《以文化的名义说海洋》110说:海水物语之二十:何谓化学海洋学
作者:李明春 来源:海洋文化教育研究中心 访问:616 日期: 2023-03-09

何谓化学海洋学

对于海洋科学的专业称谓,新中国成立之后通常分别称之物理海洋学、海洋物理学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学。据了解如此称之是根据在当时的历史条件下与苏联的全面合作而沿用了苏式的称法。改革开放后与世界接轨的同时,海洋教育也不例外,只是到了近年才有海洋科学家对海洋科学专业教育的称谓开始提出异议,并提出了相的纠偏。本文说将对这些称谓修正为化学海洋学、地质海洋学、生物海洋学的称谓,不知是否会引起业界人士对这一学术问题的关注?!
何谓化学海洋学?
化学海洋学,是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程,以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学。海洋化学是海洋科学的一个分支,具有自己明确的研究目标,同时和海洋生物学、海洋地质学、海洋物理学等有密切的关系。
海洋化学是海洋科学的一门基础学科,主要从化学物质的分布变化和运移的角度,来研究海水及海洋环境中的化学问题,故有突出的地区性特点。它既研究海洋中各种宏观化学过程,如不同水团在混合时的化学过程、海洋和大气的物质交换过程、海水和海底之间的化学通量和化学过程等。也研究海洋环境中某一微小区域的化学过程,如表面吸附过程、络合过程、离子对的缔合过程等。
由于海洋是一个综合的自然体系,在海洋的任一个空间单元中,常可能同时发生物理变化、化学变化、生物变化和地质变化,这些变化往往交织在一起。因此化学海洋学要同物理海洋学、生物海洋学和地质海洋学相互渗透和相互配合,才能全面地研究海洋学问题。
海洋资源化学主要研究从海洋水体、海洋生物体和海底沉积层中开发利用化学资源的化学问题。对海洋资源的开发,早期是从海水提取无机物,包括制盐、卤水或海水的综合利用,比如提取芒硝、钾盐、溴、镁盐或其他含量较低的无机物;近代还研究海水淡化、海水提铀、海洋生物天然产物的分离等。
此外,开发海洋的工程设施,存在一些亟待解决的化学问题,诸如金属在海水中的腐蚀,防止生物对设备或船体的污着等,也是海洋化学所研究的内容。
资源概况
海洋化学也称化学海洋学,它是海洋科学的四大基础学科之一。海洋化学研究海洋环境中化学物质的分布、转移、循环的规律及其在开发利用中的化学问题。海水的成分非常复杂,全球海洋的含盐量就达5亿亿吨,还含有大量非常稀有的元素,是地球上最大的矿产资源库。海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提,目前,全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨,总产值达6亿多美元。水是生命之源,世界上缺水的地区越来越多,海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径,所有这些都是海洋化学要研究的,海洋化学的研究和海洋开发正方兴未艾,必将越来越多的造福人类。
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图:1000g海水的化学组成示意图
水荒目前已成为世界性的问题,是制约社会进步和经济发展的瓶颈。据统计,全球用水总量每15年就翻一番,到2030年地球上将有1/3的人口面临淡水资源危机。地球的表面虽然有71%被水覆盖,但其中96.5%是海水,还有1.5%是咸水,在余下的2.5%的淡水中,又有69%是人类难以利用的两极冰盖。人类可利用的淡水只占全球水总量的0.77%。有人比喻在地球这个大水缸里可用的淡水只有一汤匙。合理节约用水是可持续发展的重要课题,然而,节水并不能增加淡水的总量。大量地利用海水自然而然地就成为21世纪解决淡水缺乏的主要途径。
目前全世界对海水的利用,主要包括海水直接利用、海水淡化和开发海水化学资源三大体系。
吉达纳滤—反渗透海水淡化工艺流程
海水直接利用是用海水代替淡水作为工业用水和生活用水。到21世纪上半叶,随着海洋生物污损防治技术的提高和耐腐蚀材料的进一步发展,沿海城市的绝大部分工业冷却水都将采用海水。海水冲厕会得到大面积推广。海水淡化是海水利用的重点,到了21世纪中叶,也许我们会看到这样一个景象,每个岛屿或缺水的沿海城市都建有海水淡化工厂。这些工厂里大多采用蒸馏法和反渗透技术来制取淡水。到时候全世界使用的水资源中有1/5以上来自海洋。反渗透法是利用孔径比纳米还细小的半透膜滤去盐分来制取淡水的。另外,还有人设想由于反渗透法制取淡水是在一定的压力下实现的,假如把海水淡化装置放在海底,就可以利用海水自身的压力来获取淡水,对海上城市或石油钻井平台非常实用。出海远洋只要带一台海水淡化设备就可以满足船上的淡水供应。采用蒸馏法制取淡水,主要是利用热能来实现的,在有核电站和热电厂的条件下采用这种技术可以充分利用电厂余热大大减少能耗。海水化学资源通常是指可从海水中开发的经济物质,例如食盐。
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图:沙特朱拜勒海水淡化项目
化学海洋学在广泛的实践中,化学海洋学研究的内容主要有四个方面:
一是海水化学;二是海洋沉积物化学;三是活体海洋生物化学;四是海洋界面物理化学及与界面物相互作用的化学。
因此,化学海洋学相对于海洋学的其他分支学科来说,所描述的内容和范围要更多、更广泛一些。具体来讲,化学海洋学主要是研究和测定海水的同位素、元素及分子能级。或者说,它是研究海洋中有机物和无机物的组成,包括这些物质的基本特性、来源、构造模式,还有在海洋地质、生物、物理、气象等领域中的特殊作用。


文 李明春

图 网络