企业培训_海洋基础知识培训课件

海洋基础知识 中国海洋大学王秀芹 1 掌握海洋科学的概念 熟悉研究的对象 了解海洋科学的分支及海洋科学研究的特点 海洋科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 的海水研究特点 依赖直接观测 信息论 控制论系统论等多种研究方法 综合与整体化研究 2 熟悉科氏力 地球自转偏向力 的作用 了解科氏力与地球自转产生的惯性离心力差别 科氏力 地球上运动的物体不改变运动物体的速度 只改变运动物体的方向 北半球向右 南半球向左 惯性离心力 地球上所有物体不同纬度离心力大小不同 2 海洋形态的固有特性 1 广漠而有垠 占地球表面积70 8 陆地围隔 有边 侧边界的影响 2 深又浅 两层含义平均深度4000米 最深11034m 陆地高8848m 但地球半径6371公里 在地球上是极薄的一薄层 与水平尺度 数千公里 相比为10 3量级 浅碟 海水的水平运动为主 3 连通又阻隔 南大洋水域连成一体 可以充分进行物质和能量的交换 北冰洋与印度洋 大西洋 太平洋的关系几乎隔绝 阻挡与北冰洋水交换 水平运动为主 垂直运动弱 具有一体性或整体性 特性 层结稳定 静力近似 大气对流层 3 掌握地球的圈层结构 了解海洋性地壳和大陆性地壳的差异 内圈 岩石圈 地幔 地核外圈 水圈 大气圈 生物圈地壳差异 海洋性地壳重于大陆性地壳海洋是地球表一薄层 海水运动 水平运动为主 4 掌握地球表面海陆分布的特点 地表70 8 为水覆盖 北极为 水 南极为 陆 陆地主要分布在北半球 南半球水多 北半球 陆地 连成一体 南半球 水域 连成一体 海陆呈鼎状分布 陆地2 3在北半球 5 掌握洋 海 海湾 海峡的概念 熟悉海洋按照位置的分类 洋 地球上连续巨大的咸水体 远离陆地 受陆地影响小 面积大 水深 海 位于大陆边缘 被陆地 岛弧分割的许多形态各异的水体 称之为海 海湾 海峡 海湾 洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小的水域 海水与外界自由沟通 海峡 两端连接海洋的狭窄水道 流急 按照海所处的位置海的分类 内海 内陆海 深入大陆内部的海 面积小 受大陆影响大 陆间海 地中海 大陆之间的海 面积和深度都较大 一般只有狭窄水道与大洋相同 有显著差别 边缘海 位于大陆边缘 以半岛 岛屿或群岛与大洋分隔 但水交换通畅 中国近海海洋区域划分及基本形态特征 了解中国近海各海区所属海洋类型 渤海 内陆海黄海 东海 南海 6 掌握世界大洋的划分及各大洋形态特征 太平洋 大西洋 印度洋 北冰洋 太平洋 面积是地球表面积1 3 整个大洋1 2 大西洋 整个大洋1 4 印度洋 整个大洋1 5 北冰洋 7 掌握海岸带 潮间带等概念 熟悉海岸带组成 了解海岸带类型 海岸带 水位升高便被淹没 水位降低便露出的狭长地带 是海陆交互作用的地带 现代海岸带一般包括海岸 海滩和水下岸坡三部分 又称潮上带 潮间带 潮下带 海岸是高潮线以上狭窄的陆上地带 大部分时间裸露于海水面之上 仅在特大高潮或暴风浪时才被淹没 又称潮上带 海滩是高低潮之间的地带 高潮时被水淹没 低潮时露出水面 又称潮间带 水下岸坡是低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分 又称潮下带 海岸带类型 我国海岸带和海涂资源综合调查 简明规程 将我国海岸分为河口岸 基岩岸 砂砾质岸 淤泥质岸 