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化学海洋学  074M4004H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:龙爱民等
课程编号: 074M4004H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 专业核心课 主讲教师:龙爱民等
英文名称: Chemical Oceanography

教学目的、要求

本课程为海洋学各专业硕士、博士研究生的专业核心课程,同时也是海洋学科各专业研究生的选修课。作为海洋学二级学科――海洋化学之最重要的基础课的化学海洋学,几乎包括所有化学物质在海洋中的分布变化规律。
通过本课程的学习,使学生能掌握化学海洋学的基础理论和基本的技术操作技能,为进一步学习海洋学专业知识和从事海洋学研究打下基础。

预修课程

无机化学,有机化学,地球化学

教 材

《化学海洋学》 陈敏 编著 海洋出版社 2009年. 北京 《化学海洋学》 郭锦宝主编 厦门大学出版社 1997

主要内容

第一章	绪论   3学时
教学重点:介绍化学海洋学的主要内容、发展趋势与最新进展以及研究意义。让把海洋学多学科交叉研究联系起来,这既是本课程的教学特色,也是本课程教学难点。
第1至3学时:
1.1化学海洋学的研究内容
简介化学海洋学的主要研究内容,化学海洋学与物理海洋学、生物海洋学和地质海洋学之间的主要联系。
1.2 化学海洋学的研究进展
讲解化学海洋学的一些最新的进展,包括海洋碳循环研究(如海洋酸化)、营养盐生物地球化学(如“铁假设”),海洋物理生物地球化学耦合研究(如海洋涡旋生物地球化学)等。
1.3 主要研究机构和国际合作研究计划
介绍国际化学海洋学研究的主要机构,与化学海洋学相关的国际合作研究计划。

第二章	 海水的化学组成  3学时
教学重点:海水的基本化学组成和存在形式、Marcet原理、元素的停留时间与地球化学平衡、海水的盐度/氯度分布、海水中的无机络合物与离子对、 海水中的有机络合物、化学示踪剂在海洋学中的应用。
第4学时:
2.1 海水基本化学组成和存在形式
简介海水的基本无机化学和有机化学成分,以及元素的主要存在形式。
第5学时:
2.2 元素停留时间与地球化学平衡
通过一维箱式模型,介绍化学元素在海洋的停留时间概念,以及地球化学平衡的基本理论。
第6学时:
2.3 海水化学示踪剂及应用
简介海洋的主要化学示踪剂,及其在化学海洋学和海洋生物地球化学中的应用。

第三章	 海水营养盐的生物地球化学循环  9学时 
教学重点:海水中磷酸盐、氮化合物和硅酸盐的基本概念、主要功能,它们在海水中的主要迁移、转化过程,以及该过程对海洋生态系统的影响等。
第7至10学时:
3.1 海水中营养盐概述
主要讲解海水中营养盐的构成、作用以及营养盐循环概述。
3.2 海洋中磷的生物地球化学循环
主要讲解海洋中磷循环的重要性、磷的存在形态、磷循环的特点、各种形态在海洋中的含量与分布特点等。
第11至13学时:
3.3海洋中氮的生物地球化学循环
主要讲解氮的存在形态、氮循环路径与关键过程、氮稳定同位素及其意义、人类活动对海洋中氮循环的影响等。
第14至16学时:
3.4海洋中硅的生物地球化学循环
主要讲解硅的存在形态、硅循环特点及重要性、主要循环路径与过程、海洋中硅在不同介质中的分布等。
3.5小结
主要对前面内容做一概括性的总结。

第四章	海水中的痕量元素  9学时  
教学重点: 重点介绍与讲授海水中痕量元素的来源及其对海洋生态系统的意义、痕量元素的生物地球化学行为及其控制因素、河口和沿岸水体中痕量元素的生物地球化学过程等。 
第17-19学时
4.1  引言  
    4.1.1  痕量金属在生物生长中的作用
    4.1.2  海水痕量金属的测量问题
4.2  海洋痕量金属的来源与迁出
 4.3 海水中痕量金属的垂直分布
    第20-22学时
        4.4 海水中痕量金属的水平分布
        4.5 海水痕量金属的存在形态
     第23-25学时
        4.6 海洋中铁的生物地球化学循环
  小结

第五章	海洋溶解和颗粒有机物质(授课教师: 袁华茂 海洋所)9学时
海水有机化合物的分类、海洋有机质的来源、海洋溶解和颗粒有机质的分布、海洋溶解有机质的生物地球化学循环
第五章 海洋溶解和颗粒有机物质 9学时
海洋溶解和颗粒有机物质
教学重点:介绍海洋有机物的分类、分析方法,概述海洋溶解有机质的化学特性、海洋溶解和颗粒有机质的来源及分布,进而使学生们对海洋有机质的生物地球化学过程及循环机制有大体了解。
第25至27学时:
5.1 海洋有机物的分类及分析方法
5.1.1海洋有机物概述
5.1.2 海洋有机物的分类
5.1.3 溶解有机碳、氮、磷的分析方法
5.1.4 颗粒有机碳、氮、磷的分析方法
5.1.5 元素分析方法的局限性
第28至30学时:
5.2 海洋溶解有机质的化学特性与组成
5.2.1 溶解有机质的化学特征
5.2.2 溶解有机质中的碳、氮、磷的化学计量学
5.2.3溶解有机质的分子组成
第31至33学时:
5.3海洋溶解和颗粒有机质的来源、分布与循环
5.3.1 海洋溶解和颗粒有机质的分布特征
5.3.2 海洋有机质的来源与判别
5.3.3 海洋有机质的迁移转化

