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海洋科学及海洋法 -A10机械1班冯小龙在进入21世纪后的十几年里，国际海洋地质学界关注的问题是从“全球变化”这个层面，探索人类活动之前的地质时期，或宇宙范围内的地球自然环境变化周期和发展趋势。揭示地球系统在漫长的地质演化过程中，水圈与其他圈层的内部反馈机理以及相互作用，预测地球未来的环境变化趋势。科学家们将从以下几个方面进行海洋科学研究。地质学地球板块构造和地球构造仍然是海洋地球物理学家们关注的课题。在过去的几十年里，人们花费了大量人力、物力，对新的地球板块构造理论进行论证。其研究领域多集中在大洋地壳、被动陆缘和主动陆缘等方面。从早先的大陆漂移说，海底扩张说等基础，发展成了板块构造理论，并为今天大多数科学家所接受。现在人们关心的问题是，关于板块运动的驱动力的作用方式和内在机理，或者说，造成板块运动的驱动力受哪些因素影响？板块的刚性程度、板块动力学以及相关的地质作用是什么？其发展过程又是如何进行的？ 20世纪70年代后、80年代初，科学家们提出地体构造理论。随后，各国地质学家、海洋地质学家，相继发现许多性质不同的地体组成。例如，地层地体、破裂地体、变质地体和复合地体等。虽然，地体本身或各地体之间产生断裂、漂移、碰撞和增生等不同演化过程，但是，人们有理由相信，地体构造乃是现代板块构造学说的重要组成部分。关于板块构造的驱动力问题，多数学者赞同是地幔对流及其与岩石圈的相互作用，但是，在具体的对流性质、规模、板块运动方式等，仍存在较大分歧。特别是对已经提出来的“浅对流模式”和上下地幔分别存在的对流形式-“双层对流模式”等论点，由于论据不足，产生争议。 人们更为关注地壳构造和沉积史及俯冲史，包括被动陆缘热矿史等方面的研究。希望解决的问题是，被动陆缘底下地壳的性质如何确定？在大陆产生分离之前，是否会出现过地壳拱起、扩张、断裂等地质现象？出现的性质和时间如何确定？被动陆缘下的地壳是否是从大陆地壳演化而来的？大陆分离后立即形成的大洋地壳是否与海底扩张的稳定期形成的大洋地壳不同？被动陆缘如何随时间的推移而上下运动？它们又是如何影响沉积过程、沉积物的热状冷状史？被动陆缘块状滑动过程和模式是什么？从减少灾害的角度看，人们关心，深海沟与岛弧之间地带的构造形式，火山弧与深海沟之间地带的上下垂直运动，孔隙水在俯冲过程中的作用是什么？弧后盆地的直接或间接成因？ 古海洋学呈现快速发展势头。古海洋学是20世纪70年代后产生的新学科，主要是把大洋水体的变迁作为研究对象。在海洋系统中，依靠海洋沉积，研究过去海水与水团、海水化学和海洋生产力、生物地理等方面的演化规律，讨论它们对全球大气和大陆环境的影响。目前，国际古海洋学界正积极投入“全球变化”的研究，其研究的重点是探索人类活动以前或地球以外的全球自然环境变化的周期和趋势。进入20世纪90年代以后，古海洋学已经被许多国际组织列为海洋地质学的重要内容。由于古海洋学本身固有的学科多，有跨学科性质，能建立探索机制模式等特点，与“全球变化”的总研究目标十分吻合，已成为“过去全球变化”、“全球海洋通量计划”等核心研究项的重要组成部分。 关注大洋热液循环研究课题。20世纪70年代后，通过载人深潜器等，人们对太平洋和大西洋的若干洋底进行调查。人们陆续发现几个大的洋底热泉区。热泉区的发现，表明洋底热液活动对大洋地壳、沉积物和海水的地球化学研究，起着十分重要的作用。同时，也为海底扩张理论，提供了重要科学依据。洋底热液是含量极高的热液矿床。这一发现，立即引起学术界和工业界的极大兴起。毫无疑问，洋底热泉将有可能成为未来的矿藏，为21纪人类开采矿藏提供了新的可能。人们在洋底热泉区的周围，发现大量的特殊生物区系，以及高温缺氧条件下，海水中有极高浓度的有机物，也就是类似原生生命体的细菌。科学家们称，洋底热泉好像是一片生命的绿洲。地质学家们为此设想，洋底热泉的环境，酷似前寒武纪早期生命诞生时的环境。如果这一命题能够成立，那么，它将为地球生命地源研究提出很多新研究课题。洋底热泉中还有高浓度的化学物质，例如，硅和钙等。这就提出一个课题，如果热泉水中溶解的二氧化硅的测量值有代表性的话，那么，硅可能是由热液过程以与大陆侵蚀过程相同的速率进入大洋的。