珊瑚礁岸和红树林岸等六种基本类型 大陆边缘 大洋底 洋中脊 海盆 8 1了解海底地貌所包括内容 8 2掌握大陆边缘各部分的名称及基本特征 大陆边缘 大陆地壳在海底的延伸部分按构造活动性分为稳定型和活动型两大类 稳定型大陆边缘由大陆架 大陆坡和大陆隆三部分组成活动型大陆边缘 海沟与大洋底分界 8 3熟悉洋中脊的定义及分布特征 洋中脊 大洋中的山脉或隆起 具有全球规模 全长7万余公里 其上有横向断裂 中央裂谷 是海底扩张中心 扩张速度1 15cm 年 9 了解海底构造主要学说 大陆漂移说海底扩张说板块构造说 10 掌握海洋主要矿产资源类型 滨海砂矿海底石油天然气水合物锰结核热液硫化物 11 了解海洋动力资源的主要类型 潮汐波浪海流温差 12 熟悉水分子结构的特殊性了解水的溶解性 密度变化异常现象 分子结构 极性 分子缔合力溶解力强 极性 密度变化异常 热胀冷缩 13 掌握海水绝对盐度定义 熟悉实用盐度标 PSS78 的盐度定义 了解盐度定义的发展历程 熟悉标准海水的定义 实用盐度的固定参考点绝对盐度 海水中无机盐含量 盐度 13 2了解盐度定义的发展历程 盐度 1902 1kg海水中将 Br I 以氯置换 碳酸盐分解为氧化物 有机物全部氧化 所余固体物质的总克数 480度加热48小时 氯度 1kg海水中将 Br I 以氯代替 所含氯的总克数 AgNO3滴定 电导盐度 1969 C S 不深于100m水层内采集的135个水样 实用盐标PSS78 1980 固定参考点 13 2熟悉实用盐度标 PSS78 的盐度定义 熟悉标准海水的定义 实用盐度的固定参考点 实用盐标PSS78 thePracticalSalinityScale 也是用电导率测定的 选择一种精确浓度的氯化钾 KCl 溶液作为可再制的电导标准当K15 1时 标准KCl溶液的电导率对应盐度为35 000 把这一点作为实用盐度的固定参考点 浓度为32 4356 标准海水 氯度为19 374 盐度35 000 14 1熟悉海水热容 比热容的定义 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 海水的比热容比空气的比热容大比热 水 3890J kg K 空气 1000J kg K 密度 水 1025kg m3 空气 1 29kg m3 1m厚海水温度升高或降低1K 会使3100m厚大气温度降低或升高1K 海水温度变化滞缓 因此海洋是大气的空调器 14 2熟悉体积热膨胀 压缩性定义 热膨胀 海水不遵循热胀冷缩规律 低温低盐时随温度降低体积增大热膨胀系数 温度升高1K单位体积海水的增量 是T S P的函数 热膨胀系数正负转变时对应的密度最大 压缩性 绝热变化 位温压缩系数 在研究中通常视为不可压流体 单位体积海水 压力增加1Pa体积的负增量 是温度 盐度和压力函数 随他们的增大而减小 分等温压缩 绝热压缩过程 声波 绝热变化 与外界没有热交换 绝热上升导致温度下降位温 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 比现场深度低 微团此时相应的密度 称为位密 记为 14 3熟悉蒸发潜热和热传导 比蒸发潜热 1Kg水变成同温度汽所吸收的热量 饱和水气压 水变汽和汽变水过程达动态平衡时具有的水汽压 热传导 相邻海水温度不同时 热量由高温向低温转移 分子热传导 湍动热传导两种形式 14 4掌握海水的盐度对海水冰点温度 最大密度对应的温度的影响 15 