海洋化学

海洋科学分支

海洋化学是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，以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学。海洋化学是海洋科学的一个分支，具有自己明确的研究目标，同时和海洋生物学、海洋地质学、海洋物理学等有密切的关系。

学科介绍

海洋化学是海洋科学的一门基础学科，主要从化学物质的分布变化和运移的角度，来研究海水及海洋环境中的化学问题，故有突出的地区性特点。它既研究海洋中各种宏观化学过程，如不同水团在混合时的化学过程、海洋和大气的物质交换过程、海水和海底之间的化学通量和化学过程等。也研究海洋环境中某一微小区域的化学过程，如表面吸附过程、络合过程、离子对的缔合过程等。

由于海洋是一个综合的自然体系，在海洋的任一个空间单元中，常可能同时发生物理变化、化学变化、生物变化和地质变化，这些变化往往交织在一起。因此化学海洋学要同物理海洋学、生物海洋学和地质海洋学相互渗透和相互配合，才能全面地研究海洋学问题。

海洋资源化学主要研究从海洋水体、海洋生物体和海底沉积层中开发利用化学资源的化学问题。对海洋资源的开发，早期是从海水提取无机物，包括制盐、卤水或海水的综合利用，比如提取芒硝、钾盐、溴、镁盐或其他含量较低的无机物；近代还研究海水淡化、海水提铀、海洋生物天然产物的分离等。

此外，开发海洋的工程设施，存在一些亟待解决的化学问题，诸如金属在海水中的腐蚀，防止生物对设备或船体的污着等，也是海洋化学所研究的内容。

资源概况

海洋化学也称化学海洋学，它是海洋科学的四大基础学科之一。海洋化学研究海洋环境中化学物质的分布、转移、循环的规律及其在开发利用中的化学问题。海水的成分非常复杂，全球海洋的含盐量就达5亿亿吨，还含有大量非常稀有的元素，是地球上最大的矿产资源库。海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提，目前，全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨，总产值达6亿多美元。水是生命之源，世界上缺水的地区越来越多，海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径，所有这些都是海洋化学要研究的，海洋化学的研究和海洋开发正方兴未艾，必将越来越多的造福人类。

水荒目前已成为世界性的问题，是制约社会进步和经济发展的瓶颈。据统计，全球用水总量每15年就翻一番，到2030年地球上将有1/3的人口面临淡水资源危机。地球的表面虽然有71%被水覆盖，但其中96.5%是海水，还有1.5%是咸水，在余下的2.5%的淡水中，又有69%是人类难以利用的两极冰盖。人类可利用的淡水只占全球水总量的0.77%。有人比喻在地球这个大水缸里可用的淡水只有一汤匙。合理节约用水是可持续发展的重要课题，然而，节水并不能增加淡水的总量。大量地利用海水自然而然地就成为21世纪解决淡水缺乏的主要途径。

目前全世界对海水的利用，主要包括海水直接利用、海水淡化和开发海水化学资源三大体系。

海水直接利用是用海水代替淡水作为工业用水和生活用水。到21世纪上半叶，随着海洋生物污损防治技术的提高和耐腐蚀材料的进一步发展，沿海城市的绝大部分工业冷却水都将采用海水。海水冲厕会得到大面积推广。海水淡化是海水利用的重点，到了21世纪中叶，也许我们会看到这样一个景象，每个岛屿或缺水的沿海城市都建有海水淡化工厂。这些工厂里大多采用蒸馏法和反渗透技术来制取淡水。到时候全世界使用的水资源中有1/5以上来自海洋。反渗透法是利用孔径比纳米还细小的半透膜滤去盐分来制取淡水的。另外，还有人设想由于反渗透法制取淡水是在一定的压力下实现的，假如把海水淡化装置放在海底，就可以利用海水自身的压力来获取淡水，对海上城市或石油钻井平台非常实用。出海远洋只要带一台海水淡化设备就可以满足船上的淡水供应。采用蒸馏法制取淡水，主要是利用热能来实现的，在有核电站和热电厂的条件下采用这种技术可以充分利用电厂余热大大减少能耗。海水化学资源通常是指可从海水中开发的经济物质，例如食盐。