假如这个推断能够成立，这对于估算在过去2亿年中，大洋化学收支平衡具有十分重要的意义。这个过程，应当与海底扩张的速率有某种关系。 海洋沉积学已经形成，并发挥巨大作用。在全球变化研究中，人们采用比较沉积学、碳酸盐浊流沉积和事件沉积进行研究，取得丰硕成果。例如，确定了第四纪以来的海面变化，特别是渐新世以来变化的可比性。资料显示，它与全球气候的变化曲线有某种一致性。再如，对灾变事件研究表明，灾变事件对沉积物的影响，要比长期正常沉积作用大许多。20世纪80年代后，幕式沉积研究和现代灾变理论逐渐引入沉积学。陆架沉积动力学研究重点，开始转向事件沉积学的研究，特别是旋回和事件沉积在陆架沉积层中的作用和地位，愈显重要。大洋沉积物具有明显的韵律性和旋回性，它反映出一系列交替的气候状况。这与人们普遍关心的海平面变化有直接的关系。大陆及其边缘地带的显生代沉积地层资料，反映了全球海平面的变化。地质时期全球海平面变化范围在几十米到几百米之间。研究表明，长期的海平面变化，可能与洋盆体积变化有直接关系，而短时期的海平面变化，则是由气候因素引起的。显然，海平面变化的确切原因，应该说还没有完全为人们所认识。在南大洋进行的若干深海钻探获得大量资料信息，使人们对南极大陆及其周围的古气候演变过程有初步了解。但是，当南极冰川在第三纪中期发生大量扩展时，北半球的冰川并不存在。这种极大的反差，让地质学家们百思不得其解。这是大自然给人们设置的一道课题。1海洋生命海水是一种包括着无机物、有机物和多种化学成分的复杂溶液。海水中常量元素占总量的99%以上。海水是电中型的，其中正负离子的浓度相等。海水中主要元素组成之比值大体上恒定不变。海水化学组成的主要由元素的全球循环、海洋中几大化学作用（酸-碱、沉淀-溶解、氧化-还原、生物地球化学、络合、液体-固体、海洋-大气等界面作用）控制。人们预料，地球上所发现的92种自然元素种类都能在海水中找到。到目前为止，在海洋中发现的化学元素约为80余种。其中组成水的元素(氢和氧)含量最高，其他为溶解的无机盐分。这些成分大致划分为三类：主要成分、营养元素、微量元素。营养元素（营养盐、生源要素）：主要是与海洋植物生长有关的要素，通常是指N、P及Si等。这些要素在海水中的含量经常受到植物活动的影响，其含量很低时，会限制植物的正常生长，所以这些要素对生物有重要意义。海水中的80多种元素，含量大于1毫克/升的只有14种。由这14种元素组成的盐分占海水总盐分的99.9%。除氧、氮、硅外的11种成分称为常量元素。14种元素组成的盐分占海水总盐分的99.9%。这些成分比较稳定，又称为保守成分。与海洋生物过程有关元素，习惯上主要指氮、磷、硅等。这些元素在海水中的含量主要受生物过程的控制，当它们的含量很小时，会影响植物的正常生长。在海水中，氮与磷的比值是15：1，十分接近它们在生物软体组织中的比例。硅，被一些生物浮游用于建造它们的骨骼，如浮游植物的硅藻，和浮游动物的放射虫。这些生物的硅质骨骼是非结晶体，并且是水合物形式：SiO2.nH2O，又被称为蛋白石。炭和钙也是生物不可缺少的营养元素。许多浮游的动植物用这两种元素建造它们的钙质骨骼，如浮游超微植物颗石藻，和浮游动物有孔虫。 炭元素还用于生物的软体。营养元素在海水中的垂直分布特点：1000米左右向上为逐渐减少或亏空,1000米左右向下变化较少。 原因：营养元素在海水透光带被那里的浮游动植物充分利用，它们在这个深度海水中的含量很低，甚至是亏空了。当生物死后在往海水深处下沉过程中， 细菌分解了它们的软体组织,释放出了氮,磷。而硅质骨骼在较深的水中逐渐被溶解还原。因此氮、磷、硅的含量在较深的水中增大。2海洋物理1.光学。光学包括实验和理论两方面。实验方面主要运用现场和实验室的测量方法进行海洋光学性质的研究。可见光波段是能透入海中的电磁波的主要波段，其传播规律决定于海洋水体的散射和吸收等性质。各海区的光学性质和海洋水体的组分密切相关，因此海洋光学调查是研究区域海洋光学性质的主要手段。在理论研究方面，海洋辐射传递理论是海洋光学的主要理论基础，从辐射传递方程出发，主要运用随机模拟方法和蒙特卡罗法，建立各种辐射传递模型，包括分层结构海洋水体、均匀海洋水体、海洋大气系统、窄光束水中传输等模型，再选择水质稳定的海区进行海中辐射场的精确测定，研究其变化规律。 