1、第一章第一章 绪论绪论1.1 地球科学地球科学 海洋科学属于地球科学体系。 1.1.1 地球科学体系地球科学体系一、地理学一、地理学 是研究地球表面自然现象、人文现象以及它们之间的相互关系和区域分异的学科。l所谓地球表面，通常是指地球的大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类圈(又称智能圈)相互交接的界面。l广义的地球表面，上自大气圈对流层顶部，下至岩石圈沉积岩层底部，厚度可达3035km。l狭义的地球表面，则指大气圈、岩石圈、水圈的交接面，上限离地面不超过100m，相当于对流层近地面摩擦层下部地面边界层，下限为太阳辐射能可到达的深度；由于这一深度在陆地不超过地下30m，在海洋不超过水下200m，所
2、以狭义的地球表面的厚度，一般不超过200300m，但这却正是生物和人类活动最为集中也最为活跃的场所。二、地质学二、地质学l是关于地球的物质组成、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史的知识体系。地质学的研究对象，包括地球的内、外圈层，矿物和岩石，地层和古生物，以及地质构造和地质作用等等。l由于观察和研究条件的限制，在现阶段仍主要是研究岩石圈，此外，也涉及大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈以下更深的部位，甚至也包括某些地外物质。l地质学的分支学科大体可分为两类。第一类是探讨基本事实和原理的基础学科，由这些基础学科与生产或其它学科结合而形成的学科，则构成地质学的第二类分支学科。l第一类有矿物
3、学、岩石学、矿床地质学、地球化学、动力地质学、构造地质学、地貌学、地质力学、古生物学、地层学、古地理学、地质年代学和区域地质学等。此外，还有着眼于天体研究的行星地质学、天文地质学等等。着眼于地球深部的研究，则是刚刚开拓的新领域。l第二类有水文地质学、工程地质学、环境地质学、灾害地质学、金属矿产地质学、非金属矿产地质学、石油地质学、煤地质学、找矿勘探地质学和矿山地质学等。三、固体地球物理学三、固体地球物理学l地球物理学是地质学与物理学之间的边缘学科，它研究的是各种地球物理场和地球的物理性质、结构、形成及其中发生的各种物理过程。l广义的地球物理学，除研究地球的固体部分外，还包括对水圈和大气圈的研究
4、。因为海洋科学、水文科学和大气科学业已各自发展成为独立学科，于是，致力于研究地球固体部分宏观物理学现象的分支，便成为狭义的地球物理学，或直接称为固体地球物理学。四、大气科学四、大气科学l是研究大气的各种现象及人类活动对它的影响，这些现象的演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门综合性学科。它的研究对象，主要是覆盖整个地球的大气圈，此外，也研究太阳系其它行星的大气。五、海洋科学五、海洋科学l参见1.1.2 及1.2 和1.3。六、水文科学六、水文科学l是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系。l水文科学研究的对象，包括从陆地表面的水到地下的水
5、，广义地说，也包括从大气中的水到海洋中的水，以及对水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系的研究。七、相关学科(一)环境科学(二)测绘学1.1.2 海洋科学l海洋科学是研究地球上海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及和开发与利用海洋有关的知识体系。l它的研究对象，既有占地球表面近71的海洋，其中包括海洋中的水以及溶解或悬浮于海水中的物质，生存于海洋中的生物；也有海洋底边界-海洋沉积和海底岩石圈，以及海洋侧边界-河口、海岸带，还有海洋的上边界-海面上的大气边界层等等。l它的研究内容，既有海水的运动规律、海洋中的物理、化学、生物、地质过程，及其相互作用的基础理论，也包括海洋资源开发、利
