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知识信息
四、海洋化学
知识类型:
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内容出处:
《福建省志·海洋志》
图书
唯一号:
130020020230006913
颗粒名称:
四、海洋化学
分类号:
P714
页数:
7
页码:
468-474
摘要:
本文主要介绍了福建省海洋化学领域的研究历程和成就,涵盖了海水分析化学、海洋物理化学、海洋地球化学和同位素海洋化学等方面的研究内容和成果。
关键词:
海洋化学
福建省
内容
海水以氯化钠为主要成分,盐度一般在35左右,而农作物对盐度1的水已不能适应,所以,入海河口大部分河段的水不适于灌溉。北宋时,在莆田木兰溪入海河口段筑造一大型潮闸,称木兰陂,隔开溪海,下御咸潮,上截淡水,灌田万余顷。
《元典章》曾记载元代福建就已利用风日晒盐法。明章潢(1527~1608年)在《古今图书编》介绍:在明嘉靖元年(1522年),晒盐法由福建传入河北长芦,开始在北方沿海推广。“办盐全赖海潮”,盐民总希望纳入高盐度潮水。南宋姚宽《西溪丛语》记述闽中盐场采用鸡蛋或桃仁作为比重计,全沉表示此潮水不宜纳入,全浮则说明盐度高,“卤味重”,适宜纳入制卤。
民国24~25年(1935~1936年),厦门大学黄大恒获庚款资助,率学生陈国珍在厦门海域测量氯度,结果发表于《科学记事》[民国27年(1938年)],是国人最早的海水化学记录。
海洋化学是年轻的海洋学分支学科,始于20世纪50年代末塞林(Sillen)的海水物理化学理论。厦门大学开创中国海洋化学之研究。60年代初,厦大化学系李法西首先向国内介绍Sillen理论,并组建海洋化学教研室,从事教学和科研。70年代中期,他组织同事翻译美国霍思(Home)“海洋化学”一书(科学出版社,1977年)、刘光和胡明辉翻译美国布鲁克(Broecker)“化学海洋学”(科学出版社,1980年)、吴瑜端,杨逸萍,刘光等翻译英国赖利(Riley)等的“化学海洋学第三卷”(科学出版社,1983年)和卢小宁等翻译英国开放大学海洋化学教科书“化学过程”(海洋出版社,1985年,李法西、胡明辉校),为填补“文化大革命”期间中国海洋化学空档、快步追赶国际先进水平提供了学科知识资料。
1994年,在教学讲义基础上,厦门大学郭锦宝正式出版“海洋化学”大学教材(厦门大学出版社)。
1998年,厦门大学胡明辉在中国海洋学会编的《21世纪中国海洋科学和技术展望》一书(海洋出版社)中回顾海洋化学学科的形成、发展,强调学科从溶液化学时代进入海洋地球化学时代,发生了由理科转向地学性质转变。他进而在朱光召主编的《技术进步与学科发展》一书(科学技术出版社,1999年)中展望了新世纪海洋化学可能的发展前景,特别在提高大洋高营养低生产力区域的初级生产力,利用营养的深层海水,可能向人类提供足够200亿人食用蛋白质和巨大能源,以及开发这些可再生资源可能伴随克服温室效应等前景。该书是中华人民共和国成立以来最具权威性的科技综合论文集,由200多位院士和学科权威学者力作汇编而成,以纪念中国科协40周年、国庆50周年,并以迎接新世纪。
(一)海水分析化学
是海洋化学先行的分支学科,研究海洋体系中物质的组份含量。
1960年起,厦门大学化学系、福建化学二所在陈国珍指导下,开始系统地研究海水分析方法。1962~1965年,陈国珍主编《海水分析化学》,1965年由科学出版社出版。该书包括17个项目,评述验证,推荐可行方法,为当时国内外最系统、详细的专著。1965~1968年,国家海洋局三所研制成功船用分光光度计,而厦门大学海洋系则在1974年完成船用ph 计的研制。
1973年,国家海洋局委托厦门大学主持修订全国《海洋调查规范•海水化学要素》(1975年出版),统一了国内海洋调查与研究的有关化学要素方法。