主要研究日光射入海洋后，经过辐射传递过程所产生的、由海洋表层向上的光谱辐射场。它是光学遥感探测海洋的主要信息来源，是建立光学海洋遥感模型的重要依据（见海面向上光辐射）。 主要研究水中的视程和图象在水中的传输问题。由海洋辐射传递方程出发，可导出水中对比度传输方程和水中图象传输方程，用以研究水中的图象系统（见水中能见度）。 主要研究激光在水中受到的散射、吸收及其所遵循的传输过程。70年代以后对海水激光荧光和海水受激拉曼散射的研究，为激光测水深、海水的化学分析和海洋的温度、盐度按深度的分布，打下了基础。32.声学。海水由于受太阳辐射加热和风力搅拌等的影响，其温度的垂直分布一般呈分层结构，加上压力的影响，使海洋中的声速呈垂直分布。从声速最低的地方发射的声波，由于上下层的声速不同而发生折射，反映声波传播途径的声线，总是弯向声速最低的地方。大部分声波在海水中经过这样的往复弯曲折射，而不与海面和海底接触，故能量损失很小，这种现象称为声道现象，声速最低的地方称为声道轴。 低频声波在声道中能传播到很远的地方，例如一千克TNT炸药的爆炸声，能在声道中传播一万公里以上，故可以利用声道的这种特性，传送失事的飞机和船只的呼救信号，监测水下的地震、火山爆发和海啸等。 风浪的搅拌，使表层海水形成等温层。其中的静压力，使声速随深度的增加而略有增加。等温层内自声源出发的声线总是弯曲向上，经海面反射而向前传播，也可以传播到较远的地方，称为表面声道。 在无风浪搅拌的条件下，表层海水经日光照晒，往往出现上层的温度和声速都比下层高的情况，使声速呈负梯度的垂直分布。在这种情况下，声波传播的曲线，总是弯曲向下，在声能达不到的地方产生声影区。另外，如果海比较浅，则声线会碰到海底。由于海底的反射损失大，声能衰减很大，因此不能传播得很远。 海底对声波传播的影响很大，所以声在浅海中的传播特征主要依赖于海底的反射本领。海底对声波的反射损失，与海底物质的密度、声速和声波的入射角有关。一般说来，海底的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小；声波频率愈高，海底的反射损失愈大。 声波在海水中传播时，由于介质的热传导和粘滞性，使部分声能被吸收而转化为热能。在声波作用下，水分子的结构有从比较松散变得比较紧密的弛豫过程，使海水对声的吸收量增加。对频率更低的声波而言，其声能的衰减是由于湍流引起的声散射所造成的，海中的气泡、海洋生物和悬浮体，都会散射和反射声波。 散射或反射系数与物体的大小、介质和结构有关，不同的物体有不同的散射频率响应。海中存在由生物体构成的、能强烈散射声波的深海散射层，它们遍布各大洋，往往分成几层，其深度随昼夜和季节不同而变化，这反映了生物的趋光性。海底底质的不均匀和不平整，也会增加声波的散射。 声波受波动海面的反射，或者穿过温度呈微观不均匀的水团时，其信号强度和相位都会发生起伏。海洋内波对声的传播影响很大，会引起声波大幅度的缓慢起伏。由于海面波浪、涡流、海洋生物发声，水下火山爆发或地震，海水分子的热运动和航船来往等原因，使海洋中存在噪声，它是声呐的一种强干扰。 利用海洋水文要素对声传播的影响，可以反推海洋的特性，这是海洋声学的重要课题。海水中的温度、盐度、压力和流速，都影响着海水中的声速。声波在海流中传播时，顺流则声速增加，逆流则反之。利用这种现象，在两定点之间相对发出声信号，测量声波到达的时间差，就可以求得海水的流速。在若干点之间进行这种测量，可以监视海洋中的中尺度涡等现象，这是声学遥测的重要方法，称为海洋声学层析术。 水中的悬浮体，随着水流而运动，故应用声学技术观察这种散射体的运动，就可以了解海水的运动情况。利用这种方法，还可以观察内波的规律，了解沉积物的搬运情况，也可以测量海水的流速。此外，利用声波起伏规律来研究内波谱的方法，已很受重视；利用深海散射层的散射频率响应，可以进行深海生物的区系划分，其结果和一般的区系划分一致；利用鱼类对声波的散射和反射，可以探测鱼群和了解鱼类资源的分布。 由波浪产生的5005000赫的噪声，与海面的风级和海况有关。利用此频率的噪声，可以监测海面的风级和海况。