研究内容

在广泛的实践中，化学海洋学研究的内容主要有以下四个方面：

一是海水化学；

二是海洋沉积物化学；

三是活体海洋生物化学；

四是海洋界面物理化学及与界面物相互作用的化学。

因此，化学海洋学相对于海洋学的其他分支学科来说，所描述的内容和范围要更多、更广泛一些。具体来讲，化学海洋学主要是研究和测定海水的同位素、元素及分子能级，或者说，它是研究海洋中有机物和无机物的组成，包括这些物质的基本特性、来源、构造模式，还有在海洋地质、生物、物理、气象等领域中的特殊作用。

研究人员

为了有效地进行综合研究，从事化学海洋学的人员，它不仅必须是一个化学家，而且还必须具备海洋领域里的相关学科的知识。例如，物理海洋学、地质海洋学、生物海洋学和海洋气象学和工程等更为广泛、更为丰富的实际知识。海洋化学家需要阐明和解释的是，发生在一个无比巨大反应器--海洋中的大量的、复杂的化学作用和变化过程。实际上，它包括了从海洋微生物，到鲸类在内的无数海洋生物有关的所有生物化学变化。从宏观的水体循环过程和混合作用，到局部海区的物质化学变化过程。从海洋中存在着所有已知的含量非常之小，仅有水分子的百万分之一天然元素，到种类繁多的有机大分子的形成和衰亡过程等，都是化学海洋学涉足的领域，因此，可以这样说，整个海洋科学研究都与化学知识和相关的化学技术，有着十分密切的关系。这就是一般意义上的化学海洋学。

当前，随着研究的深入和广泛，化学海洋学已从研究海水中元素和物质的含量、组成、分布为主要内容的研究，进入到以研究元素存在形式和它的化学性质阶段，即海水化学模型研究阶段；从均相水体的研究，发展到非均相界面的研究。这已成为世界许多国家化学海洋学研究的前沿。例如，国际海洋界普遍关注的海-气界面、海底-海水界面、悬浮体-海水界面、生物体-海水界面、河水-海水界面等为主要内容的研究，同时，人们从多维时空入手，注重对全球变化直接发生关系的海洋生物地球化学过程，以及全球海洋通量研究。现代化学海洋学的研究对象，已从原有的简单无机物，发展到比较复杂的有机物、海洋高大分子化合物、悬浮离子的沉积物，以及海洋生物及其动植物尸体等。对研究对象来说，已从探讨研究海洋的简单化学过程，发展到多采用海洋学范围以外的一些高新技术手段等。例如，中子活化分析、质谱仪、X射线荧光分析、原子吸收光谱测定法、放射化学分析法等技术，都被用来确定海水的组成及理化分析。除此之外，各种各样的分析技术和方法，也被广泛用于海水化学成分的测定。

发展历史

国际发展

1670年前后，英国玻意耳研究了海水的含盐量和海水密度变化的关系，这是海洋化学研究的开始。1819年，马塞特发现世界大洋海水中主要成分的含量之间，有几乎恒定的比例关系。1884年，迪特马尔发表了他对英国“挑战者”号调查船在1873～1876年间所采集的77个海水样品进行分析的结果，进一步证实了世界大洋海水中，各主要溶解成分的含量之间的恒比关系。1900年前后，丹麦克努曾等学者建立了氯度、盐度和密度的测定方法。20世纪30年代，芬兰布赫建立了海水中碳酸盐各存在形态的浓度计算方法。英国哈维系统地研究了海水中氨、磷、硅等元素的无机盐对浮游生物的营养作用，于1955年出版了他的《海水的化学与肥度》一书，它成为当时关于海洋生物生产力的化学的经典著作。

1959～1962年，瑞典物理化学家西伦和美国地球化学家加勒尔斯等人先后运用物理化学原理，对海水中各类化学平衡进行了一些定量的研究，使化学海洋学从定性描述阶段逐步过渡到定量理论研究阶段，初步建立了海洋物理化学的理论体系。同时，随着对一些元素的地球化学问题的深入研究，逐渐形成了海洋地球化学，它研究海洋中各种元素的化学过程，是化学海洋学的一个重要分支。

根据1971～1980年“国际海洋调查十年规划”，进行了“海洋断面地球化学研究”等一系列课题的研究，弄清了大洋中许多物质的时空变化，提出了揭示大洋化学特征的全球模式，使化学海洋学得到新的发展。当前进行的“海洋瞬时示踪剂”研究计划，将更深入地探索海洋中的一些规律。