1977年起,厦门大学与国家海洋局三所先后承担国家海洋局主持的《海洋污染调查暂行规范》(1977~1980年)、《海洋污染调查规范》(1985~1989年)和《海洋调查规范•海水化学要素国家标准》(1987~1988年)的主要编写任务。1980~1984年,国家海洋局三所和福建海洋所参加《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规程》的海水化学和海洋生物学部分的主编任务。1987~1989年,国家海洋局三所承担了《全国海岛资源综合调查简明规程》中海水化学要素测定和海洋生物调查的编写任务。
1978年起,陈国珍主编《海水痕量元素分析》(1978~1980年)和《生产过程自动分析》(1984~1986年),后书有“海水自动分析”一章。
1982~1983年,联合国环境保护局和国际海洋学会联合组织举办海水、河口水、海洋生物体中重金属、石油烃、有机物与农药的国际实验室互校,国家海洋局三所的成绩,在24个参与国家中名列前茅。联合国政府间海委会为确保全球海洋污染调查数据的可比性,建立了一个方法、标准、互校专家组(GEMSI)。1986年,在泰国举办研讨会,期间,海洋局三所参加了8个痕量重金属测试的国际互校,在6个国家7个实验室中又名列前茅。
1984年,黄自强与英国利物浦大学Berg合作研究阴极溶出伏安法直接测定海水中铀、铁、钒,论文分别发表于国际专业期刊《Anal.Chim.Acta》、《Anal.Chem》及《Elec-troanal.Chem》上。
1994~1998年,厦门市建立海洋环境监测网,使相关单位的海洋分析科技力量得到统一协调,明确分工,避免重复,提高数据质量、可比性和利用率,监测海水(营养盐、叶绿素、溶解/分散石油、大肠菌群、有机磷农药等)、沉积物(有机营养盐、沥青、痕量金属、多氯联苯、有机氯农药、多环芳烃等)和生物体(病原体、痕量金属、多氯联苯、有机氯农药、多环芳烃等)。
(二)海洋物理化学
20世纪60年代初,厦门大学化学系李法西曾运用电介质溶液理论、相图相律,指导解决制卤化工中的一系列实际问题。1964年,李法西发表《河口硅酸盐物理化学过程》,首先提出无机去除机理,即先胶体吸附后逐渐进入内部结构的自生矿一逆风化过程的理论,为国际同行多方引用,成为中国第一篇被国外权威引用的海洋化学论文。此理论在1979年(罗马)、1980年(旧金山)的国际海洋化学学术会议上交流,受到国际同行的重视。
70年代后期起,厦门大学海洋系着重研究海洋环境中固体对痕量金属的吸附过程和沉积物的物理化学。
1973~1983年,国家海洋局三所陈松深入研究阳离子络合交换吸附机理,建立固液界面吸附活化能测定法,用于指导海水提铀,进而探索海洋重金属固液界面过程,提出有关界面转移机制、交换吸附的热力学和动力学理论模式,先后发表论文10多篇,这两项研究均获国家海洋局科技成果二等奖。1989年,陈松综合多年来在海洋重金属固-液界面过程的研究结果,对重金属在海洋沉积物一海水界面转移作了较定量系统的介绍,认为转移过程主要受铁-锰氧化物和有机物所控制。李锦霞等与加拿大海洋研究所的Johnson、黄志诚合作,进行重金属从沉积物释放到海水的研究,认为弱结合态的重金属可能通过解吸和交换释放出来,又在海水中形成络合物,或被吸附在悬浮物上又沉降。
1999年,国家海洋局三所陈松等著有《海洋沉积物-海水界面过程研究》一专著,由海洋出版社出版。该书总结作者们近30年的研究成果,包括:海洋沉积物金属的分布和转移;金属在沉积物和水合氧物一海水体系的界面转移;河口港湾区生源物质的转移和泥砂絮凝。作者表述从现场调查、理论研究到实际应用、从河口港湾到深海远洋、从热力学到动力学研究途径,自成一个比较完整系统的体系。
(三)海洋地球化学