利用海啸产生的水下噪声，可以预报海啸。海洋生物发出的声音，与其种类和生活状态有关。监听这种声音的特征以区分生物的种类，可以掌握其生活规律，为研究渔业资源提供信息。此外，有可能利用声信号控制海洋生物的活动，以满足人类的需要。 在海洋开发中，声技术是勘探海底唯一有效的手段，广泛应用的地震勘探仪便是声技术应用的一例。海底的界面不平整，底质内部的颗粒大小不一，以及分层和水千方向的不均匀性，都影响着声波的散射和反射。使用高频窄水平波束的测扫声呐，可以得出海底凸出部分对声波的强烈散射和凹下部分的声阴影区所构成的地貌声图。 海底沉积物一般都是分层的。因各层的声学特性不同，故可以利用声学方法测定海底沉积物的分层情况和各层中的声速。常用的方法有折射法和反射法，对于较浅的沉积层，也可以用浅地层剖面仪进行测量。 利用声学遥感技术对海底的底质进行分类的工作，已得到迅速发展。它与最新的微电子学、微计算机和换能技术结合，广泛用于水文、地质、地貌和生物等领域的测量，并用于水下定位、导航、通信、遥控、遥测等各方面，在海洋调查和海洋开发中起着重要的作用。 声学技术的广泛应用，需要更深入地研究声波在海中的传播规律，研究温度、盐度、风浪、海流、内波、海底类型和海中悬浮物等因素对声波传播的影响，以便更好地获取和识别声信号。声波在深海中的传播规律，已有系统的理论，但在浅海中传播时，由于海底和水文条件的多变性，理论计算很困难，应用了电子计算技术之后，一些相当复杂的浅海传播问题，已得到初步解决。 海洋声学的实验规模较大，除依靠调查船外，已大量采用浮标和固定岸站来完成，有些实验因耗资过大，往往需要几个国家联合进行。当前利用电子计算机，把从发射到接收声波的过程中的波形的变化，反推声在海中传播的规律，进而判断海洋媒质的状态，将是海洋声学研究的一个新方向。此外，现代的微电子学、微计算机、信号处理技术和换能技术等的发展，都对海洋声学的发展有重要的影响。海底对从海水入射的声波的反射和散射，以及声波在海底沉积物中的传播速度和衰减等特性。 海底对声波在海中的传播，特别是对声波在浅海中的传播影响很大。声波在海底沉积物中的传播速度，通常与频率没有明显的关系。在平均粒径极小而孔隙率很大的稀薄沉积物中的声速，接近或低于海水中的声速。在较密实的沉积物中的声速，随粒径的增加和孔隙率的减小而单调增加，且大于海水中的声速。在固化程度较高的沉积层中，声波除纵波外，还有横波传播。海底沉积物中的声衰减,主要由沉积物的粘滞性和摩擦产生,与沉积物的粒径和孔隙率也有关系。在海底沉积物中，细砂、砂质粉砂和粉砂质砂的声衰减最大。在同一沉积物中，声衰减随声波频率的增加而增加，在某个频率范围内，这种增加近似于线性关系。 海底的声反射和散射，主要和沉积物的分层结构有关，也与海底表面的粗糙程度有关。若海底表层中的声速底于其上海水中的声速,这种海底称为低声速海底;反之，则称为高声速海底。一般说来，前者的反射本领低于后者。海底的声反射损失，一般随声波频率的增加而增加，它和声波入射角的关系与海底类型有关，对于低声速海底，有一个全透射角，声波在此角度下入射，多数声能透射入海底；若为高声速海底，则存在一个全反射角。 根据海底的声学特性，可以对海底沉积物进行声遥测分类。例如，浅地层剖面仪就是利用沉积物各层的声学特性不同而引起的声波反射各异的特点，来测定海底地层的分层结构。声遥测方法在近代海洋工程如海港和海上钻井采油等工程的地质勘探中，有很重要的作用。4 3.波浪。随着地面能源的枯竭，人们越来越倾向于对海洋索取能源，而波浪就是一种清洁无污染并且取之无尽的能源之一 地球表面有超过70以上面积是海洋，广大的海洋面积在吸收太阳辐射之后，可以说是世界最大的太阳能收集器，温暖的地表海水，造成与深海海水之间的温差，由于风吹过海洋时产生风波，这种风波在宽广的海面上，风能以自然储存于水中的方式进行能量转移，因此波浪能可以说是太阳能的另一种浓缩形态。 同时，波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的，它的能量传递速率和风速有关。 海浪的破坏力大得惊人。扑岸巨浪曾将几十吨的巨石抛到20米高处，也曾把万吨轮船举上海岸。海浪曾把护岸的两、三千吨重的钢筋混凝土构件翻转。