海洋科学概览地球科学概论地球与空间科学共12讲.pptx

海洋科学概览海洋科学概览海洋科学概览海洋科学概览地表的地表的72%生命的摇篮生命的摇篮未充分开发未充分开发 的最后疆域的最后疆域最大的资源最大的资源 仓储仓储最主要的气最主要的气 候调节器候调节器海洋的重要性海洋的重要性海洋的重要性海洋的重要性海洋科学研究的海洋科学研究的立体探测技术立体探测技术国际国际国际国际ARGOARGO计划计划计划计划 从显微镜到显宏镜从显微镜到显宏镜 海洋-长期气候变化的根源 海洋-深部与表层的通道 海洋-生命秘密的谜底 海洋-与军事 海洋与资源气候系统的物理方面水循环水循环水循环水循环国际地圈国际地圈生物圈计划生物圈计划(IGBP)世界气候研究计划世界气候研究计划(WCRP)地球系统的生物方面碳循环碳循环碳循环碳循环(生物地球化学循环生物地球化学循环)陆地陆地海洋海洋大气大气全球变化地球系统地球系统过程国际大会地球系统过程国际大会 2001.6.爱丁堡爱丁堡Schellnhuber,1999：“地球系统地球系统”分析分析 与第二次哥白尼革命与第二次哥白尼革命Nature第一次哥白尼革命第一次哥白尼革命 15世纪Schellnhuber,1999Schellnhuber,1999第二次哥白尼革命第二次哥白尼革命 1608年荷兰Z.Jansen发明 显微镜显微镜(microscope)现代技术提供了 “显宏镜显宏镜（macroscope）”哥白尼哥白尼从地球向外看，观察朝外，提出“日心说日心说”替代“地心说”如今用宏观视角认识地球，观察向内，提出了“地球系统地球系统”。从显微镜到显宏镜 海洋海洋-长期气候变化的根源长期气候变化的根源 海洋-深部与表层的通道 海洋-生命秘密的谜底 海洋-与军事 海洋与资源65oN Insolation at 65 Insolation at 65o oN N Ice-sheet in Northern Hemisphere Ice-sheet in Northern Hemisphere米兰柯维奇理论以米兰柯维奇理论以65oN辐射量变化为准辐射量变化为准:引擎引擎开关开关冰盖驱动 与热带驱动The North Atlantic in the global ocean circulation暖室期暖室期冰室期冰室期两极无冰两极无冰单极有冰单极有冰两极有冰两极有冰地球上的暖室期和冰室期地球上的暖室期和冰室期还原型大气圈CO2氧化型O2暖室期冰室期冰期间冰期地球表层系统的不同类型冰期时各圈层的界面不同程度下降CCD深海碳酸盐溶解补偿面厄尔尼诺El Nino:热带太平洋水温图 CariacoLea,2003 MS15万年来的 ENSO强度 -8个时段的巴布亚-新几内亚珊瑚纪录Tudhope et al.,2001ENSO对全球的影响对全球的影响 North Atlantic Oscillations (NOA)北大西洋涛动北大西洋涛动 影响北大西洋深层水 与El Nino 遥相关 Hurrell et al.,2001 Antacrtic Dipole 南极偶极子南极偶极子 南极冰盖边缘的熔融 与El Nino遥相关 Yuan&Martinson,2001拉尼娜期间海洋大气状况拉尼娜期间海洋大气状况厄尔尼诺造成的干旱、洪涝厄尔尼诺造成的干旱、洪涝全球海平面上升全球海平面上升全球海平面上升全球海平面上升44444444厘米后厘米后厘米后厘米后2080208020802080年受影响的人群数量年受影响的人群数量年受影响的人群数量年受影响的人群数量近近5050年来中国沿海海平面平均每年上升年来中国沿海海平面平均每年上升2.62.6毫米，预计到毫米，预计到21002100年年中国沿海海平面将上升幅度中国沿海海平面将上升幅度3030至至7070厘米将对中国的社会经济产厘米将对中国的社会经济产生严重影响，中国海岸线集中了生严重影响，中国海岸线集中了70%70%以上的大城市、以上的大城市、50%50%以上的人以上的人口和口和60%60%的国民经济。