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海洋化学教案

 

第一章绪论

目的和要求

  了解海洋化学的研究对象、基本研究内容和主要研究方向;

  培养思维方法和严谨的科学作风;

课时:2学时

授课内容

  海洋化学定义和范围

  海洋化学20世纪的发展回顾和21世纪展望

  海洋化学在国民经济发展中的作用

授课重点

  海洋化学定义和范围

  海洋化学20世纪的发展回顾

本章难点

  “实践-理论-再实践-再理论……”的规律

  海洋化学在国民经济发展中的作用

教学方法

  利用多媒体课堂讲解

  结合前期课程、实践环节的所学知识,启发式教学

教学重点内容提要

  第一节海洋化学定义和范围及发展简史

  (1)基本概念

  化学海洋学(Chemical oceanography):研究海洋环境中各种物质的含量、存在形式、化学组成及其迁移变化规律以及控制海洋物质循环的各种过程与通量,特别是海-气、海-底、海-陆、海-生等界面的地球化学过程与通量,可用“含量、迁移、过程、通量”来概括化学海洋学的研究内容。

  海洋化学(Marine chemistry):研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程,并研究海洋化学资源在开发利用中所涉及的化学问题的科学,是海洋科学的一个分支;它与海洋生物学,海洋地质学和海洋物理学等有密切关系。

  区别:海洋化学是研究海水或是海洋中物质的化学,是以化学为主。

化学海洋学是用化学的方法来研究海洋

  (2)海洋化学发展简史

  我国古代公元前5世纪的“易经”中,已谈到作为海洋组成的水是:“水为天地信,顺气而潮”,说明了水—潮汐—月亮三者的关系。

  古代齐国,因海水制盐而成为“七强”之一。生产盐则欲知海洋盐度。

  在宋仁宗年间(1023~1063)已有用莲子作比重计测定海水盐度。

  1670Boyle,海水含盐量与密度关系

  1770Lavoisier,测定了海水的成分

  1873-1876,英国“挑战者”号在大西洋、太平洋和南大洋的全球性首航。调查内容:海洋气象要素、水温、海流、海水化学成分、海洋生物和海底沉积物等

  1819Massett,海水主要溶解成分恒比关系

  1884Dittmar77个水样,证实海水中7种主要成分的含量之间具有恒比关系—海水中主要溶解成分的恒比定律

  1893Nanson,颠倒采水器

  1925-1927,德国“流星”号海洋物理调查,大洋中脊和裂谷,海洋环流,热量、水量平衡

  1947-1948,瑞典“信天翁”号

  1949-1958,前苏联“勇士”号,发现马里亚纳海沟

  1900年前后,丹麦M. 克纽森(Knudsen)等建立了氯度、盐度和密度的测定方法。

  20世纪30年代芬兰K. 布赫(Buch)建立了海水中碳酸盐体系中各种存在形式的浓度的计算方法。

  (3理论化的代表性人物和工作

  Sillen,“海水物理化学”

  Garrels,“海水化学模型”

  Goldberg,“海水中元素的逗留时间”

  Broecker,“箱式模型”

  张正斌和刘莲生,“海水中液—固界面分级离子/配位子交换理论”

  (4)海洋研究的国际合作计划

  国际海洋十年调查规划IDOE

  海洋断面地球化学研究GEOSECS

  全球变化研究计划IGBP

  全球海洋通量联合研究JGOFS

  海岸带陆海相互作用计划LOICZ

  全球海洋真光层计划GOEZS

  热带海洋与全球大气研究TOGA

  全球海洋生态动力学研究GLOBEC

  全球海洋观测系统GOOS

  表面海洋—低层大气研究 SOLAS

  IMBER

  GEOTRACE

  第二节海洋资源开发利用

  1、海洋石油及其化工

  无论从储量估计和开发趋势看,海洋油气资源的开发有重大的战略意义

  世界海洋石油储量约1350亿t,天然气约140万亿m3,分别是地球油气总储量的45%和50%。

  从海上油气实际开发情况看,1989年世界近海已查明石油储量为365.6亿t,天然气30.1万亿m3;海上石油产量7.42亿t,天然气为3078.1亿m3。两者分别占世界油气总量的25%和20%。

  2、海盐工业和海水综合利用

  世界海盐年产总量4000t左右。我国1978年产量为1540t,居世界首位。这一格局至今没有巨大变更。

  海盐生产除了沿用盐田法外,目前已应用工业高效蒸发、电渗析方法等生产海盐。总的趋势后者必将替代前者。

  3、由海水生产的无机化学物质

  4、海水的综合利用

  用于国防和原子能发电的核燃料铀,海洋中储量达42亿t,比陆地上铀储量大2000倍。作为热核能源的氘和锂。

  5、海洋矿物

  世界洋底广泛分布着多金属结核矿物。据初步估计,世界大洋底多金属结核资源约为3万亿t,其中半数(1.7万亿t)在太平洋。目前国际上一些国家(包括我国在内)已在太平洋某些海域进行了有关多金属结核资源的详细勘探,并进而研究它们的综合利用问题。

课程要求

  课前要预习,上课认真听讲,课后必须复习,基本概念、原理、理论及各类标志一定掌握。

课堂讨论问题

  我国现在对海洋化学有什么认识,对海洋资源的开发利用有什么进展?

本章小结

  化学海洋学(Chemical oceanography):研究海洋环境中各种物质的含量、存在形式、化学组成及其迁移变化规律以及控制海洋物质循环的各种过程与通量,特别是海-气、海-底、海-陆、海-生等界面的地球化学过程与通量,可用“含量、迁移、过程、通量”来概括化学海洋学的研究内容。

  化学海洋学是一门年轻的学科,其间经历了化学海洋学的孕育、早期探索与分析、海洋营养盐的调查和研究、海水分析化学的发展、海洋物理化学的发展、深海大洋的探索,海洋对全球变化的影响应与反馈等研究发展阶段,已成为海洋科学的重要分支学科之一。在海洋资源的开发,利用海洋环境问题的解决等方面起着不可替代的作用。

思考题

  1、海洋与其他水体相比具有的特性有哪些?

  2、化学海洋学和海洋化学有什么区别和联系?

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