海洋科学概览
2003-12-2
?地表的 72%
?生命的摇篮
?未充分开发
的最后疆域
?最大的资源
仓储
?最主要的气
候调节器
海洋的重要性
海洋科学研究的
立体探测技术
国际 ARGO计划
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
国际地圈 —生物圈计划 (IGBP)
世界气候研究计划 (WCRP)
地
球
系
统
的
生
物
方
面
碳循环
(生物地球化学循环 )
陆地
海洋
大气
全球变化
地球系统
地球系统过程国际大会
2001.6.爱丁堡
Schellnhuber,1999,
, 地球系统”分析
与第二次哥白尼革命 Nature
第一次哥白尼革命 15世纪
Schellnhuber,1999
Schellnhuber,1999
第二次哥白尼革命
? ? 1608年荷兰 Z.Jansen发明
? 显微镜 (microscope)
现代技术提供了
, 显宏镜 （ macroscope）”
? 哥白尼 从地球向外看，观察朝外,
提出, 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, 。
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
65oN
※ Insolation at 65oN
※ Ice-sheet in Northern Hemisphere
米兰柯维奇理论以 65oN辐射量变化为准,
引擎
开关
冰盖驱动
与
热带驱动
The North Atlantic in the global ocean circulation
暖室期 冰室期
两极无冰 单极有冰 两极有冰
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
km
10
5
0
-5
对流层顶
雪线
林线
海平面
CCD
C a C O
3
>1 0 %
<5 %
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
Cariaco
Lea,2003 MS
15万年来的
ENSO强度
---- 8个时段的
巴布亚 -新几内亚
珊瑚纪录
Tudhope et al.,2001
ENSO对全球的影响
? ? North Atlantic Oscillations (NOA)
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
厄尔尼诺造成的干旱、洪涝
全球海平面上升 44厘米后
2080年受影响的人群数量
近 50年来中国沿海海平面平均每年上升 2.6毫米，预计到 2100年
中国沿海海平面将上升幅度 30至 70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 70%以上的大城市,50%以上
的人口和 60%的国民经济。
为什么冰期时 CO2减少？
John Martin (1986),
Fe 假说：南大洋、东太平洋等
大洋浮游生物群缺铁
,Iron-Ex” (“铁肥实验” ) 1993--
在大洋撒铁可以引起藻类勃发,
生产力增加数十倍
--- 大洋生物泵加强
降尘对海洋生产力的影响
Tegen & Fung 1997
Fe,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
Fe Fe
冰
芯
纪
录
CO2
浮 游 植 物
浮 游 动 物
2
25
Fe CO
2
45万年以
来 Vostok
冰芯 CO2
记录
降尘记录
（ 铁限）
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 ---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
Mid-Ocean
Ridge System
已知热液活动地点
1977年 Alvin号潜水器
在 Galapagos发现独特
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 ---生命秘密的谜底
海洋 ---与军事
海洋与资源
深海热液活动,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
?新陈代谢极度缓慢
?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
Riftia pachyptila 三米长的管状蠕虫
热液生态系统
-地球上持续最长、最古老的生态系统？
? 生物地球化学 +微生物
学 +生态学 +分子生物
学 +基因组学 =生命的
起源 +生态系统的起源
+海底下生物圈的范围
+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 ---与军事
海洋与资源
冷战结束后, 国内外形势, 尤其是周边事态与台海局
势发生变化, 维护国家尊严和领土完整, 统一祖国, 是目
前国家安全和国防建设的首要任务 。 在高技术条件下, 现
代战争逐渐成为涉及太空, 空中, 海面, 水下和海底多层
空间的立体战争 。 海洋环境要素信息的获取和预测已成为
提高海上战斗力, 使武器装备发挥最佳作战效能的关键所
在, 也成为军事海洋学研究的核心；同时, 也必须为国家
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
美国海军实验室 /北太平洋
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
海洋提供食物的能力约为全球陆上可耕
面积的 1000倍，每年可提供 300亿人口食用的
水产品。
中国有 4千万人以渔业为生计
获得天然气水合物样品的产地获得天然气水合物样品的产地 推测的天然气水合物的产地推测的天然气水合物的产地
全球天然气水合物分布全球天然气水合物分布
（ 日本产业技术综合研究所 Satoh绘制, 2001）
日本周 边 海 域 天然
气水合物分布
引自 ODP190,196航次报告
引自 ODP190,196航次报告
? 浅地壳中天然气水合物的
含碳量是所有化石含碳量
的 2倍。
其储量大约相当于煤炭和
常规石油天然气总量的 3倍。
?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
然气耗尽后使用 140年。
?美国发现的天然气水合物储量也
相当可观。
天然气水合物
可能的环境效应
? 稍有升温或减压，可
快速析出 CH4
? CH4的温室效应比
CO2强十倍
? 可引起地球表面迅速
升温
百慕大黑三角？
国际洋底矿产资源－“跑马圈地”
国际水域生物资源－南极生物资源
