海洋科学专业调研情况及感想.docx
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1、关于海洋科学专业调查情况和感想海洋科学专业培养具备海洋科学的基本理论、基础知识和 基本技能,能在海洋科学及相关领域从事科研、教学、管理及 技术工作的高级专门人才。本专业学生具有坚实的数学、物理 学及海洋科学方面的基本理论和基本知识,受到海洋科学研究 方面的基本训练,掌握海洋科学基本调查方法和实验技能,具 有从事海洋调查和海洋科学研究的基本能力。海洋科学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律,以及与 开发利用海洋有关的知识体系。它的研究对象是占地球表面 71的海洋,包括海水、溶解和悬浮于海水中的物质、生活于 海洋中的生物、海底沉积和海底岩石圈,以及海面上的大气边 界层和河口海岸带。因此,海洋科学
2、是地球科学的重要组成部 分,它与物理学、化学、生物学、地质学以及大气科学、水文 科学等密切相关。海洋科学的研究领域十分广泛,其主要内容 包括对于海洋中的物理、化学、生物和地质过程的基础研究, 和面向海洋资源开发利用以及海上军事活动等的应用研究。由 于海洋本身的整体性、海洋中各种自然过程相互作用的复杂性 和主要研究方法、手段的共同性而统一起来,使海洋科学成为 一门综合性很强的科学。海洋科学是 19世纪40年代以来出现 的一门学科。海洋科学专业实际是在物理学、化学、生物学、 地理学背景下发展起来的,形成了海洋气象学、物理海洋学、 海洋化学、海洋生物学和海洋地质学等专业,许多大学在多年 来专业背景教
3、育基础上积累的丰富经验为海洋科学教育打下了 良好的基础。中国海洋科学教育始于 20世纪20年代,几十年来为国家 培养了许多在国内外有较大影响的科学家和海洋科学研究人 才,并在国内外产生了一定的影响。 20 年代初期,一些学者在 厦门大学举办暑期海洋生物讲习班,开展海洋生物学研究。1946 年中国第一个海洋学系在厦门大学成立,同年成立了中国海洋研究所。1952 年全国高校院系调整,厦门大学海洋系部分专业 并入山东大学水产系,部分专业并入原大连海运学院和上海海 运学院。这一阶段是学科创建和探索阶段,科学的涵盖面很窄, 实际上只有航海和海洋生物学两个专业,主要培养航海和水产 方面的应用型人才以及少量
4、的海洋生物学方面人才。1958 年, 在原山东大学水产系的基础上组建了山东海洋学院(现中国海 洋大学前身)。国家对海洋科学教育给予了很大的重视,中国 从 20 世纪 50 年代中期开始有了海洋生物学、海洋化学、海洋 物理学和海洋地质学的专业教育。50 年代中国开始少量招收海 洋科学类研究生,70 年代末期开始全面招收研究生,80年代开 始招收博士研究生。经过这一时期的发展,海洋学系已形成了 较完善的教学体系,学科涵盖了海洋科学的所有二级学科一一 物理海洋学、海洋物理学、海洋生物学、海洋化学、海洋地质 学和海洋气象学。这一时期本科教育的目标是培养基础性研究 人才。90年代中期以后,由于海洋事业的
5、发展,海洋科学专业 教育在中国形成了一个高潮。在太阳系的行星中,地球处于“得天独厚”的位臵。地球的大 小和质量、地球与太阳的距离、地球的绕日运行轨道以及自转 周期等因素相互的作用和良好配合,使得地球表面大部分区域 的平均温度适中(约15D,以致它的表面同时存在着三种状 态(液态、固态和气态)的水,而且地球上的水绝大部分是以 液态海水的形式汇聚于海洋之中,形成一个全球规模的含盐水 体世界大洋。地球是太阳系中惟一拥有海洋的星球。因此, 我们的地球又称为“水的行星”。全球海洋总面积约 3.6 亿平方公里,约占地表总面积的 71,相当于陆地面积的 2.5倍。全球海洋的平均深度约 3800 米,最大深度
6、 11034 米,太平洋、大西洋和印度洋的主体部分, 平均深度都超过4000米。全球海洋的容积约为 13.7亿立方公 里,相当于地球总水量的 97以上。假设地球的地壳是一个平 坦光滑的球面,那么地球便成为一个表面被 2600多米深的海水 所覆盖的“水球”。世界海洋每年约有 50.5 万立方公里的海水 在太阳辐射作用下被蒸发,向大气供应 87.5的水汽。每年从 陆地上被蒸发的淡水仅有 7.2 万立方公里,约占大气中水汽总 量的 12.5。从海洋或陆地蒸发的水汽上升凝结后,又作为雨 或雪降落在海洋和陆地上。陆地上每年约有 4.7 万立方公里的 水在重力的作用下,或沿地面注入河流,或渗入土壤形成地下