许多海港工程，如防浪堤、码头、港池，都是按防浪标准设计的。 在海洋上，波浪中再大的巨轮也只能像一个小木片那样上下漂荡。大浪可以倾覆巨轮，也可以把巨轮折断或扭曲。假如波浪的波长正好等于船的长度，当波峰在船中间时，船首船尾正好是波谷，此时船就会发生“中拱”。当波峰在船头、船尾时，中间是波谷，此时船就会发生“中垂”。一拱一垂就像折铁条那样，几下子便把巨轮拦腰折断。20世纪50年代就发生过一艘美国巨轮在意大利海域被大浪折为两半的海难。此时，有经验的船长只要改变航行方向，就能避免厄运，因为航向改变即改变了波浪的“相对波长”，就不会发生轮船的中拱和中垂了。 波浪能的基本元素是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。 波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离（即风区）有关。水团相对于海平面发生位移时，使波浪具有势能，而水质点的运动，则使波浪具有动能。 贮存的能量通过摩擦和湍动而消散，其消散速度的大小取决于波浪特征和水深。深水海区大浪的能量消散速度很慢，从而导致了波浪系统的复杂性，使它常常伴有局地风和几天前在远处产生的风暴的影响。 波浪可以用波高、波长（相邻的两个波峰间的距离）和波周期 （相邻的两个波峰间的时间）等特征来描述。 54.潮汐。海水受引潮力作用而产生的海洋水体的长周期波动现象。它在铅直方向表现为潮位升降，在水平方向表现为潮流涨落。潮汐的升降和涨落，与人们的多种活动有密切的关系：船只航行和进港出港、舰艇活动、沿海地区的农业、渔业、盐业、港口建设、大地测量、环境保护等，都必须掌握潮汐变化的规律。此外，利用潮汐进行发电，也是能源开发的一个重要方面。 月球、太阳或其他天体对地球上单位质量物体的引力和对地心单位质量物体的引力之差。任意天体对地球某处的引潮力的大小,与天体的质量成正比,与地心到天体中心的距离的三次方成反比，还与天体到该处的天顶距有关(天顶距越接近90,引潮力越小)。因此，地球上引潮力的大小和方向都因时因地而异（图1）。虽然太阳的质量比月球大得多，但因它离地球更远，结果它的引潮力只有月球的46。其他天体对地球的引潮力与月球或太阳相比甚小，都可以忽略。由月球的引潮力引起的潮汐，叫做太阴潮；由太阳引潮力引起的，叫做太阳潮。两者都属于天文潮。引潮力不仅产生了海洋潮汐，而且引起固体地球潮汐（地潮）和大气潮汐（气潮）。对海洋来说，地潮在海潮之下，气潮在海潮之上，它们都对海潮产生影响。 月球和太阳相对于地球的运动都有周期性,故潮汐也有周期性。从潮汐过程来看:当潮位上升到最高点时,称为高潮或满潮；在此刻前后的一段时间,潮位不升也不降,称此阶段为平潮；接着潮位开始降落,当它降到最低点时,称为低潮或干潮;在此刻前后的一段时间,潮位又不升不降，称此阶段为停潮。停潮之后,潮位又开始上升。平潮和停潮的时间长短都因地而异。规定平潮的中间时刻为高潮时,当时的潮位高度为高潮高;停潮的中间时刻为低潮时，当时的潮位高度为低潮高。相邻的高潮和低潮的潮位高度差，称为潮差。从低潮至高潮的过程，称为涨潮；从高潮至低潮的过程，称为落潮。涨潮阶段的潮差为涨潮差，时间间隔为涨潮时；落潮阶段的潮差为落潮差，时间间隔为落潮时。 潮汐的过程，每天不同，这是因为月球、太阳和地球三者的相对位置不断变化的缘故。不仅它们的距离有变化,而且三者还不在同一个平面上,所以月球和太阳对地球的引潮力，有时互相增强，有时互相削弱，致使潮高和潮时都随着发生变化。其中比较主要的有半月不等、月不等、赤纬不等和日不等 4种现象65.电磁学。法拉第早在1832年就指出：在地磁场中流动的海水，就象在磁场中运动的金属导体一样，也会产生感应电动势。他在泰晤士河做过实验，但没有得到预期的结果；但他指出，在英吉利海峡必定能测出。1851年，渥拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上，检测到和海水潮汐周期相同的电位变化，证实了法拉第的预言。由此开始了对海洋中的电磁现象的研究。随着电磁波中的超长波用于对潜艇通讯，和极长波用于对大洋深处核潜艇通讯的要求，各国相继开始研究海水的电磁特性和电磁波在海洋中的传播规律。