化学海洋学的新领域

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第672页（3806字）

全球变化的研究促进了化学海洋学的发展，使化学海洋学与其他学科的联系更加密切，由此产生了化学海洋学一系列新理论、新概念、新方法和新领域。

初级生产力与新生产 初级生产力是单位时间内浮游生物生产的有机碳的量，其大小决定海洋生物贮量、分布。初级生产力原是化学海洋学一普通概念，IGBP把其列为最重要的化学海洋学参数之一加以研究，其测定采用¹⁴C法。中国用¹⁴C测得的初级生产力的资料还很少，在大型的海洋普查中均未列入，仅有个别海区的零散资料。

NP是与初级生产力相关联的一化学海洋学新概念，它是由Dugdale和Goering(1967)首次提出用于定量表达初级生产力与有机物沉降的关系，最初NP被表达为自养生产来自于外源转化的部分，后来研究包括各种形式的氮。

在长期连续的稳态条件下，NP就成为初级生产力的有效输出量(以C或N表示)，即等于真光层中有机碳向深水海底输出的那部分，其输出量被外源的氮所平衡，NP正比于自养碳的生产。定义f=NP／总初级生产(f为百分数)，NP和f比值是研究海洋碳循环尤其是研究海洋－大气界面CO₂的净通量非常重要的工具，可提供重要信息。

NP通常用¹⁵N标记质谱法测定。

80年代沉积物捕捉器的发展，直接测得C，N通量，继而可直接计算出NP，所以沉积物捕捉器成为测定NP更为时新的工具，可以长时间、大范围取得系列资料，这就能与卫星资料相对比，从而可以在全球范围内了解NP与总初级生产的关系。

溶解有机碳(DOC) 溶解有机碳在海洋碳循环中起着关键性的作用。海洋真光层内无机碳向生物有机碳的转移过程，首先是浮游植物利用海水中无机碳和生源要素．浮游动物摄食浮游植物，破碎的浮游植物一些细胞，加上浮游动物的排泄，又将碳释放到水中。

如磷虾在摄食中将16%～21%的DOC排放到水中，浮游植物在2h内可立即利用水中DOC的10%～30%，死的生物颗粒在上层水中释放出的DOC占总DOC的40%～60%。当然DOC的释放还取决于生产者即生物种群的生长情况，涉及初级生产中的再生产和新生产。

在真光层内，光合作用产生的DOC和一小部分其他来源的DOC又可被水中自由生活的异养微生物利用转化为DOC(微生物细胞)，构成二次生产者。由此可见，DOC的动力学在上层水(真光层)中食物链及碳循环中占据重要地位。

海水中溶解有机碳组成十分复杂，包括溶解的糖类(200～600μg／L)，含氮的有机物(50～420μg／L)，类脂化合物(5μg／L左右)，维生素类及海水中腐植质。DOC的测定方法各异，有干法氧化和湿法氧化；检测有电导、库仑、火焰离子化、光度法多种。在海水中DOC浓度一般为0．5～2．5mg／L，大多数为1mg／L左右。在JGOFS计划中，DOC是一关键参数，其测定准确度要求1～2μg／L，所以建立标准的、不同实验室可互校的海水DOC分析方法成为迫切的研究课题。

对DOC的研究重点是建立DOC取样与分析测定方法，以达到不同实验室同程序互校；研究DOC不同粒度化学同位素组成、生物活性和各粒度的年代；在河－海、气－海、海水－海底、海水－生物体界面各种生态环境中测定溶解、胶体DOC的分子量等。海水中溶解有机碳和海洋生物地球化学循环过程息息相关，对研究初级生产和新生产有重要作用。

中国海水中DOC的资料还很少，仅在某个别海区和长江口、大亚湾等进行过调查，应全面开展中国海溶解有机碳的研究。

化学示踪物质(CT) 化学示踪技术尤其是同位素示踪技术在化学、生物、地质科学上早有应用，应用于研究物理海洋大洋环流、水团运动是从80年代初才开始。研究海洋环流结构的化学示踪剂有两类，一类是自然界不存在，只是人为合成才进入全球循环的，其典型代表是氟利昂，如F－ll(CCl₃F)，F－12(CCl₂F₂)，这一类物质是20世纪50年代以后作为推动剂使用进入全球循环，一直到70年代中期氟利昂呈指数形式增加，70年代中期后海水中浓度呈直线增加，为0～10pmol／L。另一类示踪物质则是某些核素的放射性同位素，应用较多的有H，He，另外还有¹⁴C，⁸⁵Kr，¹⁸O，³⁹Ar，²²⁸Ra等。

一般3H浓度以TR形式报告，TR=［3H］／［H］，1TR=10^－18其测定准确度为2．5%或0．05TR。³He是³H的衰变产物，以³He／⁴He形式检测(R)，在测定中有一大气标准，则

氘(³H)被水汽交换、河流输入及沉降以HTO形式进入海洋表层，由于60年代中期世界各国核武器试验，大气中³H呈最大值。

He同位素质谱灵敏度为±0．2%，在表层海水中δ₃He通常与大气溶解很接近平衡，约为－2%，其在海水中范围为－10～100。

³H在海水中范围为－1～100TR。

在WOCE计划中，氟利昂、³H、³He等是用来研究海洋环流最有力的工具，近几年在物理海洋学中得到了广泛的应用，其最大特点是可直接反映温盐水文参数不能得到的海水运动混合速度的信息，为研究水团结构、大洋环流提供了新的研究手段。最近Heinze等(1990)对欧洲极地海区海水交换用示踪剂进行了研究，建立了模式。

用化学示踪剂不仅可以比较精确地估算海水交换时间，而且还可得出水体运动方向，而这些海区海水温盐在年代上几乎看不出差别，显然从温盐得不出海水交换的结论，可以看出化学示踪研究物理海洋学的巨大优越性。化学示踪研究在中国物理海洋学中还是空白，应大力开创这方面研究，使化学海洋学这一新技术大大促进物理海洋学的发展。

化学海洋学今后的发展趋势是：(1)和生物、物理、地质、大气科学相互渗透，如全球变化研究中新生产、溶解有机碳等一系列新问题均是和生物科学息息相关的重大问题，而化学示踪成为物理海洋学重要手段，海洋中碳及生源要素的循环是影响大气气候、大气化学的重要因子，海洋生物地球化学是其综合产物。(2)化学海洋学显着地分化，表现在化学海洋学的基础理论研究跟踪国际前沿－全球变化研究和某些专题的系统综合研究，其应用表现在传统的化学海洋学转入了海洋环境的调查评价，直接为石油、矿产、生物资源、海洋工程等开发服务，以及海水及海水养殖产品的综合利用和开发。

(3)随着研究的深入，化学海洋学新分支逐渐形成，如全球变化化学海洋学、海洋气候化学、海洋化学资源学、海洋生物地球化学、海洋养殖化学、海洋药物化学、海洋界面化学等。一方面化学海洋学的分支逐渐形成，极大丰富了化学海洋学的研究内容，另一方面，对一具体对象又需要化学海洋学各个分支与其他学科的联合研究，形成化学海洋学全新的研究局面。

。【参考文献】：

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(中国科学院海洋研究所宋金明副研究员撰)