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海洋化学

王朝百科·作者佚名  2009-11-01
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海洋化学的简介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。海洋化学是海洋科学的一个分支,和海洋生物学、海洋地质学、海洋物理学等有密切的关系。是用化学原理和化学技术,研究海洋中物质的性质和它们的化学作用的一门科学。化学海洋学研究的范围,涉及到一个庞大而复杂的领域--世界海洋。化学海洋学的发展方向,仍然是海洋界面化学过程的研究,是研究的重点和前沿,是与全球变化有关的海洋生物地球化学过程。

化学海洋学研究范围扩大的另一个重要原因是,近几十年来,世界海洋环境被污染。海洋污染实际上是人们活动的副产物。它的内在机理是通过能量特性转换、辐射水平、化学和物理等组合影响,以及生物的分布、丰度和质量等变化,直接或间接的效应引起海洋环境有害变化。由于世界人口和每个人使用能量的不断增加,世界海洋中已检出了许多以降解形式存在的物质;海洋的某些重要污染源,例如,向海洋中排放的下水污泥和疏浚淤渣,河流排出物、船舶废弃物、溢出的油和有害化学物质、港湾碎屑、工业废弃物等,还有由脱盐工厂排出的热能、氯化烃,如滴滴涕、艾氏剂--毒杀酚类物质(主要有艾氏剂、氯丹、狄氏剂、异狭氏剂、七氯和毒杀酚等)。

被排入大气的废物,多沿地球表面进行水平或垂直方向的传播,其污染物的数量随时间增加而增加。要知道,这些污染物并不是长期停留在空气中,它们最终要沉降到陆地和海洋中。分散在陆地上的废异物,并不像在空气中那么容易散开。地表径流或通过地下水,又把这些废弃物,或其降解物输送到海洋之中。因此,世界大洋是那些不能在空气中或陆地上保留的各种污染物的最终汇合处。正因为如此,人们惊呼:“海洋正在死去。”拯救海洋,人们只能依靠科学技术,而在这个过程中,经常使用而且最为直接的就是海洋学,或者说是海洋化学。

海洋化学的研究内容在广泛的实践中,化学海洋学研究的内容主要有以下四个方面:

一是海水化学;

二是海洋沉积物化学;

三是活体海洋生物化学;

四是海洋界面物理化学及与界面物相互作用的化学。

因此,化学海洋学相对于海洋学的其他分支学科来说,所描述的内容和范围要更多、更广泛一些。具体来讲,化学海洋学主要是研究和测定海水的同位素、元素及分子能级,或者说,它是研究海洋中有机物和无机物的组成,包括这些物质的基本特性、来源、构造模式,还有在海洋地质、生物、物理、气象等领域中的特殊作用。

海洋化学的研究历史1670年前后,英国玻意耳研究了海水的含盐量和海水密度变化的关系,这是海洋化学研究的开始。1819年,马塞特发现世界大洋海水中主要成分的含量之间,有几乎恒定的比例关系。1884年,迪特马尔发表了他对英国“挑战者”号调查船在1873~1876年间所采集的77个海水样品进行分析的结果,进一步证实了世界大洋海水中,各主要溶解成分的含量之间的恒比关系。

1900年前后,丹麦克努曾等学者建立了氯度、盐度和密度的测定方法。20世纪30年代,芬兰布赫建立了海水中碳酸盐各存在形态的浓度计算方法。英国哈维系统地研究了海水中氨、磷、硅等元素的无机盐对浮游生物的营养作用,于1955年出版了他的《海水的化学与肥度》一书,它成为当时关于海洋生物生产力的化学的经典著作。

1959~1962年,瑞典物理化学家西伦和美国地球化学家加勒尔斯等人先后运用物理化学原理,对海水中各类化学平衡进行了一些定量的研究,使化学海洋学从定性描述阶段逐步过渡到定量理论研究阶段,初步建立了海洋物理化学的理论体系。同时,随着对一些元素的地球化学问题的深入研究,逐渐形成了海洋地球化学,它研究海洋中各种元素的化学过程,是化学海洋学的一个重要分支。