了解海水渗透压 表面张力的定义 渗透压 表面张力 液体的自由面上 由于分子之间的吸引力所形成的合力使自由表面趋向最小 16 熟悉海水状态方程的定义 海水状态方程 描述海水密度与温 盐 压等理化特征参量之间关系的数学表达式 密度和比容 单位体积物体的质量是密度 单位质量物体的体积是比容 他们都是温盐压函数 现场密度 一定温盐压的密度 条件密度 kg m3 密度超量 kg m3 17 掌握海冰的定义 广义 狭义 了解海水结冰过程和淡水结冰过程的异同 了解中国近海海冰的分布特征 广义 在海洋中所见到的冰统称为海冰 狭义 由海水冻结而成的冰称为海冰 1 淡水结冰 Tf Tmax表层开始结冰2 海水结冰 低盐时与淡水相同 结冰时为稳定层结 从表层开始结冰当盐度大于24 695时 海冰冰点高于最大密度温度 只有当对流混合层内水温都达到冰点时 海水才会结冰 18 1掌握海冰的盐度 海冰的密度定义及决定因素 了解海冰的热性质 海冰的盐度 每1Kg海冰中所含盐分的克数为海冰的盐度 海冰盐度与结冰速度结冰前海水盐度冰龄有关 海冰的密度小于海水的密度 其大小在很大程度上取决于其中的空气量和盐量 纯水冰 00C 0 918海冰 新冰 0 915 0 914夏末 0 86长方体冰会有1 10在水面以上 9 10在水面以下 海冰的热传导系数小于纯水冰的热传导系数 小于海水的热传导系数 海洋皮袄 18 2熟悉海冰对海洋水文要素及海况的影响 1 对水文要素垂直分布的影响垂直对流 水文要素垂直分布 S T 等 比较均匀 表层高溶解氧的海水向下输送 底层富营养盐类海水向上输送 融冰时 表面出现低盐水 出现盐度跃层和由于表层增温及淡化 出现密度跃层 航海中称之死水现象形成大洋底层水 冬季 在南极因为大量结冰 使其冰下的海水有低温高盐高密的性质 沉降到深层 沿大陆架向下滑动 形成南极底层水 2 对海水运动的影响减小温度年变幅减慢流速度降低波高阻尼了潮汐和潮流 19 1掌握影响海面热收支的主要影响因素 19 2熟悉影响太阳辐射 蒸发潜热的主要影响因素 了解各项的分布特征 太阳辐射Qs1 太阳高度h2 大气透明度3 天空中的云量 云状 总辐射能分布 随纬度的分布 1 全年总辐射能随纬度升高而减小 2 除赤道地区外 夏半年均高于冬半年 且差值随纬度升高而增大 3 经向梯度夏半年小于冬半年 进入海水中的辐射能 主要被表层海水吸收 随深度增加指数衰减 海面有效回辐射Qb 1 定义 海面向大气的长波辐射与大气向海洋的长波辐射之差2 影响因素 A 海面水温B 空气中的湿度C 云量 云状3 分布 表面水温和海洋上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较小 则Qb随纬度及季节变化小 蒸发潜热Qe 对海气间热交换起重要作用1影响因素 A 水汽温差B 大气中水汽垂直分布C 风速2分布及变化 a 经向 南北 赤道蒸发量小 相对湿度大 风速小 高纬度海区小 温度低 水汽含量少 副热带和信风带海区大 气流下沉 空气干燥 气温高 风大 b 季节变化 冬季最强 风速大 水汽压差大 水温高于气温 空气层结不稳 感热交换Qh 海气温度不等 通过热传导也有热量传递 1有两个影响因素 海面风速和海气温差2分布 寒暖流区较强3季节变化 冬季强 夏季较小 世界大洋海面年平均热收支随纬度变化 20 熟悉影响海洋水平衡的主要影响因素 掌握影响表层海水盐度的主要因素 一 影响因子 1 蒸发 热量 水量消耗的过程 44万km3 124 