2025年大学《地球系统科学》专业题库- 地球海洋的研究进展

2025年大学《地球系统科学》专业题库——地球海洋的研究进展考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、简述印度洋偶极子（IPO）的典型特征及其对全球气候可能产生的主要影响。二、海洋酸化对海洋生物（特别是钙化生物）有哪些主要生理影响？人类活动是主要通过哪两个主要途径导致海洋酸化的？三、描述海洋生物泵的基本过程。在当前气候变化背景下，你认为海洋生物泵的效率可能会如何变化，并解释其原因。四、全球海洋变暖对海洋混合层深度（MLD）有何影响？较深的混合层可能对海洋生态系统和生物地球化学循环产生哪些后果？五、简述Argo浮标在全球海洋观测网络中的作用。除了Argo，请再列举至少两种重要的现代海洋观测技术及其主要应用领域。六、海洋沉积物可以记录古海洋环境的哪些信息？举例说明如何通过分析沉积物中的某种特定指标（如化石、元素含量、同位素比率等）来重建过去的海洋表层温度或盐度变化。七、海洋变暖和层化加剧可能导致海洋中层的缺氧区域（氧MinimumZone,OMZ）扩张和加深。阐述OMZ的成因，并分析其扩张对海洋生物多样性和全球碳循环的潜在影响。八、海洋大型生态系统（如珊瑚礁）对气候变化（特别是海洋升温、酸化和海漂）极为敏感。请分析导致珊瑚礁白化现象的主要生理机制，并讨论当前主要的珊瑚礁保护或恢复策略及其局限性。九、海洋垂直混合在海洋环流和物质输运中扮演着重要角色。请分别说明风生混合和内波混合的主要驱动机制及其影响区域。人类活动（如大型航运）如何可能影响这些混合过程？十、论述海洋碳循环在调节大气二氧化碳浓度方面所起的关键作用。当前人类活动对海洋碳汇能力构成了哪些主要威胁？从科学角度看，是否有可行的技术或方法可以增强海洋的碳吸收能力？试卷答案一、答案：印度洋偶极子（IPO）是一种发生在印度洋海盆的跨赤道海气相互作用现象，其典型特征是在印度洋西部（阿拉伯海、孟加拉湾）出现强大的异常暖海温事件，同时在东部（西太平洋）则出现异常冷海温事件，两者通常呈反相位。IPO对全球气候的影响包括：可能加剧澳大利亚东部和东南亚地区的干旱/降水异常；影响太平洋-印度洋遥相关模式（PIRCS），进而影响ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）周期的强度和频率；改变印度洋季风的强度和位置；影响大西洋经向翻转环流（AMOC）的输送。解析思路：此题考察对IPO基本概念和气候影响的理解。首先要清晰定义IPO是什么（西暖东冷），然后重点阐述其主要的区域气候影响，特别是与澳大利亚降水、ENSO、印度洋季风等遥相关或直接联系的作用。二、答案：海洋酸化主要指海水pH值下降、碳酸钙饱和度降低的现象。其主要生理影响包括：降低钙化生物（如珊瑚、贝类、部分浮游生物）构建外壳或骨骼的效率，增加其维持结构所需的能量消耗，甚至导致生长受阻、溶解风险增加。人类活动主要通过两个主要途径导致海洋酸化：一是燃烧化石燃料等释放大量二氧化碳，导致大气CO2浓度升高，进而通过气体交换进入海洋；二是海洋吸收大气CO2，导致海水中碳酸氢根离子增加，进而消耗碳酸根离子，使碳酸盐体系失衡，pH值下降。解析思路：此题考察对海洋酸化定义、影响及成因途径的掌握。首先要答出酸化的核心表现（pH下降、饱和度降低），然后描述对特定生物类群（钙化生物）的关键生理机制影响，最后明确指出两种最主要的人为CO2来源途径。三、答案：海洋生物泵的基本过程是：海洋表层生物（主要是浮游植物）通过光合作用固定CO2，合成为有机物；这些有机物通过同化作用进入生物体；当生物死亡后，其遗骸或排泄物沉降到深海；在沉降过程中，部分有机碳被分解，剩余部分最终沉积到海底沉积物中，从而将表层富含碳的生物质输送到深海或长久储存。