根据1971~1980年“国际海洋调查十年规划”,进行了“海洋断面地球化学研究”等一系列课题的研究,弄清了大洋中许多物质的时空变化,提出了揭示大洋化学特征的全球模式,使化学海洋学得到新的发展。当前进行的“海洋瞬时示踪剂”研究计划,将更深入地探索海洋中的一些规律。

海洋化学是从化学物质的分布变化和运移的角度,来研究海洋中的化学问题的,故有突出的地区性特点。它既研究海洋中各种宏观化学过程,如不同水团在混合时的化学过程、海洋和大气的物质交换过程、海水和海底之间的化学通量和化学过程等。也研究海洋环境中某一微小区域的化学过程,如表面吸附过程、络合过程、离子对的缔合过程等。

由于海洋是一个综合的自然体系,在海洋的任一个空间单元中,常可能同时发生物理变化、化学变化、生物变化和地质变化,这些变化往往交织在一起。因此化学海洋学要同物理海洋学、生物海洋学和地质海洋学相互渗透和相互配合,才能全面地研究海洋学问题。

海洋资源化学主要研究从海洋水体、海洋生物体和海底沉积层中开发利用化学资源的化学问题。对海洋资源的开发,早期是从海水提取无机物,包括制盐、卤水或海水的综合利用,比如提取芒硝、钾盐、溴、镁盐或其他含量较低的无机物;近代还研究海水淡化、海水中铀的提取、海洋生物天然产物的分离等。

此外,开发海洋的工程设施,存在一些亟待解决的化学问题,诸如金属在海水中的腐蚀,防止生物对设备或船体的污着等,也是海洋化学所研究的内容。

海洋化学研究人员为了有效地进行综合研究,从事化学海洋学的人员,它不仅必须是一个化学家,而且还必须具备海洋领域里的相关学科的知识。例如,物理海洋学、地质海洋学、生物海洋学和海洋气象学和工程等更为广泛、更为丰富的实际知识。 海洋化学家需要阐明和解释的是,发生在一个无比巨大反应器--海洋中的大量的、复杂的化学作用和变化过程。实际上,它包括了从海洋微生物,到鲸类在内的无数海洋生物有关的所有生物化学变化。从宏观的水体循环过程和混合作用,到局部海区的物质化学变化过程。从海洋中存在着所有已知的含量非常之小,仅有水分子的百万分之一天然元素,到种类繁多的有机大分子的形成和衰亡过程等,都是化学海洋学涉足的领域,因此,可以这样说,整个海洋科学研究都与化学知识和相关的化学技术,有着十分密切的关系。这就是一般意义上的化学海洋学。

当前,随着研究的深入和广泛,化学海洋学已从研究海水中元素和物质的含量、组成、分布为主要内容的研究,进入到以研究元素存在形式和它的化学性质阶段,即海水化学模型研究阶段;从均相水体的研究,发展到非均相界面的研究。这已成为世界许多国家化学海洋学研究的前沿。例如,国际海洋界普遍关注的海-气界面、海底-海水界面、悬浮体-海水界面、生物体-海水界面、河水-海水界面等为主要内容的研究,同时,人们从多维时空入手,注重对全球变化直接发生关系的海洋生物地球化学过程,以及全球海洋通量研究。现代化学海洋学的研究对象,已从原有的简单无机物,发展到比较复杂的有机物、海洋高大分子化合物、悬浮离子的沉积物,以及海洋生物及其动植物尸体等。对研究对象来说,已从探讨研究海洋的简单化学过程,发展到多采用海洋学范围以外的一些高新技术手段等。例如,中子活化分析、质谱仪、X射线荧光分析、原子吸收光谱测定法、放射化学分析法等技术,都被用来确定海水的组成及理化分析。除此之外,各种各样的分析技术和方法,也被广泛用于海水化学成分的测定。

 
 
 
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