大密度温度，海面温度降低到冰点，但海水仍在增密过程，使海水呈对流混合状态而无法结冰。只有当对流混合层的温度同时到达冰点，海水才会在整个对流混合层同时结冰。三、海冰的分类1、按结冰过程的发展阶段：初生冰；尼罗冰；饼状冰；初期冰；一年冰；老年冰2、按海水的运动状态固定冰：与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰流冰：自由浮在水面上，能随风、流漂移的冰冰山：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5m以上的巨大冰体四、海冰的分布北冰洋：3-4月，最大，约占北半球面积的5%；8-9月，最小，约占最大覆冰面的3/4；多年冰厚度3-4m流冰：绕洋盆边缘运动，冰界线58°N；冰山：发源地——格陵兰；平均冰界线40°N南极大陆：世界最大的天然冰库；终年被冰覆该冰界线：南太平洋50-55°S；印度洋45-55°S；南大西洋43-55°S五、海冰的盐度1、定义：海冰融化后海水的盐度，一般为3-72、“盐泡”和“气泡”：结冰时来不及流走的盐分以卤汁的形式被包围在冰晶之间的空隙里形成“盐泡”；结冰时来不及逸出的气体被包围在冰晶之间的空隙里形成“气泡”。3、影响盐度因素（卤汁）：冻结前海水的盐度；冻结前海水盐度越高海冰的盐度也越高；冻结的速度（冻结越快，卤汁越多，盐