描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121316753
海洋，占地球表面积的71%，总水量的97%，是资源的宝库，生命的摇篮。海洋与人类的生活息息相关，海水的温度和蒸发决定着沿岸的气候，潮汐和洋流影响着船只的运行，许多海洋生物是人们食物的重要来源，而风暴潮、海啸等自然灾害也严重威胁着人类的生活。我国是海洋大国，拥有大陆岸线18000多千米，管辖海域300万平方千米。近年来，维护海洋权益、保护海洋环境、发展海洋产业、探索深海奥秘、开采海底宝藏、建设海上粮仓、“海上一带一路”等一系列战略口号的提出，标志着我国正在由海洋大国向发展海洋强国转变。因此，对海洋科学的研究成为当前乃至未来科学研究的热点方向。
然而，目前国内还缺乏对海洋科学进行系统介绍和概述的教材或专著。美国Alan P. Trujillo和Harold V. Thurman教授编写的这本《海洋学导论》，编排合理、图文并茂、紧跟时代，用大量实例和浅显易懂的语言讲解了海洋科学相关的一系列基本问题，是一本经典的海洋学著作，不仅适合于从事海洋科学学习与研究的本科生、研究生和教师作为教科书，同样可以作为一本面向广大青少年和海洋科学爱好者的优秀科普读物。
1.1 地球上有多少海洋？ 2
1.1.1 四大洋及另一个大洋 2
1.1.2 海与洋的比较：七海有哪些？ 3
1.2 早期如何进行海洋勘探？ 5
1.2.1 早期历史 5
1.2.2 中世纪 9
1.2.3 欧洲人的“发现时期” 10
1.2.4 远洋科学的开端 11
1.2.5 仍将继续的海洋学历史 12
1.3 科学探索的本质是什么？ 12
1.3.1 观察 13
1.3.2 假说 13
1.3.3 检验 13
1.3.4 理论 13
1.3.5 理论和真理 14
1.4 地球和太阳系是如何形成的？ 15
1.4.1 星云假说 15
1.4.2 原始地球 16
1.4.3 密度和密度分层 17
1.4.4 地球的内部结构 17
1.5 地球上的大气和海洋是如何形成的？ 20
1.5.1 地球大气的起源 20
1.5.2 地球海洋的起源 20
1.6 海洋是地球生命的摇篮吗？ 21
1.6.1 氧气对生命的重要性 21
1.6.2 斯坦利?米勒实验 22
1.6.3 生物进化与自然选择 23
1.6.4 植物和动物的进化 24
1.7 地球有多大年龄？ 26
1.7.1 放射性年龄测定 26
1.7.2 地质年代表 27
基本概念回顾 28
第2章 板块构造和洋底 29
2.1 支持大陆漂移的证据有哪些？ 30
2.1.1 大陆的吻合 31
2.1.2 岩石层序与山脉 32
2.1.3 冰河时代与其他气候证据 32
2.1.4 生物分布 33
2.1.5 大陆漂移的反对意见 35
2.2 支持板块构造的证据是什么？ 35
2.2.1 地球磁场和古地磁学 36
2.2.2 海底扩张和海洋盆地特征 40
2.2.3 海盆的其他证据 41
2.2.4 理论的接受 43
2.3 板块边界有哪些特征？ 44
2.3.1 离散边界特征 45
2.3.2 汇聚型板块边界 49
2.3.3 转换型板块边界特征 53
2.4 测试模型：板块构造的应用有哪些？ 54
2.4.1 热点和地幔柱 54
2.4.2 海山和平顶海山 57
2.4.3 珊瑚礁的发育 57
2.4.4 卫星观测的板块运动 59
2.5 地球过去是怎样变化的，将来又会是什么
样子？ 60
2.5.1 地球的过去：古地理学 60
2.5.2 未来：一些大胆的预测 61
2.6 板块构造是如何作为实用模板应用的？ 62
基本概念回顾 65
第3章 海洋区域 67
3.1 测量海洋深度的技术有哪些？ 68
3.1.1 探测技术 68