6、用以及有关海洋军事活动所迫切需要的应用研究。一、海洋科学研究的对象及特点一、海洋科学研究的对象及特点l海洋科学研究的对象是世界海洋及与之密切相关联的大气圈、岩石圈、生物圈。它们至少有如下的明显特点。l首先是特殊性与复杂性。在太阳系中，除地球之外，尚未发现其它星球上有海洋。l全球海洋的总面积约3.6108km2，是陆地面积的2.5 倍。在总体积13.7108km3 的海水中，水占96.5。l水与其它液态物质相比，具有许多独特的物理性质，如极大的比热容、介电常数和溶解能力，极小的粘滞性和压缩性等。l海水由于溶解了多种物质，性质因而更特殊，这不仅影响着海水自身的理化性质，而且导致海洋生物与陆地生物的
7、诸多迥异。l其次，作为一个物理系统，海洋中水-汽-冰三态的转化无时无刻不在进行，这也是在其它星球上所未发现的。海洋每年蒸发约44108t 淡水，可使大气水分10-15 天完成一次更新，势必影响海水密度等诸多物理性质的分布与变化，并进而制约海水的运动以及海洋水团的形成与长消。l第三，海洋作为一个自然系统，具有多层次耦合的特点。l地球海洋充满了各种矛盾，如海陆分布不均、海洋的连通与阻隔。海洋水平尺度逾数万千米，而铅直水深只有3795m，两者差别悬殊。其它如蒸发与降水，结冰与融冰，海水的增温与降温，下沉与上升，物质的溶解与析出，沉降与悬浮，淤积与冲刷，海侵与海退，潮位的涨落，波浪的生消，大陆的裂离与
8、聚合，大洋地壳的扩张与潜没，海洋生态系平衡的维系与破坏等，共同组成了这个复杂的统一体。l这个统一体可以分成许多子系统，而许多子系统之间，如海洋与大气，海水与海岸、海底，海洋与生物及化学过程等等，大都有相互耦合关系，并且与全球构造运动以及某些天文因素等密切相关。这些自然过程通过各种形式的能量或物质循环，相互影响和制约，从而结合在一起构成了一个全球规模的、多层次的复杂的海洋自然系统。l海洋科学的任务，就是借助现场观测、物理实验和数值实验手段，通过分析、综合、归纳、演绎及科学抽象等方法，研究这一系统的结构和功能，以便认识海洋，揭示规律，既可使之服务于人类，又能保证可持续发展。l海洋科学研究也有其显著
9、的特点。l首先，它明显地依赖于直接的观测。这些观测应该是在自然条件下进行长期的，且最好是周密计划的、连续的、系统而多层次的、有区域代表性的海洋考察。l其次是信息论、控制论、系统论等方法在海洋科学研究中越来越显示其作用。l这是因为，实施直接的海洋观测，既艰苦危险、耗资费时，且获取的信息再多，若相对于海洋整体和全局而言仍属局部和片断，据此而直接研究海洋现象、过程与动态，显然仍是远远不够的。l第三，学科分支细化与相互交叉、渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日趋明显。二、海洋科学的分支二、海洋科学的分支l海洋科学体系既有基础性科学，也有应用与技术研究，还包括管理与开发的研究。l属于基础性科学的分支学科
10、包括物理海洋学、化学海洋学、生物海洋学、海洋地质学、环境海洋学、海气相互作用以及区域海洋学等。l属于应用与技术研究的分支有卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、航海海洋学、海洋声学、光学与遥感探测技术、海洋生物技术、海洋环境预报以及工程环境海洋学等。l管理、开发研究方面的分支有海洋资源、海洋环境功能区划、海洋法学、海洋监测与环境评价、海洋污染治理、海域管理等。1.2 海洋科学的发展史l海洋科学的发展史可分为三大阶段。1.2.1 海洋知识的积累与早期的观测、研究(18 世纪以前)1.2.2 海洋科学的奠基与形成(19-20 世纪中叶)l这一时期的特点，既表现在海洋探险逐渐转向为对海洋的综合考察，更
