海洋科學

海洋科學是研究地球上海洋的自然現象、性質及其變化規律,以及和開發與利用海洋有關的知識體係。它的研究對象,既有占地球表麵近71%的海洋,其中包括海洋中的水以及溶解或懸浮於海水中的物質,生存於海洋中的生物;也有海洋底邊界——海洋沉積和海底岩石圈,以及海洋側邊界——河口、海岸帶,還有海洋的上邊界——海麵上的大氣邊界層等等。它的研究內容,既有海水的運動規律、海洋中的物理、化學、生物、地質過程,及其相互作用的基礎理論,也包括海洋資源開發、利用以及有關海洋軍事活動所迫切需要的應用研究。這些研究與力學、物理學、化學、生物學、地質學以及大氣科學、水文科學等均有密切關係,而海洋環境保護和汙染監測與治理,還涉及環境科學、管理科學和法學等等。世界大洋既浩瀚又互相連通,從而具有統一性與整體性,海洋中各種自然過程相互作用及反饋的複雜性,人為外加影響的日趨多樣性,主要研究方法和手段的相互借鑒相輔而成的共同性等等,促使海洋科學發展形成為一個綜合性很強的科學體係。

海洋科學研究的對象及特點

海洋科學研究的對象是世界海洋及與之密切相關聯的大氣圈、岩石圈、生物圈。它們至少有如下的明顯特點。

首先是特殊性與複雜性。在太陽係中,除地球之外,尚未發現其它星球上有海洋。全球海洋的總麵積約3.6×108km2,是陸地麵積的2.5倍。在總體積13.7×108km3的海水中,水占96.5%。水與其它液態物質相比,具有許多獨特的物理性質,如極大的比熱容、介電常數和溶解能力,極小的粘滯性和壓縮性等。海水由於溶解了多種物質,性質因而更特殊,這不僅影響著海水自身的理化性質,而且導致海洋生物與陸地生物的諸多迥異。陸地生物幾乎集中棲息於地表上下數十米的範圍內,海洋生物的分布則從海麵到海底,範圍可達1萬米。海洋中的近20萬種動物、1萬多種植物,還有細菌和真菌等,組成了一個特殊的海洋食物網。再加上與之有關的非生命環境,則形成了一個有機界與無機界相互作用與聯係的複雜係統——海洋生態係統。

其次,作為一個物理係統,海洋中水—汽—冰三態的轉化無時無刻不在進行,這也是在其它星球上所未發現的。海洋每年蒸發約44×108t淡水,可使大氣水分10~15天完成一次更新,勢必影響海水密度等諸多物理性質的分布與變化,並進而製約海水的運動以及海洋水團的形成與長消。在固結於旋轉地球坐標係中來觀察,海水的運動還受製於海麵風應力、天體引力、重力和地球自轉偏向力等。諸如此類各種因素的共同作用,必然導致海洋中的各種物理過程更趨複雜,即不僅有力學、熱學等物理類型,而且也有大、中、小各種空間或時間特征尺度的過程。但是其中的運動過程,則具有特殊的重要性,因為海水無時無刻不在運動著。

第三,海洋作為一個自然係統,具有多層次耦合的特點。地球海洋充滿了各種各樣的矛盾,如海陸分布的不均勻、海洋的連通與阻隔。海洋水平尺度之大逾數萬千米,而鉛直向尺度之小,平均水深隻有3795m,兩者差別實為懸殊。其它矛盾諸如蒸發與降水,結冰與融冰,海水的增溫與降溫,下沉與上升,物質的溶解與析出,沉降與懸浮,淤積與衝刷,海侵與海退,潮位的漲與落,波浪的生與消,大陸的裂離與聚合,大洋地殼的擴張與潛沒,海洋生態係平衡的維係與破壞等等。它們相反而相成,共同組成了這個複雜的統一體。當然,這個統一體可以分成許多子係統,而許多子係統之間,如海洋與大氣,海水與海岸、海底,海洋與生物及化學過程等等,大都有相互耦合關係,並且與全球構造運動以及某些天文因素等密切相關。這些自然過程通過各種形式的能量或物質循環,相互影響和製約,從而結合在一起構成了一個全球規模的、多層次的複雜的海洋自然係統。海洋科學的任務,就是借助現場觀測、物理實驗和數值實驗手段,通過分析、綜合、歸納、演繹及科學抽象等方法,研究這一係統的結構和功能,以便認識海洋,揭示規律,既可使之服務於人類,又能保證可持續發展。