3.1.2 回声测深 68
3.1.3 利用卫星从太空描绘海洋特征 70
3.1.4 地震反射剖面 72
3.2 大陆边缘有哪些地貌？ 73
3.2.1 被动大陆边缘与主动大陆边缘 73
3.2.2 大陆架 74
3.2.3 大陆坡 74
3.2.4 海底峡谷和浊流 75
3.2.5 大陆隆 76
3.3 深海盆地中有什么地貌特征？ 78
3.3.1 深海平原 78
3.3.2 深海平原的火山 79
3.3.3 海沟和火山弧 79
3.4 大洋中脊有哪些地貌特征？ 81
3.4.1 火山地貌 81
3.4.2 热液喷口 82
3.4.3 断裂带和转换断层 84
3.4.4 大洋岛屿 87
基本概念回顾 88
第4章 海洋沉积物 89
4.1 如何采集海洋沉积物样品？海洋沉积物
揭示了哪些历史事件？ 91
4.1.1 海洋沉积物的采集 91
4.1.2 海洋沉积物揭示的环境条件 93
4.1.3 古海洋学 93
4.2 陆源沉积的特征 94
4.2.1 陆源沉积的起源 94
4.2.2 陆源沉积的组成 94
4.2.3 沉积结构 96
4.2.4 陆源沉积的分布 97
4.3 生物沉积的特征 98
4.3.1 生物沉积的来源 98
4.3.2 生物沉积的组成 99
4.3.3 生物沉积的分布 101
4.4 水生沉积的特征 106
4.4.1 水生沉积的成因 106
4.4.2 水生沉积的组成及分布 106
4.5 宇宙沉积的特征 108
4.5.1 宇宙沉积的来源、组成、分布 108
4.6 深海及浅海沉积的分布 109
4.6.1 海洋沉积混合物 109
4.6.2 浅海沉积 109
4.6.3 深海沉积 110
4.6.4 如何根据海底沉积物反映表层海水
状况？ 111
4.6.5 全球海洋沉积物的厚度 111
4.7 海洋沉积资源 112
4.7.1 能源资源 112
4.7.2 其他资源 114
基本概念回顾 116
第5章 水和海水 118
5.1 为什么水具有如此特殊的化学性质？ 119
5.1.1 原子结构 119
5.1.2 水分子 120
5.2 水还具有哪些重要的性质？ 122
5.2.1 水的热力学性质 122
5.2.2 水的密度 126
5.3 海水有多咸？ 129
5.3.1 盐度 129
5.3.2 盐度的测定 131
5.3.3 纯水和海水的比较 131
5.4 为什么海水盐度会有变化？ 132
5.4.1 盐度变化 132
5.4.2 影响海水盐度的因素 133
5.4.3 海水中溶解性组分的输入与输出 135
5.5 海水是酸性的还是碱性的？ 136
5.5.1 pH值的范围 137
5.5.2 碳酸盐的缓冲系统 138
5.6 海水盐度在表层如何变化？随深度如何
变化？ 139
5.6.1 表层盐度变化 139
5.6.2 盐度随深度变化 140
5.6.3 盐跃层 141
5.7 海水密度随深度如何变化？ 141
5.7.1 影响海水密度的因素 141
5.7.2 温度和密度随深度变化 142
5.7.3 温跃层和密度跃层 143
5.8 用什么方法去除海水中的盐分？ 144
5.8.1 蒸馏法 144
5.8.2 膜过滤过程 145
5.8.3 其他海水脱盐方法 145
基本概念回顾 146
第6章 海气的相互作用 148
6.1 是什么引起了太阳辐射在地球上的
变化？ 149
6.1.1 是什么引起了地球季节循环？ 149
6.1.2 纬度如何影响太阳辐射的分布？ 151
6.1.3 海洋热流 152
6.2 大气拥有怎样的物理特性？ 153
6.2.1 大气组成 153
6.2.2 大气中温度的变化 153
6.2.3 大气中密度的变化 154
6.2.4 大气中的水蒸气含量 154