的国民经济。为什么冰期时为什么冰期时CO2减少？减少？John Martin (1986):Fe 假说：南大洋、东太平洋等假说：南大洋、东太平洋等 大洋浮游生物群缺铁大洋浮游生物群缺铁“Iron-Ex”(“铁肥实验铁肥实验”)1993-在大洋撒铁可以引起藻类勃发，在大洋撒铁可以引起藻类勃发，生产力增加数十倍生产力增加数十倍-大洋生物泵加强大洋生物泵加强降尘对海洋生产力的影响降尘对海洋生产力的影响Tegen&Fung 1997Fe、冰芯记录、海洋初级生产、海洋生态系统、CO2通量与气候之间的相互关系FeFe冰芯纪录COCO22浮 游 植 物浮 游 动 物2 225FeFeCOCO2 24545万年以万年以万年以万年以来来来来VostokVostok冰芯冰芯冰芯冰芯COCO2 2 记录记录记录记录降尘记录降尘记录降尘记录降尘记录（铁限）铁限）铁限）铁限）Petit et al.(1999)Petit et al.(1999)从显微镜到显宏镜 海洋-长期气候变化的根源 海洋海洋-深部与表层的通道深部与表层的通道 海洋-生命秘密的谜底 海洋-与军事 海洋与资源海底下的海洋大洋中脊系统大洋中脊系统 Mid-Ocean Ridge System 已知热液活动地点已知热液活动地点19771977年年AlvinAlvin号潜水器号潜水器在在GalapagosGalapagos发现独特发现独特的热液生物群的热液生物群黑烟囱 从显微镜到显宏镜 海洋-长期气候变化的根源 海洋-深部与表层的通道 海洋海洋-生命秘密的谜底生命秘密的谜底 海洋-与军事 海洋与资源深海热液活动：深海热液活动：黑烟囱黑烟囱。DSDP 第82航次在海底以下290米亦即玄武岩顶面以下54米处采到的玄武岩。玻璃中纤细的黑线、粘土中和玻璃-粘土交界处的暗色区域，都是微生物的作用下形成的氧化铁。全球洋底以下的微生物量相当于地球表层生物圈的1/10深部生物圈深部生物圈F新陈代谢极度缓慢F有的休眠数十万、数百万年米海底以下750m内细菌数量与埋深的关系ODP 钻孔纪录钻孔纪录Riftia pachyptilaRiftia pachyptila三米长的管状蠕虫三米长的管状蠕虫三米长的管状蠕虫三米长的管状蠕虫热液生态系统热液生态系统热液生态系统热液生态系统 -地球上持续最长、最古老的生态系统？地球上持续最长、最古老的生态系统？地球上持续最长、最古老的生态系统？地球上持续最长、最古老的生态系统？生物地球化学生物地球化学生物地球化学生物地球化学+微生物微生物微生物微生物学学学学+生态学生态学生态学生态学+分子生物分子生物分子生物分子生物学学学学+基因组学基因组学基因组学基因组学=生命的生命的生命的生命的起源起源起源起源+生态系统的起源生态系统的起源生态系统的起源生态系统的起源+海底下生物圈的范围海底下生物圈的范围海底下生物圈的范围海底下生物圈的范围+进化的驱动力进化的驱动力进化的驱动力进化的驱动力有光食物链太阳能黑暗食物链地热 从显微镜到显宏镜 海洋-长期气候变化的根源 海洋-深部与表层的通道 海洋-生命秘密的谜底 海洋海洋-与军事与军事 海洋与资源 冷冷冷冷战战战战结结结结束束束束后后后后，国国国国内内内内外外外外形形形形势势势势、尤尤尤尤其其其其是是是是周周周周边边边边事事事事态态态态与与与与台台台台海海海海局局局局势势势势发发发发生生生生变变变变化化化化，维维维维护护护护国国国国家家家家尊尊尊尊严严严严和和和和领领领领土土土土完完完完整整整整，统统统统一一一一祖祖祖祖国国国国，是是是是目目目目前前前前国国国国家家家家安安安安全全全全和和和和国国国国防防防防建建建建设设设设的的的的首首首首要要要要任任任任务务务务。