19世纪70年代以来，已经开始将电磁波中的极长波用于探测研究海底岩石圈的地质构造和探矿。海洋中海天然电磁场和海水在地磁场中运动时产生的感应电磁场，都会对水下通讯和地质探制造成干扰，这又促使人们对海洋中的天然磁场和感应电磁场进行更细致深入的研究。 电磁波在海水中传播时激起的传导电流，致使电磁波的能量急剧衰减，频率愈高，衰减愈快。由麦克斯韦方程组可得出：兆赫以上的电磁波在海水中的穿透深度小于25厘米，海水对这种电磁波就成为很强的屏蔽层；而频率低于10周/小时的电磁波，在海水中的穿透深度可达5000米。这样，海洋就成为完全可穿透的了。这种极低频的电磁波，可用于陆地对大洋深处核潜艇通讯和海底地壳物理探矿，是海洋电磁学研究的一项主要内容。 海洋中主要的天然电磁场是地磁场，而占据地磁场99%以上的主磁场，几乎全部起因于地核。 另外，地球大气电离层中发生的各种动力学过程，包括来自太阳的等离子流和地球磁圈及电离层的相互作用，不断产生频率范围很宽的电磁波。其中的周期为数分钟以上的，能够穿过海水而达到海底，再穿过海底沉积层，达到上地幔岩石圈甚至更深处。 海水和海底接触处的电化学过程，岩石中的渗透过程，及海水在岩石中的扩散作用等物理作用和化学作用，在海洋中也能产生电场，其强度可达100微伏/米。在浮游植物和细菌的聚集区，也发现有生物电场。 海水的各种较大尺度的运动，如表面长波、内波、潮汐和海流等，都能感应出相应的电磁场。研究海水各种尺度运动所产生的感应电磁场，探求测量它们的方法，进而通过电磁测量来了解海水的各种运动，也是海洋电磁学研究的一个重要方面。 陆地、舰艇和飞机与水下潜艇进行无线电通讯时，所用的电磁波中的超长波，波长在万米以上(频率低于30千赫)。电磁波沿地球表面和高度为7080公里的电离层所构成的两个同心反射层之间传播，然后垂直透入海水，潜艇可在水面以下30米深处收到这种电磁波。 要从陆地上和藏在大洋深处的核潜艇通讯，比较可靠的手段是极低频电磁波(波长在百万米以上)。实验表明，潜航于120米深的核潜艇用300米长的拖曳接收天线，能顺利地收到4600公里远的极长波指令。使用超长波和极长波对潜艇通讯，其优点是不受磁爆、核爆炸和太阳黑子的影响。 裂隙中充满海水的岩石和硫化矿物，都能使岩石的电导率增加两个量级以上，可以用电磁波探测到，这是一种有效的探测手段。海底岩石圈的电导率与它的物理化学性质、温度和含水量等，均有关系。根据海底附近的电磁测量，推断海底以下的上地幔岩石圈的电磁性质，可用来研究海底岩石圈的结构、热力学过程和海底岩基的运动及海底矿床的形成。陆地、舰艇和飞机与水下潜艇进行无线电通讯时，所用的电磁波中的超长波，波长在万米以上（频率低于30千赫），电磁波沿地球表面和高度为7080公里的电离层所构成的两个同心反射层之间传播，然后垂直透入海水。潜艇可在水面以下30米深处收到这种电磁波。要从陆地上和藏在大洋深处的核潜艇通讯，比较可靠的手段是极低频电磁波（波长在百万米以上）。实验说明：潜航于 120米深的核潜艇用 300米长的拖曳接收天线，能顺利地收到4600公里远的极长波指令。使用超长波和极长波对潜艇通讯，其优点是不受磁爆、核爆炸和太阳黑子的影响。裂隙中充满海水的岩石和硫化矿物，都能使岩石的电导率增加2个量级以上,这可以用电磁波探测到。这是一种有效的探测手段。海底岩石圈的电导率与它的物理化学性质、温度和含水量等，均有关系。根据海底附近的电磁测量，推断海底以下的上地幔岩石圈的电磁性质，可用来研究海底岩石圈的结构、热力学过程和海底岩基的运动及海底矿床的形成。美国斯克里普斯海洋研究所把发射源放在海底，用可在海底自由散布的接收器来测量电场。在19公里范围内测出0.252.25赫的极低频信号，提供了海底30公里深处的上地幔导电结构模型。对深部岩石圈性质的探测，尚无其他有效的手段，故海洋电磁学在这方面的研究就显得更加重要了。 7 6. 大气圈及海洋变迁。地球环境的演化主要是指大气圈、水圈的形成与演化的过程。对于水圈来说，现代海洋海水占主导地位，故由水圈讨论海洋的形成演化过程。通过对大气圈中CO2分压的演化、海水pH值的演化与地球内部核转变能的演化之间的相关关系的比较研究不难发现:地球形成以来的环境演化是地球内部核转变能演化及其所导致的岩浆、火山、构造等活动作用的结果。