6.2.5 大气压 155
6.2.6 大气运动 155
6.2.7 一个例子：不自转的地球 155
6.3 科里奥利效应是如何影响物体运动的？ 156
6.3.1 例1：旋转木马的参照系 156
6.3.2 例2：两枚导弹的故事 157
6.3.3 科里奥利效应随纬度而变化 158
6.4 全球大气存在怎样的环流形式？ 159
6.4.1 环流 160
6.4.2 气压 160
6.4.3 风带 160
6.4.4 边界 160
6.4.5 环流圈：是理想的还是真实的？ 161
6.5 海洋上发生什么样的天气和气候形态？ 163
6.5.1 天气与气候 163
6.5.2 风 163
6.5.3 风暴和锋面 164
6.5.4 热带气旋（飓风） 166
6.5.5 海洋的气候形态 172
6.6 海冰和冰山是如何形成的？ 173
6.6.1 海冰的形成 173
6.6.2 冰山的形成 174
6.7 风中的能量能否作为能源加以利用？ 176
基本概念回顾 177
第7章 海洋环流 179
7.1 海流是如何测量的？ 180
7.1.1 表层流的测量 180
7.1.2 深层流的测量 182
7.2 海洋表层流是如何组织的？ 183
7.2.1 表层流的起源 183
7.2.2 表层流的主要组成 184
7.2.3 影响海洋表层流的其他因素 186
7.2.4 洋流与气候 189
7.3 什么引起上升流和下降流？ 190
7.3.1 表层水辐散 190
7.3.2 表层水辐合 190
7.3.3 沿岸上升流和下降流 190
7.3.4 上升流的其他原因 192
7.4 各大海盆主要的表层环流形态是什么？ 192
7.4.1 南极环流 193
7.4.2 大西洋环流 193
7.4.3 印度洋环流 197
7.4.4 太平洋环流 200
7.5 存在哪些深海洋流？ 207
7.5.1 热盐环流的起源 207
7.5.2 深层水的来源 207
7.5.3 全球范围的深层环流 209
7.5.4 深层水的溶解氧 210
7.6 海流可以用来发电吗？ 210
基本概念回顾 211
第8章 海浪和水动力学 213
8.1 海浪是如何生成和传播的？ 214
8.1.1 扰动形成海浪 214
8.1.2 波浪运动 215
8.2 海浪具有什么特征？ 216
8.2.1 海浪的常用术语 216
8.2.2 圆形轨道运动 217
8.2.3 深水浪 219
8.2.4 浅水浪 220
8.2.5 过渡浪 220
8.3 风成浪是如何发展的？ 221
8.3.1 海波的发展 221
8.3.2 干涉模式 225
8.3.3 疯狗浪 225
8.4 海浪在碎浪带是如何变化的？ 227
8.4.1 海浪靠近海滨时的物理变化 227
8.4.2 碎浪和冲浪运动 228
8.4.3 海浪的折射 229
8.4.4 海浪的反射 230
8.5 海啸是如何形成的？ 232
8.5.1 海岸的影响 232
8.5.2 海啸的几个例子 234
8.5.3 海啸预警系统 239
8.6 海浪的能量是否可作为能源加以利用？ 240
8.6.1 海浪发电厂和海浪农场 241
8.6.2 全球沿岸的海浪资源 242
基本概念回顾 242
第9章 潮汐 244
9.1 什么导致了海洋潮汐？ 245
9.1.1 引潮力 245
9.1.2 潮隆：月球的影响 249
9.1.3 潮隆：太阳的影响 250
9.1.4 地球自转与潮汐 250
9.2 潮汐在月潮周期内如何变化？ 251
9.2.1 月潮周期 251
9.2.2 复杂的因素 253
9.2.3 理想潮汐的预测 254
9.3 海洋中的潮汐是什么样的？ 255
9.3.1 无潮点和等潮线 255
9.3.2 陆地的影响 256