126cm a2 降水 41万km3 113 7cm a 各大洋分布不均匀 与大气环流有关 3 大陆径流 地下水 2 92万km3 大西洋最多 亚马逊 第一径流 密西西比 第二大河 刚果 第二大径流 全部注入大西洋 可使海面上升23cm a 印度洋次之 太平洋最少 长江 第三径流 只及亚马逊18 9 全部注入 使太平洋海面上升7cm a 水平衡对盐度的影响 世界大洋表层盐度分布取决于蒸发和降水量之差 E P 与盐度S低纬度海区 降水 蒸发 S低 副热带海区 蒸发 降水 S高 副极地海区 多云带 蒸发少 S低 21 1掌握中国近海表层水温的分布特征 了解中国近海表层盐度 密度的分布特征 温度从南向北逐渐降低年较差从南向北越来越大 北部海区冬季同性成层盐度密度 21 2熟悉温度 密度的垂直分布和水温的变化特征 了解盐度的垂直分布特征 21 3熟悉表层水温日变化的主要影响因素 日变化 很小 变幅不超过0 3 C 日较差 最高温与最低温之差 影响因素 主要因子是太阳辐射 内波 潮流等 表层 相比之下 晴天比多云大 无风比有风大 低纬比高纬大 夏季比冬季大 近岸比外海大 云 风 潮流深层 表层水温的日变化 通过海水内部的热交换向深层传播 变幅随深度增加而减小 位相则落后 22 掌握温跃层和海洋锋的概念 了解温跃层的季节性生消规律 垂直变化梯度大的称之为跃层水平变化梯度大的称之为海洋锋 23 掌握海洋水团的定义 熟悉水型 水系的含义 了解水团分析的主要方法 1 水团 watermass 的定义 源地和形成机制相近 具有相对均匀的物理 化学和生物特征及大体一致的变化趋势 与周围海水存在明显差异的宏大水体 内同性 外异性 2 水型 watertype 和水系 watersystem 1 水型 性质完全相同的水体元的集合2 水系 符合一个给定条件的水团的集合 即只考虑一种性质相近即可 沿岸水系 外海水系 暖水系 冷水系 3 水团的分析方法1 定性的综合分析方法 经验法 定性描述2 浓度混合分析方法 定量地确定水团边界和混合区3 概率统计分析法 目前已被应用的主要有海水特征频率分析法 判别分析法 聚类分析法等4 模糊数学分析方法 隶属函数描述一水体元对水团的隶属度 4 水团的核心 强度 边界与混合区核心 有一部分水体是该水团典型特征的代表 即为核心 黄海冷水团 冷中心 特征水平的升降反映水团特征型水平升降 核心位置的变动反映水团位置变动的趋向 强度 描述水团增强减弱的情况 2种强度 指水团占据的空间范围特征水平 如高温水团 升温增强 低温水团 升温减弱 边界与混合区 兼备内同性与外异性的这部分水体的外包络面 域 过渡区 混合区 混合带 大面图上 海洋锋 断面图上称 过渡层 跃层 24 1掌握海水混合 混合增密的概念 熟悉海水混合的形式 混合是海水的一种普遍运动形式 混合过程就是海水各种特性逐渐趋向均匀的过程 混合形式 分子混合 涡动混合 对流混合分子混合 分子的热运动与相邻海水进行交换 只与海水的性质有关 涡动混合 海水微团的随机运动与相邻海水进行交换 与海水的运动状态有关 对流混合 热盐作用引起 主要是铅直方向水体交换 海水混合具有区域性 界面混合和内部混合 24 2掌握混合增密的概念 了解双扩散对流的概念 混合增密混合后的密度大于混合前海水的平均密度 混合收缩效应 分子双扩散对流 效应 由于分子热传导系数大于盐扩散系数 100倍 引起的自由对流 通常两种形式 1 冷而淡的海水置于暖而咸的海水之上对流从界面开始分别向上和向下扩展 