基本介紹
- 中文名：海洋化學
- 外文名：Marine Chemistry
- 性質：化學研究
- 釋義：研究海洋各部分的化學組成
- 歸屬學科：海洋科學
- 研究內容：海水化學、海洋生物化學等
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學科介紹
海洋化學是海洋科學的一門基礎學科，主要從化學物質的分布變化和運移的角度，來研究海水及海洋環境中的化學問題，故有突出的地區性特點。它既研究海洋中各種巨觀化學過程，如不同水團在混合時的化學過程、海洋和大氣的物質交換過程、海水和海底之間的化學通量和化學過程等。也研究海洋環境中某一微小區域的化學過程，如表面吸附過程、絡合過程、離子對的締合過程等。
由於海洋是一個綜合的自然體系，在海洋的任一個空間單元中，常可能同時發生物理變化、化學變化、生物變化和地質變化，這些變化往往交織在一起。因此化學海洋學要同物理海洋學、生物海洋學和地質海洋學相互滲透和相互配合，才能全面地研究海洋學問題。
海洋資源化學主要研究從海洋水體、海洋生物體和海底沉積層中開發利用化學資源的化學問題。對海洋資源的開發，早期是從海水提取無機物，包括製鹽、滷水或海水的綜合利用，比如提取芒硝、鉀鹽、溴、鎂鹽或其他含量較低的無機物；近代還研究海水淡化、海水提鈾、海洋生物天然產物的分離等。
此外，開發海洋的工程設施，存在一些亟待解決的化學問題，諸如金屬在海水中的腐蝕，防止生物對設備或船體的污著等，也是海洋化學所研究的內容。
資源概況
海洋化學也稱化學海洋學，它是海洋科學的四大基礎學科之一。海洋化學研究海洋環境中化學物質的分布、轉移、循環的規律及其在開發利用中的化學問題。海水的成分非常複雜，全球海洋的含鹽量就達5億億噸，還含有大量非常稀有的元素，是地球上最大的礦產資源庫。海洋資源的持續利用是人類生存發展的重要前提，目前，全世界每年從海洋中提取淡水20多億噸、食鹽5000萬噸、鎂及氧化鎂260多萬噸、溴20萬噸，總產值達6億多美元。水是生命之源，世界上缺水的地區越來越多，海水淡化已成為獲得淡水資源重要的途徑，所有這些都是海洋化學要研究的，海洋化學的研究和海洋開發正方興未艾，必將越來越多的造福人類。
水荒目前已成為世界性的問題，是制約社會進步和經濟發展的瓶頸。據統計，全球用水總量每15年就翻一番，到2030年地球上將有1/3的人口面臨淡水資源危機。地球的表面雖然有71%被水覆蓋，但其中96.5%是海水，還有15%是鹹水，在餘下的2.5%的淡水中，又有69%是人類難以利用的兩極冰蓋。人類可利用的淡水只占全球水總量的0.77%。有人比喻在地球這個大水缸里可用的淡水只有一湯匙。合理節約用水是可持續發展的重要課題，然而，節水並不能增加淡水的總量。大量地利用海水自然而然地就成為21世紀解決淡水缺乏的主要途徑。
吉達納濾—反滲透海水淡化工藝流程海水直接利用是用海水代替淡水作為工業用水和生活用水。到21世紀上半葉，隨著海洋生物污損防治技術的提高和耐腐蝕材料的進一步發展，沿海城市的絕大部分工業冷卻水都將採用海水。海水沖廁會得到大面積推廣。 海水淡化是海水利用的重點，到了21世紀中葉，也許我們會看到這樣一個景象，每個島嶼或缺水的沿海城市都建有海水淡化工廠。這些工廠里大多採用蒸餾法和反滲透技術來製取淡水。到時候全世界使用的水資源中有1/5以上來自海洋。反滲透法是利用孔徑比納米還細小的半透膜濾去鹽分來製取淡水的。另外，還有人構想由於反滲透法製取淡水是在一定的壓力下實現的，假如把海水淡化裝置放在海底，就可以利用海水自身的壓力來獲取淡水，對海上城市或石油鑽井平台非常實用。出海遠洋只要帶一台海水淡化設備就可以滿足船上的淡水供應。採用蒸餾法製取淡水，主要是利用熱能來實現的，在有核電站和熱電廠的條件下採用這種技術可以充分利用電廠餘熱大大減少能耗。海水化學資源通常是指可從海水中開發的經濟物質，例如食鹽。