7、 水,最终注入海洋,从而构成了地球上周而复始的水文循环。海水是一种含有多种溶解盐类的水溶液。在海水中,水占 96.5左右,其余则主要是各种各样的溶解盐类和矿物,还有 来自大气中的氧、二氧化碳和氮等溶解气体。世界海洋的平均 含盐量约为3. 5%。而世界大洋的总盐量约为48 x 1015吨。假 若将全球海水里的盐分全部提炼出来,均匀地铺在地球表面上, 便会形成厚约 40 米的盐层。目前在海水中已发现的化学元素超 出8 0种。组成海水的化学元素,除了构成水的氢和氧以外,绝大 部分呈离子状态,主要有氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、 锶、硼、氟等1 1 种,它们占海水中全部溶解元素含量的 99%; 其余
8、的元素含量甚微,称为海水微量元素。溶解于海水中的氧、 二氧化碳等气体,以及磷、氮、硅等营养盐元素,对海洋生物 的生存极为重要。海水中的溶解物质不仅影响着海水的物理化 学特征,而且也为海洋生物提供了营养物质和生态环境。海洋 对于生命具有特别重要的意义。海水中主要元素的含量和组成, 与许多低等动物的体液几乎一致,而一些陆地高等动物甚至人 的血清所含的元素成分也与海水类似。研究证明,地球上的生 命起源于海洋,而且绝大多数动物的门类生活在海洋中。在陆 地上,生物集中栖息在地表上下数十米的范围内;可是在海洋中 生物栖息范围可深达1 万米。因此,研究生命起源的学者把海 洋称作“生命的摇篮”。海洋作为地球水
9、圈的重要组成部分,同大气圈、岩石圈以 及生物圈相互依存,相互作用,成为控制地球表面的环境和生 命特征的一个基本环节,并具有下面一些特征:第一,海洋是大气-海洋系统的重要组成部分。由于水具有 很高的热容量,因此世界海洋是大气中水汽和热量的重要来源, 并参与整个地表物质和能量平衡过程,成为地球上太阳辐射能 的一个巨大的储存器。在同一纬度上,由于海陆反射率的固有差 异,海面单位面积所吸收的太阳辐射能约比陆地多2550%。 因此,全球大洋表层海水的年平均温度要比全球陆地上的平均 温度约高10C。由于太阳辐射能在地球表面上分布的固有差 异,赤道附近的水温显著地高于高纬度海区,因此,在海洋中导 致暖流从赤
10、道流向高纬度、寒流从高纬度流向赤道的大尺度循 环。从而引起能量重新分布,使得赤道地区和两极的气候不致 过分悬殊。海面在吸收太阳辐射能的同时,还有蒸发过程。海 水的汽化热很高,蒸发时便消耗大量热量。反之,在水汽受冷 凝结时又会释放出相同的热量。因此,海水的蒸发既是物质状 态的转化,也是能量状态的转化。海面蒸发产生的大量水汽, 可被大气环流及其他局部空气运动携带至数千公里以外,重新 凝结成雨雪降落到所有大陆的表面,成为地球表面淡水的源泉, 从而参与地表的水文循环,参与整个地表的物质和能量平衡过 程。由此可见,海洋对全球天气和气候的形成,以至地球表面 形态的塑造都有深远的影响。全球尺度的海洋-大气相
11、互作用,不仅可以在几个月、几年 内对地球上气候带来影响,而且可以在漫长的地质时期中导致 显著的气候变异。地球表面的水,除海水以外,约有 2%被束 缚在固体水(冰)中,这也就是今天的南极洲和格陵兰等冰川。 海洋-大气相互作用和气候演变,可以通过海平面的高度和冰川 体积的变化显示出来。地质学研究表明,在地球最近所经历的 1 0亿年中,地球表面的水量是近似恒定的。由此可以推知,假 若现代冰川全部融化则海平面将升高约 60米。这对于人类无疑 将是一场巨大的灾难。事实上,在地质时期中,曾出现过大陆 冰川发展和融化的多次交替,每次交替都影响地球的气候、大 气环流和水文循环,引起生物的大调整。据地质学和古地