第六章	海水中的溶解性气体 6学时
教学重点:首先介绍大气化学组分的组成与演化,进一步阐述海洋水体中气体的地球化学行为,特别是控制气体溶解度以及海—气界面气体交换的因素,重点讨论海洋中溶解氧的含量、分布及调控因子,以及一些主要微量活性气体的特性及其作用等。
第34-36学时
6.1 大气的气体组成
6.2 气体的溶解度
6.3 海-气界面气体交换
6.4 海洋中的非活性气体
第37-39学时
6.5 溶解氧
6.6 微量活性气体

第七章	海水碳酸盐体系  9学时 
教学重点:本章主要介绍海水碳酸盐体系的基本框架,以及海洋碳储库对全球气候及自然环境的重要意义;概述了二氧化碳平衡体系中包括pH值、TA、pCO2以及TCO2等主要参数的定义、影响因素及分布特征;在此基础上,根据CaCO3的沉淀与溶解过程,探讨了人类活动对海洋碳酸盐平衡体系的影响作用,以期使学生们认识到海水碳酸盐体系未来的研究方向与工作重点,这是本章节的主要内容。
第37至39学时:
7.1 引言
7.1.1 海洋碳酸盐体系的重要性
7.1.2 海洋碳储库
7.1.3 人为来源的CO2
7.1.4 海水酸碱平衡体系的概述
7.2 海水中碳酸盐体系的主要参数——pH值
7.2.1 海洋酸化
7.2.2 pH的定义
7.2.3 海水pH值的影响因素
7.2.4 pH值在海洋中的分布特征
7.3 海水中碳酸盐体系的主要参数——总碱度
7.3.1 总碱度的定义
7.3.2 主要影响因素
7.3.3 总碱度的时空分布特征
7.4 海水中碳酸盐体系的主要参数——TCO2
7.4.1 TCO2的定义
7.4.2 影响TCO2的主要因子
7.4.3 TCO2的分布格局
7.5海水中碳酸盐体系的主要参数——pCO2
7.5.1 pCO2的表达式
7.5.2 pCO2的分布特征及影响因素
第40至42学时:
7.6 海水碳酸盐体系的化学平衡
7.6.1 二氧化碳体系的动态平衡
7.6.2 碳酸表观电离平衡pK值的含义
7.6.3 温度、盐度和压力对pK值的影响分析
7.7 海水碳酸盐体系中各分量的计算
7.7.1 TA、pCO2、TCO2与pH值得观测量
7.7.2 各分量计算的误差
第43至45学时:
7.8 海水碳酸盐的沉淀与溶解平衡
7.8.1 CaCO3的表观溶度积
7.8.2 CaCO3的饱和度
7.8.3 CaCO3的饱和深度
7.8.4 CaCO3的溶解过程
7.9 海水对人为来源CO2的吸收与控制
7.9.1 人类活动与CO2的增加
7.9.2 碳酸盐体系的缓冲因子
7.9.3 海水吸收CO2的潜力
7.9.4 海水中人为来源CO2的确定
7.9.5 人为来源CO2在海洋中的分布格局
7.9.6 人类活动对海洋碳酸盐平衡体系的影响

第八章	同位素海洋化学(6学时)
教学重点:研究海洋各储圈中同位素(包括放射性同位素和稳定同位素)的来源、含量、分布、存在形式、迁移变化规律及其在海洋学中的应用。
第49至51学时:
8.1 同位素基本知识
讲解同位素海洋化学研究范畴,意义以及基本概念。
8.2 稳定同位素在海洋研究中的应用
讲解水团示踪,海水古温度,古环境记录和物质来源,生物生产过程与营养级指示,以及其他方面的运用。
第52至54学时:
8.3 海洋放射性同位素
讲解海水年龄测定,海流运动示踪,沉积速率测定,大尺度海洋混合过程,以及其他方面的运用。
8.4 新生产力估算
讲解15N示踪法,234Th/238U不平衡法,沉积物捕获器法等。

第九章	沉积循环与海水演变 6学时
教学重点: 海洋沉积物的来源与分类、海洋沉积物的化学性质与组成、成岩过程与海水演变沉积物-水界面
第55-57学时
9.1   海洋沉积物的来源与分类
9.2  海洋沉积物的化学性质与组成
  第58-60学时
9.3   成岩过程与海水演变
9.4  沉积物-海水界面过程

参考文献

(1)	《化学海洋学》  J.P. Riley, G.Skirrow 著, 1974
(2)	《Chemical Oceanography》F.J. Millero 著, 2006
(3)	《Ocean Biogeochemical Dynamics》J.L. Sarmento, N. Gruber 著, 2006
(4)	《Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter》D.A. Hansell, C.A. Carlson 著, 2002
(5)	宋金明,《中国近海沉积物-海水界面化学》,海洋出版社,北京,1997
(6)	tumm,W and Morgan,J.J., Aquatic Chemistry, John Wiley & Sons,Inc. New York,1981

授课时间: 星期二, 第9、10、11节
授课地点: 教2-118
授课周次: 2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、15

授课时间: 星期四, 第9、10、11节
授课地点: 教2-118
授课周次: 2、4、5、7、8、9、10、11、12

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