1980~1982年,国家海洋局三所、厦门大学参加中美东海陆架沉积过程联合调查。美国麻省理工学院Edmond与厦门大学胡明辉等联合发表调研论文《长江口化学动力学》,引起国际同行重视。胡明辉与Edmond等还合作研究中国一些大河主要离子化学,估算其入海通量,论文发表于世界最权威的综合性学术专刊《Nature》(London,1982年)上。他的另4篇河水离子与营养盐的论文,曾在第四届河流碳一矿物质国际学术会议(1984年,天津)大会宣读,1987年发表于SCOPE/UNEP及西德汉堡大学学报。林敏基等对东海陆架BHc 和DDT的污染历史和沉积通量作研究,对不同时间尺度内水-沉积物界面上有机农药的沉积输入通量加以估算。
1984~1986年,国家海洋局三所进行台湾海峡西部海域综合调查和南海中部海域调查,利用水化学要素的充分证据,证实在台湾浅滩存在上升流现象,并初步描述其时间变化情况。
1985年,厦大海洋系自制沉积物柱样器,利用蛙人采得长度较大的柱样,该系的间隙水化学研究,在国内居领先地位。1988~1990年,国家海洋局三所陈立奇与美国罗德岛大学海洋研究生院Duce共同牵头,开展中美海气物质交换合作研究。1988年起,国家海洋局三所参加中日黑潮联合调查(1986~1992年),每年两个航次,调研西太平洋二氧化碳海气交换和海洋气溶胶化学,从事大洋尺度二氧化碳循环和酸雨研究。陈立奇等(1993年)分析了南极考察和环球科学考察期间采集的海洋气溶胶样品,发现其铝几乎全来自陆源地壳风化物,而钠、氯则几为海水源。他们(1993年)同时对厦门海域大气气溶胶的特征作了分析。
1986~1988年,胡明辉与加拿大Harrison用生物试验证实了中国沿海河口区浮游植物生长为磷酸盐所限制,突破硝酸盐限制的普遍看法,指出此限制系由流域地表缺磷及农耕施肥比例不当引起的,必须注意在河口控制含磷洗涤剂的使用与排入,防止转化为实质性富营养化污染。论文发表在著名的《J.Exp.Mar.Biol.Ecol.》杂志上。
1990年,厦门大学胡明辉与加拿大Harrison合作,利用放射性示踪技术测定了厦门海域常见的三种浮游植物和双壳类软体动物对硒的吸收积累和摄食转移,发现浮游植物对砸的富集能力很强,花蛤摄食藻类后同化吸收率在50%以上,对砸在海洋食物链中的积累和转移有了定量的估算。随后,他们于1997年再同法国国家科研中心和高等师范学院的海洋生物地球化学研究所所长Martin博士合作,研究海洋浮游植物对不同砸形式的吸收,发现Se (IV)比Se (VI)更容易被吸收。这两项结果都发表在美国的《Mar.Environ.Res.》杂志上。
有关营养盐在近海的生物地球化学问题,90年代研究较系统深入。陈水土等(1993年,1994年,1995年)、陈于望等(1993年)分别对厦门港磷的形式、转化和循环有连续的报导。杨逸萍、胡明辉等(1995年)利用潜在性生物可利用磷的新概念,对长江和九龙江的通量作了估算,并结合赋予形式作了表达。黄自强、暨卫东(1994年)总结了长江口总磷、有机磷和磷酸盐的变化特征和相互关系。陈慈美(1993年)通过研究总结出,厦门港西海域磷的生物地球化学过程和环境容量,主要是由悬浮物的吸附/解吸及生物碎屑的分解过程所控制。陈松等(1993年)模拟研究污水排海时,磷在海水一颗粒物界面交换的动力学过程,确定了转移速率。洪华生等(1994年)以无载体³²P同位素示踪测定了海洋浮游植物和细菌吸收速率。黄邦钦等(1993年)阐述了磷酸盐浓度、温度、光强对海洋浮游植物吸收速率的影响。王海黎等(1995年)对海洋环境中溶解有机磷的生物可利用性进行了探讨。薛雄志等(1995年)认为海水中碱性磷酸酶活性可作为小区域水体富营养化程度的重要参考指标。在国家教委博士点基金资助下,郭卫东等(1998年)针对中国近岸海域富营养化普遍受某营养盐限制的特征,提出了潜在性富营养化的概念,并提出一种新的富营养化分级标准和相应的评价模式。1998年,戴民汉与法国Guieu、Martin等合作,研究了多琯河和西黑海痕量金属的地球化学,成果发表于《Est.Coastal &Shelf Sci》上。