在当前气候变化背景下，海洋变暖和层化加剧可能导致混合层变深，表层更新速率减慢，从而可能增加有机碳在表层停留的时间，改变细菌分解作用的效率，进而可能降低生物泵的效率或将泵的传输速率转向垂直方向，这些变化都会影响碳向深海的汇积。解析思路：此题考察对生物泵过程的理解及其对气候变化响应的分析能力。需清晰描述生物泵的三个主要阶段（生产、同化、沉降/分解），然后结合气候变化（变暖、层化）的影响，分析其对生物泵各个环节可能产生的效应，并推测对泵效率或传输特性的可能改变。四、答案：全球海洋变暖导致海水膨胀，同时表层海水温度升高，热容增加，这通常会导致海洋混合层深度（MLD）增加。较深的混合层意味着表层水体与深层水体的交换更为频繁和充分。这可能带来的后果包括：增加表层营养盐的消耗速率，可能改变表层初级生产力的时空分布；增强海洋生物泵中有机物的向下输运效率；可能改变海洋碳循环的格局；影响海洋层化程度和垂直交换过程。解析思路：此题考察对变暖影响MLD的机制理解，以及对深混合层潜在后果的分析。首先要说明变暖如何导致MLD增加（热膨胀和温度升高），然后分析深MLD对表层生产力、营养盐、生物泵、碳循环等可能产生的连锁影响。五、答案：Argo浮标是全球海洋观测网络中的关键组成部分，它通过自主漂流，在全球范围内（主要是表层至2000米深度）进行温盐测量，并通过卫星传输数据，为研究海洋环流、海气相互作用、气候变暖等提供了时空分布均匀、高密度的温盐数据，是理解现代海洋状态和变化的重要工具。除了Argo，重要的现代海洋观测技术还包括：海洋卫星遥感技术（如监测海面高度、海面温度、海色、海面风场等）；水下自主机器人（AUV/ROV，用于深海高精度探测、采样和成像）；岸基和海底观测台阵（如tidegauges,ADCP,seismometers,hydrophones，用于长期监测海流、海浪、地震、噪声等）；船基观测（进行各种水文、化学、生物采样和分析）。解析思路：此题要求列举重要技术和说明其作用。首先要准确描述Argo的作用和数据特点。然后列举至少两种其他类型的观测技术，并简述其功能和应用范围，体现对多种观测手段的了解。六、答案：海洋沉积物可以记录古海洋环境的物理（如温度、盐度、深度、沉积速率）、化学（如元素地球化学、同位素地球化学）和生物（如有孔虫、放射虫等微体古生物化石、生物标志物）信息。例如，通过分析沉积物中特定有孔虫类群的种类组成和生态习性，可以推断古海洋的表层温度和盐度。因为不同的有孔虫种类对环境条件（特别是温度和盐度）有特定的适应范围，通过统计沉积岩中这些指示种类的相对丰度，可以重建过去相应水体的古环境条件。同位素比率（如δ¹³C,δ¹⁸O）的变化也可以反映古温度和古生产力等信息。解析思路：此题考察对沉积物记录信息的理解以及实例分析能力。首先要说明沉积物能记录哪些方面的古环境信息。然后选择一个具体指标（如化石或同位素），阐述其与特定古环境参数（如温度、盐度）之间的响应关系和重建机制，要求解释清晰。七、答案：OMZ的成因主要是海洋中层的缺氧环境，通常由以下因素共同作用形成：充足的有机物输入（如来自表层生产的有机物沉降或陆源物质输入）；强烈的层化（由温度和盐度差异引起），阻止氧气从表层向下扩散；以及微生物（主要是好氧异养细菌）对有机物的分解消耗。在当前气候变化背景下，海洋变暖加剧了垂直层化，导致氧MinimumZone扩张和加深，意味着更多海域处于缺氧状态。这可能导致：底层鱼类和底栖生物的栖息地丧失或分布范围缩小，生物多样性下降；缺氧过程可能释放溶解在沉积物中的甲烷等温室气体，加剧全球变暖；影响海洋碳泵效率，因为缺氧可能改变有机碳的分解路径和速率。