9.3.3 其他影响因素 257
9.4 潮汐有哪些类型？ 257
9.4.1 半日潮模式 258
9.4.2 混合潮模式 258
9.5 沿海地区有哪些潮汐现象？ 259
9.5.1 潮汐的例子：芬迪湾 260
9.5.2 沿海潮汐 261
9.5.3 漩涡：是事实还是虚幻？ 262
9.5.4 银汉鱼：跑到海滩上来做什么？ 262
9.6 潮汐是否可以作为能源来加以利用？ 264
9.6.1 潮汐发电厂 264
基本概念回顾 266
第10章 海岸：海滩和海岸线过程 267
10.1 沿海地区是如何定义的？ 268
10.1.1 海滩术语 268
10.1.2 海滩的组成 269
10.2 海滩上的沙子是怎样运移的？ 269
10.2.1 垂直于海岸线的运移 269
10.2.2 平行于海岸线的运移 270
10.3
前 言
致学生
欢迎开启非凡之旅。在这一学期的课程中，你将了解海洋在巨大地球系统中的重要作用。
本书主要介绍海洋的基本知识，具体内容包括各学科如地质学、化学、物理学和生物学与海洋的关系。掌握这门课程不要求学生具有任何科学背景。
学完这门课程后，学生要了解海洋的各个组成部分（海底、化学成分、物理成分和生命形式）之间的关联性。此外，由于人类活动会影响地球系统，因此除了解海洋的运行机制外，还要了解海洋与地球其他系统（大气圈、生物圈和水圈）间的相互作用。
本书的内容按如下三个基本方面来组织：
1．概念：由特定事例或现象推出基本思想，例如可用密度的概念来解释海洋的分层现象。
2．过程：给出结果的动作或现象，例如海浪以某个角度冲击海岸会导致沉积物沿岸输运。
3．原理：自然现象或机械过程起作用时所涉及的规则或定律，例如海底扩张认为大陆的地理位置随时间变化。
概念、过程和原理之间穿插了几百张照片、插图和真实事例。了解海洋的运作原理后，应掌握海洋环境的各个方面及它们在地球系统中的作用。
致教师
本书是海洋学课程的教材，适用于无任何数学或科学背景的学生，目的是让学生掌握科学原理与各种海洋现象间的关系。
本书得到了许多学生和教师的审核，适用于海洋学导论课程的教学。2012年，本书因内容、呈现方式、愉悦性和可读性，被教材和学术作者协会评为优秀教材。
讲授本书需要15周或16周时间，学时较少时，教师可选择某些章节和主题来讲授。全书各章自成体系并按如下顺序出现：
? 简介（第1章）
? 海洋地质学（第2～4章，以及第10章、第11章的部分内容）
? 海洋化学（第5章，以及第11章的部分内容）
? 海洋物理学（第6～9章，以及第10章、第11章的部分内容）
? 海洋生物学（第12～15章）
与上一版相比，本版新增了“海洋与气候变化”一章（第16章），主要介绍人类导致的全球气候变化及其对环境和海洋的影响。
致谢
本书的修订得到了许多人的帮助，限于篇幅此处不一一列出；同时，本书的出版也得到了许多同事的支持和帮助，这里谨致谢意。特别感谢Patty Deen、Cari Gomes、Adam Petrusek、Rich Yonts。
尽管本书经过了仔细的评阅和校对，但仍会存在错误，敬请读者指正并与我们联系。
海洋专业职业展望
许多人认为海洋职业不外乎是在海洋公园与海洋动物一起游泳，或是在热带海水中潜水研究珊瑚礁。事实上，这种工作机会很少，且竞争者众多。多数海洋学家使用科学来回答海洋的问题：
? 海洋在抑制人类导致的气候变化方面所起的作用是什么？
? 在海洋生物中能找到哪些类型的自然药物？
? 海底扩张与构造板块运动有何关联？
? 海底有哪些经济矿床？
? 疯狗浪能预测吗？
? 沿岸输运在海滩沙的分布方面有何作用？
? 污染物如何影响海洋环境中的生物？
海洋学领域的职业准备
若立志毕业后从事海洋领域的职业，则要了解以下科学以便奠定基础：