2 暖而咸海水置于冷而淡海水之上与1 形式相似 上下层海水通过界面产生对流 海洋中观测到 盐指 25 掌握海水的主要成分 熟悉海水主要成分的恒定性原理 一 海水的化学组成纯水 96 5 划分为5类1 主要成分 11种 占海水溶质的99 9 mg kg5种阳离子 Na K Ca Mg Sr5种阴离子 Cl SO4 HCO3 Br F1种分子 H3BO3保守元素 含量大 各成份的浓度比例近似恒定 Si有时含量高 但受生物活动影响 不稳定 1 营养元素营养盐 生源要素 如N P Si等与植物生长有关的要素 N海藻类生长的物质基础 合成蛋白质 P 形成大脑磷质 合成核酸 生成细胞壁等 Si硅藻 外壳保护自己 蛋白石SiO2 2H2O Si质沉积及分布 2 溶于海水中的气体氧 氮及惰性气体 CO2 CH4 NO2 26 掌握海水中营养成份所包括的元素 了解海水中的微量元素和主要气体成份所包括元素 3 微量元素 痕量元素 含量少 但是生物必须 1微克 kg含量很低 又不属营养元素者Fe Mn Zn Al Ni Cu As Cd Cs Hg Pb IFe 贫血 若铁摄入量过多 会导致肝硬化和糖尿病 HNLC高营养低生产力 Zn具有促进生长发育 改善味觉等作用 缺少会引起食欲不振 生长停滞 生殖机能减退 机体衰弱 发育迟缓 蛋黄 瘦肉 鱼 碘 人类智慧元素 在自然界中含量较少 较多的海带 不足会引起甲状腺功能减退或甲状腺肿大等症状 导致人类智力受损的最主要原因 是地方性呆小症的主要原因 误服了大量的碘和碘的化合物 高碘甲肿 则有怕冷 食欲不振 便秘 粘液性水肿等表现 重金属中毒 汞 铅 砷 中枢神经和其它的系统改变 砷对人体神经 内脏系统造成危害 美容品中 27 掌握溶解氧 pH值 总碱度 COD等的概念 海水的总碱度AT 是由于碳酸根离子 碳酸氢根负离子和硼酸根离子形成的 其单位为摩尔浓度 碱度定义为 按SI 用以中和弱酸负离子所需氢离子的物质量除以海水的体积 符号记为A 单位是摩尔每立方分米 mol dm3 总碱度可以分为3部分 碳酸盐碱度 CA 硼酸盐碱度 BA 和过剩碱度 SA 海水中的氧气消耗主要由于有机物的分解 生化需氧量 BOD 和化学耗氧量 COD 28 熟悉温室气体的概念 了解主要温室气体的种类 导致地球增温的气体二氧化碳 甲烷 29 1熟悉海洋污染定义 海洋化学污染物主要类型或主要的海洋化学污染要素 海洋污染定义 直接或间接由人类向大洋和河口排放的各种废物或废热 引起对人类生存环境和健康的危害 或者危及海洋生命的现象化学污染物包括 碳氢化合物每年大约有 5 10 X106t石油流入大海海洋中的重金属合成有机化合物营养物质放射性核素 29 2了解海洋化学资源 盐镁和溴 目前可以从海水中提取的元素 铀在海水中的浓度是溴的1 2000 即使如此 许多国家仍在开展海水提取铀的研究 以期获得铀的稳定来源 目前尚难进入商业化 43 掌握透明度 水色 海色的概念 了解大洋透明度 水色的分布特征 透明度 相对透明度 直径30cm的白色圆盘垂直沉入海水中 直到刚看不见为止的深度 透明度仪 一束准平行光束 经过一段距离后其光能强度与原强度之比 L 1 为衰减长度 2 水色 由海水 海水中的可溶性有机物以及有机和无机的悬浮颗粒对入射光的选择性吸收和选择性散射的综合结果 赤潮 甲藻 夜光虫 黄河泥沙 海水变黄 将透明度盘提升至透明度一半深度处 俯视透明度盘之上的水柱颜色 由海水的光学性质决定 水色计区分海流 水团3 海色 