解析思路：此题考察对OMZ成因和影响的理解。需清晰解释OMZ形成的物理（层化）和生物地球化学（有机物分解耗氧）条件。然后分析气候变化（变暖、层化加剧）如何导致OMZ扩张加深，并阐述其可能引发的生态、温室气体和碳循环方面的连锁效应。八、答案：导致珊瑚礁白化现象的主要生理机制是：当海水温度异常升高超过珊瑚共生藻（zooxanthellae）的耐受阈值时，会引起珊瑚共生藻与珊瑚宿主之间的生理失衡。具体表现为共生藻产生氧化应激，损伤其光合作用器官（叶绿体），并可能从宿主组织中大量迁移甚至死亡。共生藻是珊瑚获取大部分能量和营养素的主要来源，其大量损失导致珊瑚宿主能量亏缺，无法维持正常的生理功能，尤其是骨骼钙化作用受到抑制。最终，珊瑚失去其主要的颜色来源（来自共生藻），呈现出白色的骨骼，即白化状态。当前主要的珊瑚礁保护或恢复策略包括：建立海洋保护区（MPAs）减少局部人类干扰（如过度捕捞、污染、破坏）；珊瑚苗圃培育和移植；珊瑚再生技术（如微碎片化、辅助进化）；珊瑚礁修复结构（如人工鱼礁）；以及应对气候变化根源的措施（减少温室气体排放）。这些策略各有局限性，如保护区效果受限于Enforcement，移植成活率难保证，技术方法成本高、大规模应用挑战大，应对气候变化则需要全球合作且效果显现缓慢。解析思路：此题要求解释珊瑚白化的核心生理机制，并列举主要保护恢复策略及其优缺点。首先要深入解释白化过程中的关键生物（共生藻）作用及高温胁迫的生理反应链。然后列出几种主流策略，并简要分析每种策略的作用机制及其面临的实际挑战或局限性。九、答案：风生混合的主要驱动机制是风应力作用于海面，通过剪切应力直接混合表层水体，并通过产生波浪和剪切梯度驱动近表层水体运动，引发混合。风生混合主要影响海洋混合层，其强度受风力、水深、表面风应力拖曳系数等因素影响。内波混合是由海洋中层的密度界面受到扰动（如潮汐力、风应力、海底地形等）而波动所引发的混合。内波向上发展破裂时，可以将底层较冷、较咸的水体卷混到上层，向下发展破裂则混合深层水。内波混合主要发生在温跃层、盐跃层等密度界面附近，对维持跃层结构和促进深层与表层的水体交换至关重要。人类活动（如大型航运）可能通过以下方式影响混合：船舶螺旋桨和推进器的搅拌作用可以直接在局部区域产生混合；大型船舶的快速航行可能产生船行波，加剧近表层混合；改变局地海流结构也可能间接影响内波的生成和传播，从而影响内波混合。解析思路：此题要求区分并解释两种主要的混合机制，并说明人类活动的影响。需清晰定义并阐述风生混合和内波混合的驱动力、作用过程和主要影响区域。然后分析大型航运等活动可能对这两种混合产生的具体影响方式。十、答案：海洋碳循环在调节大气CO2浓度方面起着关键的缓冲作用。主要通过以下过程：海洋吸收大气中约25-30%的人为CO2排放，通过物理过程（气体交换）和生物过程（光合作用固定）将碳移入海洋；海洋生物通过光合作用将大气CO2转化为有机物，并通过生物泵将碳输送到深海或沉积物中，实现碳的长期储存；海洋中的溶解有机碳（DOC）和颗粒有机碳（POC）也可以在深海被长期埋藏。当前人类活动对海洋碳汇能力的主要威胁包括：海洋变暖导致气体交换可能减弱（因CO2溶解度下降、表层密度降低抑制对流）；海洋酸化影响浮游植物生长、生物泵效率以及钙化生物的存活，可能降低碳向深海的输出；海洋层化加剧可能减少表层与深层的水体交换，影响碳的垂直输送和埋藏；陆源污染物（如营养盐过量）可能引发有害藻华，改变碳循环路径；气候变化可能改变区域环流模式，影响碳的分布和通量。从科学角度看，增强海洋碳吸收能力的潜在技术或方法包括：通过生物工程手段提高浮游植物的碳固定效率或使其产生更易于沉降的颗粒；利用海洋工程（如人工浮岛、大型藻类养殖场）促进生物