? 海洋地质学。海洋地质学研究海底结构、海底随时间的变化、海底特征的形成、海底沉积物的历史等。
? 海洋化学。海洋化学研究海水的化学成分和性质、如何从海水中提取化学药品，以及污染物对海水的影响。
? 海洋物理学。海洋物理学研究海浪、潮汐、洋流，影响天气和气候的海气关系，以及海洋中光与声音的传播。
? 海洋生物学。海洋生物学研究各种海洋生物、海洋生物间的关系、海洋生物对海洋环境的适应性，以及海洋捕捞的生态平衡。
除以上学科外，还需了解海洋工程、海洋考古学和海洋政策。海洋学是一门跨学科的科学，因为它要运用所有基础学科的知识。有些工作和就业机会需要我们具备所有这些学科的知识。
在海洋学及与海洋学相关领域工作的个人，至少需要具备某门基础学科（如地质学、物理学、化学或生物学）或工程的知识和本科学历。所有这类工作都需要掌握数据。海洋考古学需要有考古学和人类学的背景，海洋政策研究需要具有至少一门社会科学（如法律、经济或政治）的背景。对任何职业而言，都需要有流利读写和严谨思考的能力。今天，还须具备熟练使用计算机和调试计算机系统的能力。海洋学领域的许多工作需要从业者乘船出海作业，因此需要有出海经验。同时，具有机械知识和动手能力会更具优势（如在船上不用上岸就可修复设备的能力）。总之，工作性质不同，对人的要求也不同，如有些工作要求从业者具备听说多门外语的能力，具有潜水证书，能在狭窄空间中长时间工作的体力和耐力，并能克服晕船症。海洋学是一门相对较新的科学，留待我们发现的知识还有很多，因此许多人会以高学位（如硕士或博士）进入这一领域。但作为海洋工程师也大有可为，海洋工程师对学位要求不高，学士学位或具备相应的经验即可。努力就会有回报，希望你能找到合适的工作并取得相应的成就。
海洋学家的工作职责
与海洋相关的就业机会正在且必将继续增多。海洋学家的就业领域包括研究机构、政府部门，以及各类公司，如海洋矿业公司、海洋养殖公司、海洋发电公司等。工作不同，海洋学家的具体职责也不同，但通常具有如下职责：
? 海洋地质学家和地球物理学家勘探海底并对海底地质结构成图。研究岩石和沉积物的物理与化学性质，为地球历史提供有价值的信息。这种工作成果有助于我们了解海洋盆地的形成过程，以及海洋与海底的相互作用。
? 海洋化学家和海洋地球化学家研究海水的化学组成及其与大气、海底的相互作用。具体工作包括分析海水的成分、海水的淡化，并研究污染的影响。还研究海洋环境中的化学过程，并与海洋生物学家合作研究生命系统。他们对海水的微量化学物质的研究，可帮助我们了解全球的洋流运动形式及海洋对气候的影响。
? 海洋物理学家研究海洋的温度、密度、海浪运动、潮汐和海流等性质。他们研究影响天气和气候的海气关系、光和声音在海水中的传播，以及海洋与海底、海岸的相互作用。
? 海洋生物学家和海洋渔业学家研究海洋中的动植物，了解海洋生物的发展方式、彼此间的关系、对环境的适应性及与环境的相互作用，找到海洋捕捞的平衡方法，研究生物对污染的响应。与海洋生物学相关的新领域包括海洋生物技术和分子生物学。海洋生物学是海洋学中为重要的领域，因此也竞争性。
? 海洋工程师将科技知识应用于实际工作中，工作范围包括设计敏感的设备来测量海洋过程，构建能承受洋流、海浪、潮汐和风暴的结构。细分领域包括声学、机器人、电气、机械、建筑、化学工程和造船。这些工程师通常具有高度专业的计算机技术。
? 海洋考古学家系统地恢复和研究海洋证据，如沉船地点、建筑和海底人类遗迹。海洋考古学家使用先进技术来定位水下考古遗迹。
? 海洋政策专家利用海洋学、社会科学、法律等知识，制订合理开发海洋和沿岸资源的方针与政策。
海洋学家的其他工作领域包括海洋新闻工作者、教师和水族馆负责人等。
就业信息来源
就业信息来源可在大学关于海洋学的目录中找到。网上的就业信息来源包括：