站在岸边观察的海水的颜色 主要是反映天空的颜色 红海 海内的红藻 会发生季节性的大量繁殖 使整个海水变成红褐色 有时连天空 海岸 都映得红艳艳的 给人们的印象太深刻了 因而叫它红海 实际通常情况下 海水是蓝绿色的 2 透明度和水色的分布 二者分布一致 远洋透明度大 水色高 浅海透明度小 水色低 泥沙 浮游生物生产量大 大洋的副热带海区水色最高 透明度最大 马尾藻海 低纬热带海区透明度大 水色高 但低于副热带海区 高纬透明度小 水色低 垂直混合强 生产力高 其分布与海流方向一致 寒流和暖流明显不同 44 掌握海洋生物多样性的概念 内容和层次 海洋生物多样性 是所有生物种类 种内遗传变异和它们的生存环境的总称生物多样性三个层次遗传多样性 基因库 地球生命存在的基础物种多样性 140万 生态系统多样性 45 掌握外来生物入侵的概念 了解外来生物入侵的生态作用 外来物种是生态入侵 生物污染 外来种和引入种等的同名词 是指由人类活动有意或无意引入在某海域历史上从未出现过的物种 46 掌握浮游生物 游泳生物和底栖生物的定义与类别 海洋浮游生物 marineplankton 缺乏发达的运动器官 没有或仅有微弱的游动能力 悬浮在水层中常随水流移动按照营养方式的不同 分成浮游植物 phytoplankton 和浮游动物 zooplankton 两大类 海洋游泳生物 nekton 该类群生物在水层中能克服水流阻力 自由游动 它们具有发达的运动器官 是海洋生物的一个重要生态类群 根据这类生物生活的不同生境和对水流阻力的不同适应能力可分为4个类群 1 底栖性游泳生物 主要生活于海洋底层 游泳能力较弱 2 浮游性游泳生物 动能力较差 3 真游泳生物 生活于广阔的海洋水层中 游泳能力强 速度快 4 陆缘游泳生物 常出现于海岸沙滩 岩石 冰层或浅海等处 海洋底栖生物 marinebenthos 海洋底栖生物是栖息在潮间带 浅海及深海海底的生物 它是海洋生物中种类最多的一个生态类群 包括了大多数海洋动物门类 大型海藻和海洋种子植物 海洋底栖生物按营养方式可划分海洋底栖植物与海洋底栖动物 其中底栖植物种数很少 底栖动物种类繁多 组成多样 47 掌握海洋生态系统概念 熟悉其组成成分 生态系统 ecosystem 在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量的流动相互作用 互相依存 互相调控构成的一个生态学功能单位 任何一个生态系统包含生命和非生命两大部分 前者依其在生态系统中的功能可分为生产者 消费者和分解者 后者包含候因素无机物质 有机化合物和气 海洋生物群落 近海群落 大洋群落 河口群落 珊瑚礁 生物多样性最高热泉 洋中脊 前沿研究 T 90度 管形虫 初级生产来自于H2S红树林 成立保护区 实施保护生物多样性计划 48 掌握食物链 食物网 微型食物网概念 食物链 在海洋生物群落中 从植物 细菌或有机物开始 经植食性动物至各级肉食性动物 依次形成摄食者与被食者的营养关系称为食物链食物网 foodweb 是食物链的扩大与复杂化 它表示在各种生物的营养层次多变情况下 形成的错综复杂的网络状营养关系微型食物网是指海洋中自养和异养的超微型浮游生物 微型浮游生物和小型浮游生物之间形成了网络状营养关系 49 掌握海洋初级生产力概念 了解初级生产力的组成 浮游植物 底栖植物 包括定生海藻和红树 海草等植物 以及自养细菌等生产者 通过光合作用或化学合成制造有机物和固定能量的能力 称为初级生产力