11、重要的标志是海洋研究的深化、成果的众多和理论体系的形成:l海洋调查：l达尔文随“贝格尔”号1831-1836 年的环球探险；l英国人罗斯1839-1843 年的环南极探险；l英国“挑战者”号1872-1876 年的环球航行考察，被认为是现代海洋学研究的真正开始。l研究成果：英国人福布斯在19 世纪40-50 年代出版了海产生物分布图和欧洲海的自然史，美国人莫里1855 年出版海洋自然地理学，英国人达尔文1859 年出版物种起源，它们分别被誉为海洋生态学、近代海洋学和进化论的经典著作。l在海洋化学方面，迪特玛1884年证实了海水主要溶解成分的恒比关系。在海流研究方面，1903 年桑德斯特朗和海兰
12、-汉森提出了深海海流的动力计算方法，1905 年埃克曼提出了漂流理论。l海洋地质学方面，默里于1891 年出版了深海沉积一书。斯韦尔德鲁普、约翰逊和福莱明合著了海洋一书，对此前的海洋科学的发展和研究给出了全面、系统而深入的总结，被誉为海洋科学建立的标志。l研究机构：1925 年和1930 年，美国先后建立了斯克里普斯和伍兹霍尔两个海洋研究所；1946 年苏联科学院海洋研究所成立；1949 年英国成立国立海洋研究所等等。l1.2.3 现代海洋科学时期现代海洋科学时期(20 世纪中叶至今世纪中叶至今)l二战后进入现代海洋科学的新时期。l这一时期，相继成立了多个国际海洋科学组织，海洋国际合作调查研究
13、更大规模地展开。l这期间各国政府对海洋科学研究的投资大幅度地增加，研究船的数量成倍增长，设备更加先进。如气象卫星、海洋卫星、水下机器人等。l海底热泉的发现，使海洋生物学和海洋地球化学获得新的启示。1.2.4 海洋科学的未来海洋科学的未来l21 世纪为“海洋科学的新世纪”1.3 中国的海洋科学1.3.1 历史的贡献历史的贡献l公元前4世纪时，中国先民已能在所有邻海上航行。指南针至少在1500 年前就用于航海。l汉朝，中国的海路通东亚日本、南亚印尼、斯里兰卡和印度，甚至远达罗马帝国。l公元1405-1433 年，郑和先后率船队七下“西洋。l公元前11 世纪的“诗经”及公元前2 世纪的尔雅中就有海洋
14、知识的记载。l宋代，已开始养殖珍珠贝。1.3.2 艰难的历程艰难的历程l中国封建社会的长期闭关锁国，严重阻碍了海洋科学的发展。鸦片战争后，国海洋科学处境更为艰难。进入20 世纪之后，才陆续成立中国地学会、中国科学社，开展一些海洋研究。抗战时期研究工作大都停顿，抗战胜利后的1946 年，山东大学、厦门大学和台湾大学分别创立了海洋研究所，厦门大学还建立了海洋学系。1.3.3 美好的前景美好的前景l新中国 成立后，1950 年8 月在青岛设立了中国科学院海洋生物研究室，1959 年扩建为海洋研究所。1952 年厦门大学海洋系理化部北迁青岛，与山东大学海洋研究所合并成立了山东大学海洋系。1959 年在
15、青岛建立山东海洋学院，1988 年更名为青岛海洋大学，后更名为中国海洋大学。1964 年建立了国家海洋局。此后又建立了大批海洋科学研究机构，分别隶属于中科院、教育部、海洋局、农业部等，形成了强有力的科研技术队伍。l中国于1958-1960年才进行了近海较大规模的综合调查，1976 年第一次赴太平洋中部调查，落后了上百年。而此后1984 年首次派出南极考察队且以后每年派出；1985 -1989 年间建成南极长城站和中山站；1991 年2 月联合国国际海底管理局批准中国申请太平洋国际海底矿区15104km2；1995 年5 月中国首次远征北极科学考察队到达北极点。l中国国土的海域面积相当于陆地面积的1/3。中国海洋21 世纪议程对海洋领域给予高度重视，“九五”国家科技攻关计划中，也列入了海洋高技术研究开发的项目。l国家委以重任，人民寄以热望，发展海洋科学，任重而道远。