研究內容
在廣泛的實踐中，化學海洋學研究的內容主要有以下四個方面：
一是海水化學；
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相關書籍二是海洋沉積物化學；
三是活體海洋生物化學；
四是海洋界面物理化學及與界面物相互作用的化學。
因此，化學海洋學相對於海洋學的其他分支學科來說，所描述的內容和範圍要更多、更廣泛一些。具體來講，化學海洋學主要是研究和測定海水的同位素、元素及分子能級，或者說，它是研究海洋中有機物和無機物的組成，包括這些物質的基本特性、來源、構造模式，還有在海洋地質、生物、物理、氣象等領域中的特殊作用。
研究人員
為了有效地進行綜合研究，從事化學海洋學的人員，它不僅必須是一個化學家，而且還必須具備海洋領域裡的相關學科的知識。例如，物理海洋學、地質海洋學、生物海洋學和海洋氣象學和工程等更為廣泛、更為豐富的實際知識。海洋化學家需要闡明和解釋的是，發生在一個無比巨大反應器--海洋中的大量的、複雜的化學作用和變化過程。實際上，它包括了從海洋微生物，到鯨類在內的無數海洋生物有關的所有生物化學變化。從巨觀的水體循環過程和混合作用，到局部海區的物質化學變化過程。從海洋中存在著所有已知的含量非常之小，僅有水分子的百萬分之一天然元素，到種類繁多的有機大分子的形成和衰亡過程等，都是化學海洋學涉足的領域，因此，可以這樣說，整個海洋科學研究都與化學知識和相關的化學技術，有著十分密切的關係。這就是一般意義上的化學海洋學。
當前，隨著研究的深入和廣泛，化學海洋學已從研究海水中元素和物質的含量、組成、分布為主要內容的研究，進入到以研究元素存在形式和它的化學性質階段，即海水化學模型研究階段；從均相水體的研究，發展到非均相界面的研究。這已成為世界許多國家化學海洋學研究的前沿。例如，國際海洋界普遍關注的海-氣界面、海底-海水界面、懸浮體-海水界面、生物體-海水界面、河水-海水界面等為主要內容的研究，同時，人們從多維時空入手，注重對全球變化直接發生關係的海洋生物地球化學過程，以及全球海洋通量研究。現代化學海洋學的研究對象，已從原有的簡單無機物，發展到比較複雜的有機物、海洋高大分子化合物、懸浮離子的沉積物，以及海洋生物及其動植物屍體等。對研究對象來說，已從探討研究海洋的簡單化學過程，發展到多採用海洋學範圍以外的一些高新技術手段等。例如，中子活化分析、質譜儀、X射線螢光分析、原子吸收光譜測定法、放射化學分析法等技術，都被用來確定海水的組成及理化分析。除此之外，各種各樣的分析技術和方法，也被廣泛用於海水化學成分的測定。
發展歷史
國際發展
1670年前後，英國玻意耳研究了海水的含鹽量和海水密度變化的關係，這是海洋化學研究的開始。1819年，馬塞特發現世界大洋海水中主要成分的含量之間，有幾乎恆定的比例關係。1884年，迪特馬爾發表了他對英國“挑戰者”號調查船在1873～1876年間所採集的77個海水樣品進行分析的結果，進一步證實了世界大洋海水中，各主要溶解成分的含量之間的恆比關係。1900年前後，丹麥克努曾等學者建立了氯度、鹽度和密度的測定方法。20世紀30年代，芬蘭布赫建立了海水中碳酸鹽各存在形態的濃度計算方法。英國哈維系統地研究了海水中氨、磷、矽等元素的無機鹽對浮游生物的營養作用，於1955年出版了他的《海水的化學與肥度》一書，它成為當時關於海洋生物生產力的化學的經典著作。