由于太阳系是由同一原始星云形成，地球在形成的初期应当具有原始大气，它的成分和现在宇宙空间中的气体成分一致。在原始星云中，H元素最丰富，因此推测地球形成初期也应当具有以H和He为主体，以H的化合物为次要成分的还原性大气。 地球形成以后，地球的大气是次生的。大气圈的演化大至经历了以H2O,CO2,SO2,H2S,N2,HCI, CH4组成的火山型大气到H2O-CO2型大气再到N2-O2型大气的三阶段。主要是通过地球形成初期强烈的构造岩浆与火山活动脱气过程，释放出大量的CO2,CO,H2,H2O,SO2,H2S,N2,HCL,CH4等气体，组成地球早期的具有火山脱气成分的大气层。大气中的水汽冷凝形成海洋后，通过大气圈、水圈的相互作用，大气圈由火山气圈逐渐演化成为CO 2型气圈，再经历大气圈、水圈、生物圈、岩石圈间的相互作用，演化为今天的N2-O2型大气。对于海洋，目前已知最老的沉积岩年龄为() x 109年，那么海的形成时代应在40亿年左右，随着地球吸积增生作用的基本结束，地外物体的撞击作用急剧减少，撞击能量通量也不断降低，使大气中的气态H2O逐渐冷凝形成大气降水降落地表，进而形成海盆、海、海洋。 海水的演化过程主要表现在海洋面积的扩大、海水pH值的变化、海水盐度的变化等方面，其中海洋面积的变化主要在海洋出现早期，随着H2O的冷却，海盆扩大、各海盆相互连接成洋，以及后来的地表差异升降作用而最终使海底与大陆的相对高差增大(现代最大相对高差近20km )。海水的盐度自显生宙以来没有大的变化，早期海水盐度的变化主要是火山的酸性气体溶于水及对海底岩石的风化作用使岩石的阳离子带出，显生宙以来海水的盐度变化不大。 原始海水的pH值约为(陈福等，1985)，而现代海洋海水的pH值为8. 2左右，可见海水经历了一个从强酸性的原始海水到弱碱性的现代海水的演化过程。海水pH值的演化可分为酸性和弱碱性两大阶段。由地史早期海水的pH值的演化规律可看出20亿年以前为强酸性的逐渐弱酸性化，20亿年以后海水则由弱酸性向弱碱性演化。控制海水pH值变化的因素有以下几个方面: 1)火山喷出的酸性气体使海水呈酸性，原始海水的pH值取决于原始火山气体的组成，据A. B.格拉多夫(1962)基于对陨石中气体组分的研究认为在整个地内脱气过程中气体的组成不会发生大的变化，特别是酸性气体，可将现代火山气体近似地看做原始的火山气体。未被污染的火山气体大致具有相同的气体组成; 2)地质历史中大气CO2的积累。演化到26亿年左右，大气中CO2分压达到30个大气压，与其平衡的海水pH值为3. 5左右; 3)大陆岩石的风化使海水pH值增大，组成地壳的岩石是弱酸盐，它们的风化水解出OH- 地球上目前存在的是以N2、O2为主体的氧化型大气圈，而太阳系外圈行星的大气圈则仍然继承和保留了太阳星云的物质成分，主要由H和He组成，还含有少量的甲烷、水和氨。类地行星金星和火星都具有以二氧化碳占优势的酸性大气圈，氧、氮含量很少，水分也非常少。地球与太阳系其它行星的大气圈组成的差异，看来主要是由于地球上有大量生物长期的生命活动所造成的结果。生物活动能动地影响并调节环境，使环境维持在适合生物生存的状态下。地球大气圈的酸度、化学组成、氧化还原状况和温度稳定性等情况，都和其它行星显著不同。这些特殊情况和生物活动都有很密切的关系。由此看来，原始的大气不但提供生物的化学进化所需要的物质原料和化学反应条件，还为生物的演化提供了条件;而生物本身又积极参与维持和调节大气圈的各种物质的化学状态，使其适合自己的生存。 海洋是生命的摇篮，液态水的出现是生命化学演化过程中的重要转折点。金星、火星和地球同属类地行星，但金星和火星上缺乏液态水，很可能是那里生命不能存在的主要原因。所有以碳为基础的生命物质都与水有关;具有高度反应活性的有机分子虽然也可能在气相中生成，它们却在水溶液中发生化学反应。有证据表明，早期的金星上曾出现过海洋，其存在时间可能长达1000 M a年之久，应当足以容许生命的化学进化过程发生。但是后来，由于金星的游离大气中高含量的二氧化碳，造成了强烈的“温室效应”，使水不能继续以液态形式存在。火星上也有曾经存在过海洋的报道。