(四)同位素海洋化学
1959年,中国科学院生物物理研究所设厦门工作站,曾采集海水空气、沉降物、雨水以及日常食品样,检测放射性本底和核武器实验后的放射性强度,该站至1972年5月撤销。1963年,中科院华东海洋所始建放射化学组,着手利用放射性示踪剂与海水分析,邹汉阳等用³²P示踪研究海水营养盐的样品固定技术。1974年,国家海洋局三所重建研究组,开展海洋环境样品中一些放射素的分析方法,如建立海水¹³⁷Cs,⁵⁹Fe、⁵⁴Mn和⁹⁰Sr的分析分法,成果编入有关规范和专著中。1976~1979年,福建省职业病防治院参与卫生部主持的海产品放射性调查。
1980年起,厦门大学海洋系与海洋局合作,开展海洋放射性年代学研究,先建立²¹ºPb 测年技术,成功地应用于中美东海陆架沉积过程联合调查,测定了厦门湾、湄洲湾的现代沉积速率。厦门大学海洋系黄奕普等还建立铀系不平衡测年法,研究铀、钍、镭、镨等分离测定法,为国内首创,在国际对比实验中名列前茅。其测定方法较美国流行法简便,后陆续被美、日、印等国科学家采用。他们应用铀系不平衡技术于近岸沉积物的混合速率、深海锰结核、中太平洋北部深海沉积物、古海洋面变化、古海洋学和河口港湾研究,对东澳大利亚珊瑚礁年龄再加评价,纠正了澳Pickett等的结论。由20篇中英学术论文组成的理论研究成果——《海洋环境中铀系不平衡的研究》获国家教委科技进步二等奖(1992年)、中国光华科技基金奖二等奖(1993年)。
1984~1985年,国家海洋局三所曾利用⁶⁵Zn示踪剂研究围隔式海洋生态系的锌生物学过程(中加合作项目)。1987~1988年,国家海洋局三所应用放射示踪沙的方法,观察闽江口底沙运动和厦门港东渡二期工程抛泥区的示踪实验,为航道增深和海港工程提供科学指导。
20世纪90年代,厦门大学海洋系黄奕普及其同事进而运用²H、³H、¹⁸0、²²⁴Ra、²²⁶Ra、²²⁸Ra 等天然、人工放射性及稳定同位素研究海洋学过程,在国家自然科学基金、国家“八五”、“九五”攻关计划、中国首次北极科学考察计划、高校博士点基金等资助下,先后研究了南海东北部、南沙海域、南极普里兹湾及邻近海域、白令海、北冰洋及厦门湾的水体运动;阐明了黑潮水是否及如何入侵南海;揭示南极普里兹湾水团组成和环流特征;探讨了北冰洋和北太平洋的水交换;给出厦门湾水体的垂直涡动混合速率和九龙江河口水流向外海的速率。他们出版的学术专著——《南沙群岛海域的同位素海洋化学》获中国光华科技基金奖三等奖(1996年),他们应用²³⁴Th/²³⁸u不平衡等技术开展了南沙海域、南海北部、南海东北部、南大洋、白令海、楚科奇海和厦门湾真光层的颗粒动力学和海域新生产力的研究,成果由国家教委主持通过专家鉴定,结论为“整体国际先进,部分研究国际领先”。他们所参加的“南沙群岛及其邻近海区综合科学调查研究”获中国科学院科技进步一等奖(1997年)。
1999年,陈敏、黄奕普等继而对九龙江河口区溶解态、颗粒态的铀同位素的地球化学行为进行研究,证实枯、丰水期水体中的铀均呈保守混合。
(五)海洋有机化学
李文权等(1996年)对大亚湾悬浮颗粒中的脂肪酸进行了研究,发现来源于浮游生物的脂肪酸占了总脂肪酸的绝大部分。他们(1997年)继而测定了大亚湾海域颗粒有机物中碳水化合物、蛋白质和类脂的含量,描述了颗粒有机化学组分的分布和变化特征,及其与环境因子及浮游植物的关系。陈松等(1996年)发现,有机物在九龙江口的转移接近于保守行为。王宪等(1997年)对九龙江口三磷酸腺苷(ATP)的分布及与环境因子的关系进行了探讨。洪华生、徐立等(1997年)对香港维多利亚港和厦门港沉积物中的痕量有机污染物的分布、组成、来源和变化趋势等作了对比研究,首次研究了两港湾中的碱性磷酸酶活性,提出了该指标可作为近海水体富营养化程度的重要指标。张珞平等(1996年)对厦门西港表层沉积物中有机氯农药(六六六与滴滴涕)和多氯联苯的含量与分布进行了调查研究,并与香港维多利亚港的情况作比较。温生辉和黄自强(1996年)建立了考虑生化降解的二维非保守有机物污染模式,提出了计算精度,为海洋环境容量的确定提供了依据。1998年,戴民汉与美国Buesseler等合作,研究了海洋有机物的超滤膜离析法,论文发表于(Mar.Chem.)上。