12、理学 的考察,在第四纪最大的冰期中,冰川的体积 3 倍于现代冰川, 海平面则平均低于现代海平面约 130 米,露出了大部分大陆架。 基于这些观测事实,目前对地球气候长期变异过程已建立多种 “冰川-海洋-大气”系统的相互作用模型,并从数值上模拟出 接近观测事实的结果。这种模拟结果大体同根据更新世地质、 古地理资料复原的气候演变相符。第二,海洋是地球表面有机界与无机界相互转化的一个重要 环节。地球上存在着一个很薄的“生物圈”,它集中在地球表 面三种形态的水的交界面附近。地球上这个有生命的物质圈层 之所以能够产生、进化并延续下去,是依靠大规模的物质和能 量转化以及有机物质和无机物质的相互转化。而这些
13、物质和能 量的循环与转化过程的方式和强度,在迄今已知的星球中也是 独一无二的。否则,我们赖以生存的地球将如同已知没有发现 生命现象的星球一样,只能是一个死寂的世界。海洋中的动物约1620万种,植物约1万多种。海洋中的 生物,如同整个生物圈中的生物一样,绝大多数直接地或间接 地依赖于光合作用而生存。在地球上,植物的光合作用能将无 机物直接转化为有机物,从而将太阳辐射能转化为化学能。动 物是不进行光合作用的,基本上依赖于消耗植物(直接或间接) 而生存繁衍。假若植物的光合作用过程一旦中止,则绝大多数 的动物就有灭绝的可能。这样,由海洋光合植物、食植性动物 和食肉性动物逐级依赖和制约,组成了海洋食物链
14、在这链的 每一个环节,都有物质和能量的转化,包括真菌和细菌对动植 物尸体的分解作用,把有机物转化为无机物。于是,由植物、 动物、细菌、真菌以及与之有关的非生命环境组成一个将有机 界与无机界联系起来的系统,即通常所说的海洋生态系。这个 系统的状态,通常可用两类指标来描述:一类是静态指标, 如生 物量等;另一类是动态指标, 如生产力等。根据有的学者估算, 海洋的总生物量约为3x1010吨,只有陆地总生物量的1/200 左右,如按干重计算则仅相当于陆地总生物量的 1/350。但是, 就生产率而论,海洋却同陆地大体相当(海洋为4.3 x 1011吨/ 年,陆地为4. 5 x 1011吨/年);更值得
15、注意的是,海洋有机物 质的相对生产率(即生产力与生物量之比值)远高于陆地,两者 之比相差200多倍。这是因为海洋中有机物质的生产者主要是 单细胞生物,而陆地上有机物质的生产者主要是多细胞生物。第三,海洋作为一个物理系统,其中发生着各种不同类型 和不同尺度的海水运动和过程,对于海洋中的生物、化学和地 质过程有着显著的影响。海水运动按其成因,大致分为:海水 密度变化产生的“热盐”运动,如海面蒸发、冷却和结冰,以及 海水混合等,使海水密度增大而下沉,并下沉至与其密度相同 的等密度面或海底作水平运动;海面风应力驱动形成的风生 运动,如风海流和风生环流等; 天体引力作用产生的潮汐运 动; 海水运动速度切
16、变产生的湍流运动; 各种扰动产生的 波动,如风浪、惯性波和行星波等。而海洋中的各种物理过程, 通常除了按其物理本质分为力学、热学、声学、光学和电磁学 等过程以外,一般按其特征空间尺度(或特征波数,主要是水 平特征空间尺度或波数)和特征时间尺度(或特征频率),大 致分为小尺度过程、中尺度过程和大尺度过程。其中,小尺度 过程主要包括:小尺度各向同性湍流,海水层结的细微结构、 声波、表面张力波、表面重力波和重力内波;中尺度过程主要包 括:惯性波、潮波、海洋锋、中尺度涡或行星波;大尺度过程主 要包括:海况的季节变化、大洋环流、海水层结的纬向不均匀 性和热-盐环流等。海洋是生物的生存环境,海水运动等物理
17、过程会导致生物环境的改变。因此,不同的流系、水团具 有不同的生物区系和不同的生物群落。海水运动或波动是海洋 中的溶解物质、悬浮物和海底沉积物搬运的重要动力因素,因 此,海洋中化学元素的分布和海洋沉积,以及海岸地貌的塑造 过程都是不能脱离海洋动力环境的。反过来,海水的运动状况 也与特定的地理环境、化学环境有关。这就是海洋自然环境的 统一性的具体表现。第四,大洋地壳作为全球地壳的一个结构单元,具有不同 于大陆地壳的一系列特点。陆壳较轻、较厚,比较古老;洋壳 较重、较薄(缺失花岗岩层),相对年轻。在地壳的均衡作用 下,陆壳质轻而浮起,洋壳质重而深陷。地球之所以存在着如 此深广的海洋,是与洋壳的物质组
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