87海洋环境保护。中国已经基本形成了海洋环境保护的法律体系和行政执法体系，构建了海洋环境监测网络，制定和实施了海洋功能区划、近岸海域环境功能区划，合理开发和保护海洋资源，防止海洋污染和生态破坏，促进海洋经济可持续发展。中国政府积极实施主要入海河流的污染防治计划和重点海域的环境保护计划，继渤海之后，中国政府于2005年启动了长江口及毗邻海域、珠江口及毗邻海域的污染治理工作，在长江口和珠江口及其毗邻海域开展了河海统筹、陆海兼顾的陆域、海域同步的环境监测和调查工作。中国政府严格执行海洋工程和海上倾废的审批制度，强化对倾倒活动的执法监视，加强海洋环境监测。国家批准了赤潮灾害应急预案和海洋石油勘探开发重大溢油应急计划，并纳入国家灾害应急管理体系，初步建立了海洋灾害应急机制。加强了船舶污染防治和危险品运输管理，积极推进海上船舶溢油应急体系建设。截至2004年底，中国已建立各级海洋自然保护区120个，一批海洋珍稀物种得到保护，珊瑚礁、红树林及海草床等重要生境得以保护。通过采取控制渔业捕捞强度、压缩捕捞渔船、完善休渔制度、建立渔业资源保护区、实施海洋捕捞产量“零增长”等措施保护和恢复海洋渔业资源。9海洋法学海洋法目前有两种解释，一是【确定各海域的法律地位并调整各国在海洋利用各个领域中的关系的原则、规则和规章、制度的总体】。【二是海洋法就是规定海洋各个海域的法律地位和法律制度并调整各国在其中从事各种活动的原则、规则和规章制度的总体】。它还具有沿海国的权利和义务以及专属经济区、大陆架、其他国家在大陆架的合法权利、公海和国际海底区域等。这里仅解释第一种。一、海洋法海洋法是确定各海域的法律地位并调整各国在海洋利用各个领域中的关系的原则、规则和规章、制度的总体。海洋法是传统国际法中的一个重要组成部分。20世纪以后，海洋法律原则和规则日益完善，发展成为国际法中一个独立的分支。人们在海洋上的活动和各国对海洋提出的各种权利要求，在海洋上形成一定的法律关系，这些关系需要海洋法规则来调整。 海洋法的主体也主要是国家，个人和法人也在海洋上参加活动，但他们是在其本国或国籍国的授权和担保下进行的，个人在海洋法律关系中所承受的权利和义务，是其本国接受条约义务拘束的结果，个人不是海洋法的主体。 海洋法的规则大部分是国际习惯法规则，1958年联合国第一次海洋法会议(日内瓦会议)把传统规则加以编纂和发展，制定成为四个公约：领海与毗连区公约、公海公约、捕鱼与养护公海生物资源公约、大陆架公约，这四个公约是现行有效的条约。第三次海洋法会议于1982年通过并对各国开放签字的海洋法公约是历史上第一个全面的海洋法法典，此公约已有159个国家和实体签字，批准的国家达到公约规定的生效标准，于1994年11月生效。 根据海洋法公约，海域的划分以测算领海宽度的基线为起点。基线是陆地和海洋的分界线。基线向陆地一面的水域，是沿海国内水一部分，基线向海一面包括领海、毗连区、专属经济区、大陆架、用于国际航行的海峡、群岛水域、公海和国际海底区域等八个海域。 二、内水内水是领海基线向陆地一面的海域。其中包括沿海国沿岸的港口、海湾和海峡。这一海域是沿海国主权管辖部分，外国船舶和飞机非经许可不得进入。 三、领海领海是沿海国领海基线向海一面一定宽度的海域，沿海国有权自行决定这一海域的宽度，有权决定采用直线基线还是正常基线。沿海国对领海享有主权，但应允许外国船舶无害通过。沿海国有权对无害通过制定法律和规章，但不应妨碍外国船舶无害通过，并应将领海内对航行有危险的情况妥为公布。海洋法公约规定领海的宽度不应超过12海里。 四、毗连区毗连区是沿海国在领海范围以外行使海关、财政、移民、卫生等行政管辖权力的海域。领海与毗连区公约规定毗连区的范围不应超过从基线算起12海里。海洋法公约规定不超过24海里。 五、专属经济区专属经济区是自成一类的海域，其范围不超过200海里。沿海国在专属经济区内有勘探、开发、养护和管理自然资源的主权权利和建造人工岛屿、设施和结构及从事海洋科学研究、海洋环境的保护和保全的管辖权力。其他国家在专属经济区内有航行、飞越、铺设海底电缆和管道的权利。它们在行使这些权利时，必须遵守沿海国有关的法律和规章。目前，已宣布建立200海里管辖区域的国家有77个，其中55个建立了专属经济区