(六)海洋环境化学
1972~1975年,厦门大学海洋系始建环境化学组,参加江、浙、沪两省一市的长江口污染调查及江、浙、闽、沪三省一市的沿海环境污染调查,随后写出有关河口重金属转移机理等论文8篇。
1982~1983年,国家海洋局三所、厦大与厦门市环保所合作,进行厦门港环境污染调查。1986~1987年,国家海洋局三所主办闽江口环境质量调查。这些调查结果表明,福建省沿海海域除个别港湾存在油污和COd (化学耗氧量)超标外,环境质量基本良好。
1984~1985年,加拿大国际开发中心以援助形式,由不列颠哥伦比亚大学海洋系和加拿大海洋研究所派专家来厦门,在国家海洋局三所建立洁净实验室和围隔式海洋生态系。该所作为主要参加单位与加拿大专家合作研究。该试验使用80年代国际先进洁净分析技术研究重金属污染在围隔生态系中的化学行为和生物学效应。厦门成为世界纬度最低区进行围隔式生态系研究成功的地方。1985年,厦门大学胡明辉为组长,带领中方科学家研究组到加拿大国家研究所进行试验,包括污染沉积物、油污等对海洋生态的影响研究。1987年,北京举行海洋围隔式生态试验国际学术讨论会。
20世纪80年代起,厦门大学海洋系开始重视污染物在海洋环境中迁移、归宿和生物毒性的理论研究,包括降解规律、自净能力与海区生物生产力关系、富营养化和赤潮化学;同时也解决一些新建和扩建工程环境影响的评价等实际问题。吴瑜端、陈慈美等对城市污水排海所带来的营养物入海过程存在形式间的转变及其机理,对浮游植物生长的刺激作用和浮游植物种群的交替等进行了系统研究。吕荣辉、乔献芬等研究了九龙江口厦门港水体自净能力、入海通量和人为影响,并对11项污染指标做评估。曾秀山、廖文卓等就厦门港和筼筜湖疏浚物中主要有害物质的释放及其对初级生产力的影响作了较全面的研究。
1996年厦门大学出版《吴瑜端教授海洋环境化学论文集》一书,追念她“在中国率先开拓海洋环境化学领域……先后发表论文百余篇,其中10余篇系用英文发表,在澳大利亚、泰国、日本、荷兰、意大利和香港等国家和地区召开的国际学术会议上宣读,得到国外专家的好评”,该文集收选她的论文40篇。
1997年厦门大学国家教委海洋生态环境实验室出版《海洋生物地球化学过程与生态环境效应研究发展》,作为1996年度报告,由洪华生,郑天凌和陈宗团等编著,除介绍主要学术活动、资助课题外,着重记录近海生物地球化学、生物生态与生理的研究以及新技术与新方法的应用研究等三大部分,其中包括洪华生等“台湾海峡初级生产力及其调控机制研究”、黄宗国的“中国海洋生物多样性保护与可持续利用”和何建邦、田国良的“中国重大自然灾害监测与评估信息系统建设与应用”等一系列优秀论文30篇。
由于在海洋环境保护方面的杰出贡献,厦门大学洪华生于2000年世界环境日被国家环保总局聘请为环境使者,全国共有40人获此殊荣,福建省仅她一人当选。环境使者的职责是:反映环保方面的社情民意,监督各级政府环保主管部门执法和企业单位遵守环保法规情况,并及时向总局反映情况,提出建议;参加总局组织的执法检查和调研活动等。
知识出处
《福建省志·海洋志》
出版者:方志出版社
本志下限至2000年,系统记述福建省海区环境的自然状况以及海洋科技的进步和成就。分海洋地质地貌、物理海洋、海洋生物、海洋化学、海洋科技等6章。
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