? 海洋科学职业：美国国家海洋和大气管理局海洋学院提供的工作机会指南，网址为http:// marinecareers.net。
? 加州大学海洋研究所提供的就业信息，网址为www.siommg.ucsd.edu/slices/。
? 海洋世界*门提供的动物园工作指南，网址为www.seaworld.org/infobooks/ zoocareers/ home.html。
? 科学和工程职业：美国国家科学院提供的学生就业指南，网址为www.nap.edu/openbook. php?record_id=5129。
其他海洋学就业网上信息包括：
? 海洋学会，网址为www.tos.org/resources/career_profiles.html。
? 美国海军网站，网址为www.oc.nps.edu/careers.html。
? 斯克里普斯海洋研究所的网站，其中列出了海洋学、海洋生物学等方面的信息，网址为http://ocean.peterbrueggeman.com/career.html。
? 帕洛玛学院海洋学职业网站，网址为www.palomar.edu/oceanography/links/Careers.html。
? 纽约州立大学石溪分校生物科学系，其中列出了许多海洋实验室和研究机构，网址为http://life.bio.sunysb.edu/marinebio/mblabs.html。
? 伍兹霍尔海洋研究所的网站，它致力于女性海洋学家的成就，包括女性科学家的独特性，网址为www.womenoceanographers.org。
Alan P. Trujillo
Harold V. Thurman
学习目标：
4.1 了解海洋沉积物的沉积过程及其揭示的历史事件。
4.2 描述陆源沉积的特征。
4.3 描述生物沉积的特征。
4.4 描述水生沉积的特征。
4.5 描述宇宙沉积的特征。
4.6 讨论远洋沉积、浅海沉积在全球的分布状况。
4.7 列举海洋沉积中储藏的各种资源。
为什么海洋研究者对沉积物深感兴趣？尽管海洋沉积物看似简单，与被侵蚀的颗粒、粉尘碎屑以及其他从水中沉淀出来并在洋底堆积的颗粒类似（见图4.1），但它揭示了大量的地球历史。就像我们现在所了解的那样，在研究过去海洋生物地理分布、全球气候变化甚至全球生物灭绝事件时，沉积物均能提供十分有用的线索。值得注意的是，不同于地球上的其他物质，沉积物是在洋底经过长时间积累形成的，其包含了近于连续的时间序列。实际上，海洋沉积物就像地球上的博物馆，它将数百万年的地球历史，呈现在我们面前。
随着时间的推移，沉积物会发生成岩作用（变成岩石）而形成沉积岩。陆地上出露的岩石，有一半以上是沉积岩，它们是在古海洋环境中沉积，并通过板块构造过程抬升至陆地形成的。让人惊讶的是，即使是大陆上的山峰（离海洋很远）也含有海洋生物化石，这表明，这些岩石在地质历史时期均源于洋底。比如，世界山脉的顶点（喜马拉雅山脉的珠穆朗玛峰）由灰岩组成，而灰岩是一种形成于海底的岩石类型。
沉积物中的颗粒来自岩石碎屑、生物体、溶于水中的矿物以及外太空。沉积物的矿物组成及结构（颗粒的大小和形状）是判断沉积物来源的线索。
表4.1对本章的知识进行了梳理，表中根据海洋沉积物的类型、组成、来源、主要分布位置，对其进行了分类。本章以一个简短的讨论开篇，对沉积物的沉积过程及沉积物对地球历史的揭示等问题进行探讨。学习本章的剩余内容时，要注意所讨论的四种主要沉积物类型（表4.1中的列），然后仔细了解表4.1中每种沉积物类型的组成（第二列）、来源（第三列）、和主要分布区域（第四列），同时要把海洋沉积物的混合物、沉积物分布考虑在内。后介绍沉积物所提供的资源。
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