国内研究

海洋化学的研究，在30年代青岛观象台有胶州湾进行盐度、pH、硅酸盐等测定；40年代，朱树屏结合海区生物生产力研究，在海洋化学方面作了许多研究工作。

建国后，海洋化学研究工作受到重视。50年代，开始了海洋化学的全面调查工作。1958～1960年，中国科学院海洋研究所等单位在渤海、黄海、东海和南海进行了海水氯度、盐度、溶解氧、pH、硅酸盐、磷酸盐等要素的含量和分布变化的普查工作，并对中国近海的水化学特征进行了比较系统的分析研究。

80年代，青岛海洋化学研究，已经从描述性工作进入到元素形态、迁移机制、界面通量和物质平衡的研究，从定性研究发展到定量研究。海洋水文化学研究　海洋水文化学，是随着海洋调查的开展而逐步发展起来的。

50年代初，结合局部海区的渔场调查，中国科学院海洋研究所和黄海水产研究所等单位进行了海水营养盐分析。50年代末，利用全国海洋普查化学资料，国家科委海洋组办公室组织力量全面开展了近海水域中各种化学要素（氯度、盐度、溶解氧、pH、磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐等）的含量、分布、变化以及其与海洋生物、水文、地质环境的关系，总结了各海区的水化学特点。重点研究了长江口、黄河口、珠江口、胶州湾、渤海湾等重要河口和海湾的水文化学特征；研究了河口海水的化学组成、分布的数学模式；对基本化学要素的分布、变化机制作了较深入的分析研究。研究工作取得了不少成果，为物理海洋学研究和海洋资源开发提供了必要的资料。

海洋资源化学研究

60年代，中科院海洋研究所、国家海洋局一所、山东海洋学院，主要研究从海水或海水制盐苦卤分离、提取化学资源的技术及其有关理论问题。海水制盐苦卤资源综合利用方面，已经研究了30多种化学产品的提取技术和方法。其中，可工业化生产的有氯化钾、溴素、硼酸、氯化镁、硫酸镁等10几种。

海水提铀的研究

60年代中期开始研究，70年代以后进展较快。

1970年，华东师范大学铀，得到了周恩来总理的高度评价。

山东海洋学院、中国科学院海洋所等单位对100多种无机和有机吸附剂进行了筛选，选用了水合氧化钛、碱式碳化锌、硫化铝、氢氧化铝、硫酸钛等无机吸附剂和一些离子交换树脂等有机吸附剂进行提铀试验。此外，还开展了吸附法海水提碘、空气吹溴和吸附提溴的研究。

海洋地球化学与物理化学研究

60年代中期，中国科学院海洋研究所等单位开展了河口硅酸盐物理化学过程的研究。重点研究河口硅酸盐含量变化及其在水合氧化物的有为附过程、海水基本物质物理化学性质，用数学模式分析硅酸盐在河口的分布、转移规律的数学模式等。70年代以来，开展了海洋地球化学过程的平衡与动力学问题，不同海域沉积物中重金属污染情况和沉积物中地球化学要素分布、变化规律的研究以及部分海底沉积物中地球化学要素分布特征的研究。还进行了长江口水质和底质中营养盐、重金属和有机氯的分布特征等研究。

海洋环境化学研究

中国科学院海洋研究所等单位较早开始对中国海洋放射性元素分布变化规律的研究。80年代，中国科学院海洋研究所和国家海洋局第一海洋研究所等单位深入开展了放射性核素在海洋中的存在形式和迁移变化规律、放射性同位素稀释因子、海水自净能力以及放射性微量元素测定分析方法等研究。还评价了渤海区放射性污染源和污染状况。

随着海洋污染调查研究的进展，海洋环境化学的研究逐步深入。中国科学院海洋研究所及有关单位研究了中国近海各种污染的含量、分布和迁移规律；通过实验室模拟，研究各种海洋污染物以不同形式从大气、陆地进入海水，埋入海底沉积层，进入海洋生物体再返回大气、陆地的过程和运动规律；污染物质随陆地径流入海后的港湾、河口发生的物理化学作用等。

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