谢 谢！
2003-12-2
?地表的 72%
?生命的摇篮
?未充分开发
的最后疆域
?最大的资源
仓储
?最主要的气
候调节器
海洋的重要性
海洋科学研究的
立体探测技术
国际 ARGO计划
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
国际地圈 —生物圈计划 (IGBP)
世界气候研究计划 (WCRP)
地
球
系
统
的
生
物
方
面
碳循环
(生物地球化学循环 )
陆地
海洋
大气
全球变化
地球系统
地球系统过程国际大会
2001.6.爱丁堡
Schellnhuber,1999,
, 地球系统”分析
与第二次哥白尼革命 Nature
第一次哥白尼革命 15世纪
Schellnhuber,1999
Schellnhuber,1999
第二次哥白尼革命
? ? 1608年荷兰 Z.Jansen发明
? 显微镜 (microscope)
现代技术提供了
, 显宏镜 （ macroscope）”
? 哥白尼 从地球向外看，观察朝外,
提出, 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, 。
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
65oN
※ Insolation at 65oN
※ Ice-sheet in Northern Hemisphere
米兰柯维奇理论以 65oN辐射量变化为准,
引擎
开关
冰盖驱动
与
热带驱动
The North Atlantic in the global ocean circulation
暖室期 冰室期
两极无冰 单极有冰 两极有冰
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
km
10
5
0
-5
对流层顶
雪线
林线
海平面
CCD
C a C O
3
>1 0 %
<5 %
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
Cariaco
Lea,2003 MS
15万年来的
ENSO强度
---- 8个时段的
巴布亚 -新几内亚
珊瑚纪录
Tudhope et al.,2001
ENSO对全球的影响
? ? North Atlantic Oscillations (NOA)
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
厄尔尼诺造成的干旱、洪涝
全球海平面上升 44厘米后
2080年受影响的人群数量
近 50年来中国沿海海平面平均每年上升 2.6毫米，预计到 2100年
中国沿海海平面将上升幅度 30至 70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 70%以上的大城市,50%以上
的人口和 60%的国民经济。
为什么冰期时 CO2减少？
John Martin (1986),
Fe 假说：南大洋、东太平洋等
大洋浮游生物群缺铁
,Iron-Ex” (“铁肥实验” ) 1993--
在大洋撒铁可以引起藻类勃发,
生产力增加数十倍
--- 大洋生物泵加强
降尘对海洋生产力的影响
Tegen & Fung 1997
Fe,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
Fe Fe
冰
芯
纪
录
CO2
浮 游 植 物
浮 游 动 物
2
25
Fe CO
2
45万年以
来 Vostok
冰芯 CO2
记录
降尘记录
（ 铁限）
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 ---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
Mid-Ocean
Ridge System
已知热液活动地点
1977年 Alvin号潜水器
在 Galapagos发现独特
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 ---生命秘密的谜底
海洋 ---与军事
海洋与资源
深海热液活动,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
?新陈代谢极度缓慢
?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
Riftia pachyptila 三米长的管状蠕虫
热液生态系统
-地球上持续最长、最古老的生态系统？
? 生物地球化学 +微生物
学 +生态学 +分子生物
学 +基因组学 =生命的
起源 +生态系统的起源
+海底下生物圈的范围
+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 ---与军事
海洋与资源
冷战结束后, 国内外形势, 尤其是周边事态与台海局
势发生变化, 维护国家尊严和领土完整, 统一祖国, 是目
前国家安全和国防建设的首要任务 。 在高技术条件下, 现
代战争逐渐成为涉及太空, 空中, 海面, 水下和海底多层
空间的立体战争 。 海洋环境要素信息的获取和预测已成为
提高海上战斗力, 使武器装备发挥最佳作战效能的关键所
在, 也成为军事海洋学研究的核心；同时, 也必须为国家
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
美国海军实验室 /北太平洋
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
海洋提供食物的能力约为全球陆上可耕
面积的 1000倍，每年可提供 300亿人口食用的
水产品。
中国有 4千万人以渔业为生计
获得天然气水合物样品的产地获得天然气水合物样品的产地 推测的天然气水合物的产地推测的天然气水合物的产地
全球天然气水合物分布全球天然气水合物分布
（ 日本产业技术综合研究所 Satoh绘制, 2001）
日本周 边 海 域 天然
气水合物分布
引自 ODP190,196航次报告
引自 ODP190,196航次报告
? 浅地壳中天然气水合物的
含碳量是所有化石含碳量
的 2倍。
其储量大约相当于煤炭和
常规石油天然气总量的 3倍。
?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
然气耗尽后使用 140年。
?美国发现的天然气水合物储量也
相当可观。
天然气水合物
可能的环境效应
? 稍有升温或减压，可
快速析出 CH4
? CH4的温室效应比
CO2强十倍
? 可引起地球表面迅速
升温
百慕大黑三角？
国际洋底矿产资源－“跑马圈地”
国际水域生物资源－南极生物资源
谢 谢！