在在在在高高高高技技技技术术术术条条条条件件件件下下下下，现现现现代代代代战战战战争争争争逐逐逐逐渐渐渐渐成成成成为为为为涉涉涉涉及及及及太太太太空空空空、空空空空中中中中、海海海海面面面面、水水水水下下下下和和和和海海海海底底底底多多多多层层层层空空空空间间间间的的的的立立立立体体体体战战战战争争争争。海海海海洋洋洋洋环环环环境境境境要要要要素素素素信信信信息息息息的的的的获获获获取取取取和和和和预预预预测测测测已已已已成成成成为为为为提提提提高高高高海海海海上上上上战战战战斗斗斗斗力力力力，使使使使武武武武器器器器装装装装备备备备发发发发挥挥挥挥最最最最佳佳佳佳作作作作战战战战效效效效能能能能的的的的关关关关键键键键所所所所在在在在，也也也也成成成成为为为为军军军军事事事事海海海海洋洋洋洋学学学学研研研研究究究究的的的的核核核核心心心心；同同同同时时时时，也也也也必必必必须须须须为为为为国国国国家家家家海域划界提供关键科学依据。海域划界提供关键科学依据。海域划界提供关键科学依据。海域划界提供关键科学依据。冷战结束后，美国关注的研究海域冷战结束后，美国关注的研究海域冷战结束后，美国关注的研究海域冷战结束后，美国关注的研究海域美国海军实验室美国海军实验室/北太平洋北太平洋实时预报系统实时预报系统郑和下西洋1405-1433海洋文化大陆文化 从显微镜到显宏镜 海洋-长期气候变化的根源 海洋-深部与表层的通道 海洋-生命秘密的谜底 海洋-与军事 海洋与资源海洋与资源 海洋提供食物的能力约为全球陆上可耕海洋提供食物的能力约为全球陆上可耕面积的面积的10001000倍，每年可提供倍，每年可提供300300亿人口食用的亿人口食用的水产品。水产品。中国有中国有中国有中国有4 4千万人以渔业为生计千万人以渔业为生计千万人以渔业为生计千万人以渔业为生计（日本产业技术综合研究所（日本产业技术综合研究所Satoh绘制，绘制，2001）日本周日本周边边海海域域天然天然气水合物分布气水合物分布引自引自引自引自ODP190ODP190，196196航次报告航次报告航次报告航次报告引自引自引自引自ODP190ODP190，196196航次报告航次报告航次报告航次报告 浅地壳中天然气水合物的浅地壳中天然气水合物的含碳量是所有化石含碳量含碳量是所有化石含碳量的的2倍。倍。其储量大约相当于煤炭和其储量大约相当于煤炭和常规石油天然气总量的常规石油天然气总量的3倍。倍。日本在南海海槽中发现的天然气日本在南海海槽中发现的天然气 水合物储量可供日本在石油和天水合物储量可供日本在石油和天 然气耗尽后使用然气耗尽后使用140年。年。美国发现的天然气水合物储量也美国发现的天然气水合物储量也 相当可观。相当可观。天然气水合物天然气水合物可能的环境效应可能的环境效应稍有升温或减压，可稍有升温或减压，可稍有升温或减压，可稍有升温或减压，可快速析出快速析出快速析出快速析出CHCH4 4CHCH4 4的温室效应比的温室效应比的温室效应比的温室效应比COCO2 2强十倍强十倍强十倍强十倍可引起地球表面迅速可引起地球表面迅速可引起地球表面迅速可引起地球表面迅速升温升温升温升温百慕大黑三角？百慕大黑三角？国际洋底矿产资源国际洋底矿产资源“跑马圈地跑马圈地”国际水域生物资源南极生物资源国际水域生物资源南极生物资源谢谢 谢谢！