納濾—反滲透海水淡化組合工藝
納濾—反滲透海水淡化組合工藝1959～1962年，瑞典物理化學家西倫和美國地球化學家加勒爾斯等人先後運用物理化學原理，對海水中各類化學平衡進行了一些定量的研究，使化學海洋學從定性描述階段逐步過渡到定量理論研究階段，初步建立了海洋物理化學的理論體系。同時，隨著對一些元素的地球化學問題的深入研究，逐漸形成了海洋地球化學，它研究海洋中各種元素的化學過程，是化學海洋學的一個重要分支。
根據1971～1980年“國際海洋調查十年規劃”，進行了“海洋斷面地球化學研究”等一系列課題的研究，弄清了大洋中許多物質的時空變化，提出了揭示大洋化學特徵的全球模式，使化學海洋學得到新的發展。當前進行的“海洋瞬時示蹤劑”研究計畫，將更深入地探索海洋中的一些規律。
國內研究
建國後，海洋化學研究工作受到重視。50年代，開始了海洋化學的全面調查工作。1958～1960年，中國科學院海洋研究所等單位在渤海、黃海、東海和南海進行了海水氯度、鹽度、溶解氧、pH、矽酸鹽、磷酸鹽等要素的含量和分布變化的普查工作，並對中國近海的水化學特徵進行了比較系統的分析研究。
海洋化學-海鹽
海洋化學-海鹽50年代初，結合局部海區的漁場調查，中國科學院海洋研究所和黃海水產研究所等單位進行了海水營養鹽分析。50年代末，利用全國海洋普查化學資料，國家科委海洋組辦公室組織力量全面開展了近海水域中各種化學要素（氯度、鹽度、溶解氧、pH、磷酸鹽、矽酸鹽、硝酸鹽等）的含量、分布、變化以及其與海洋生物、水文、地質環境的關係，總結了各海區的水化學特點。重點研究了長江口、黃河口、珠江口、膠州灣、渤海灣等重要河口和海灣的水文化學特徵；研究了河口海水的化學組成、分布的數學模式；對基本化學要素的分布、變化機製作了較深入的分析研究。研究工作取得了不少成果，為物理海洋學研究和海洋資源開發提供了必要的資料。
海洋資源化學研究
60年代，中科院海洋研究所、國家海洋局一所、山東海洋學院，主要研究從海水或海水製鹽苦鹵分離、提取化學資源的技術及其有關理論問題。海水製鹽苦鹵資源綜合利用方面，已經研究了30多種化學產品的提取技術和方法。其中，可工業化生產的有氯化鉀、溴素、硼酸、氯化鎂、硫酸鎂等10幾種。
海水提鈾的研究
60年代中期開始研究，70年代以後進展較快。
山東海洋學院、中國科學院海洋所等單位對100多種無機和有機吸附劑進行了篩選，選用了水合氧化鈦、鹼式碳化鋅、硫化鋁、氫氧化鋁、硫酸鈦等無機吸附劑和一些離子交換樹脂等有機吸附劑進行提鈾試驗。此外，還開展了吸附法海水提碘、空氣吹溴和吸附提溴的研究。
海洋地球化學與物理化學研究
60年代中期，中國科學院海洋研究所等單位開展了河口矽酸鹽物理化學過程的研究。重點研究河口矽酸鹽含量變化及其在水合氧化物的有為附過程、海水基本物質物理化學性質，用數學模式分析矽酸鹽在河口的分布、轉移規律的數學模式等。70年代以來，開展了海洋地球化學過程的平衡與動力學問題，不同海域沉積物中重金屬污染情況和沉積物中地球化學要素分布、變化規律的研究以及部分海底沉積物中地球化學要素分布特徵的研究。還進行了長江口水質和底質中營養鹽、重金屬和有機氯的分布特徵等研究。
海洋環境化學研究
海洋化學