走进地理学-南京大学(精品课) 5.3.1-探索海洋 #地理學 #知識 #課程

前面我們介紹了認識海洋 下面我們介紹第二部分內容 探索海洋 我們怎麼來去研究海洋 從歷史上我們可以看一下 當然這是一段波瀾壯闔的歷史 首先我們要知道什麼叫海洋科學 比如海洋科學的分類是什麼樣子的 海洋科學是什麼呢 它是地球科學的一個組成部分 它研究海洋水體與海底 海洋和大氣 以及海水與河口海岸 等各種界面的特徵 和各種過程的自然科學 而海洋中發生的自然過程 大體上可以分為這麼幾個 第一個物理過程 化學過程 地質過程和生物過程等四類 對應這四類過程的研究 相應的形成了海洋科學中 相對獨立的四個基礎科學的分支 比如說物理海洋學 海洋化學 海洋地質學和海洋生物學 其中物理海洋學 並不是研究海洋環境中 所有的物理現象 它主要是研究海水的運動 海洋化學是研究什麼呢 它研究海水的化學組成 和物質的循環的方式 海洋生物是研究海洋環境中 生物的組成和生態系統的特徵 海洋地質學 它是研究海底的各種地質條件 和演化過程 此外為了滿足經濟 社會發展的需求 還增加了海洋技術科學 海洋工程科學 和海洋社會科學等學科 深入探討應用型的問題 和涉及海洋立法 管理等方面的問題 以上各種學科還可以進一步 包括多種分支學科 海洋科學研究對象 不僅包括巨大的海洋水體部分 也包括河口海岸帶 海洋與大氣界面 海水和沉積物界面 以及海底岩石圈 海洋觀測儀器的研製 開發與應用 當然也屬於海洋科學的任務 現代海洋科學一方面 學科分工越來越細 另一方面 多學科交叉也越來越緊密 就如同其他學科一樣 海洋科學的研究 內容主要包括科化特徵 研究過程 分析機理 探索比如資源 環境 災害效應 海洋科學另外一個特點是什麼呢 它是以現場的觀測 和採樣分析為基礎 注重長期觀測和樣品數據的積累 此外在研究手段上面 強調多學科的交叉 和多手段的並行 我們說海洋科學 大體是研究這些內容的 我們想看一下歷史上 海洋科學是如何發展的 整體而言 現代海洋科學的發展 歷史不足兩百年 但是從遠古時代開始 人們就開始利用海洋資源 開發航道 出現了海洋科學的萌芽 這樣我們可以說 海洋科學的歷史 是一部人與海洋環境 相互協同發展的歷史 波瀾壯闊 風起雲湧 比如最早在埃及 公元前四千年 就有人們從事海上生產活動的記錄 比如說在尼勒河和地中海東部 留下了他們的足跡 到了公元前六百年 斐迪基人建立了地中海的貿易航道 甚至出現直布羅託海峽 進入大西洋 在中國杜蘇蒙所駐的海濤誌 出現在公元八世紀的中頁 那是我們國家現存最早的 關於潮汐研究的記錄 我們知道明代的鄭和領導的 印度洋航行 在世界航海史上面 佔有非常輝煌的一頁 他在南京建立了一個龐大的船隊 這個船的長度近百米 在1405年到1433年期間 鄭和七次下西洋 最遠的時候 甚至到了非洲南部的莫桑比克海峽 航行過程中繪製的鄭和航海圖 和形成一批文獻 比如說西洋翻國誌 表明中國在航海技術 已經達到了一個相當高度 那繼鄭和航海以後 歐洲各國家的海上探險活動 也樂於加劇 比如說歐洲人在15世紀 16世紀跨越了大西洋 最終進入了太平洋的區域 葡萄牙人達加瑪 在1487年到1488年 到達了非洲最南部的好望角 西班牙人的航海技術更為突出 比如哥倫布1492年跨越大西洋 踏上了美洲的土地 拿麥哲倫率領的艦隊 這在1519年至1522年 真正完成了環球航行 然後我們說 隨著航海活動的開展 早期的科學調查和研究 也逐步開始萌芽 最早期具有代表性的科學考察 當屬於最著名的達爾文 1831年和1836年 參加的貝格爾號的一個環球考察 他收集了海岸和海底岩石的樣品 和蝨目標本 然後進行了分析 他是最早對珊瑚島礁的成因 進行了研究 影響最大 作為系統的環球航洋考察 當屬於英國皇家學會 資助下的愛丁堡大學 湯姆森教授 與1872年和1876年之間 領導的挑戰者號環球考察 這次考察船長約60米 載水量達2300餘噸 然後他們歷時的4年 採集了大量的樣品 此後經過23年的研究 形成了50卷的專著 然後這個工作被認為 現代海洋科學的一個開端 此後一直到20世紀中期 海洋強國都組織了 自己的海洋調查 建立了專門的考察船 設計和研發了各種觀測 和分析的儀器 到了20世紀中期 開始了海洋科學的考察 進入一個新的階段 比如國際化和多學科的階段 著名的比如說美國基金會 1968年成立的 深海大洋鑽探計劃 也就是我們知道的DSDP 以及隨後的ODP IODP計劃是迄今為止 最為成功的國際海洋科學的 研究大型計劃 我們中國於1998年加入了IODP 隨後在南海地區進行了 第184航次的鑽探 然後2014年的1月份 再次在南海啟動了 IODP349航次 研究南海擴張的過程 然後我們知道在2017年 也就是明年的2月到6月期間 科學家降在南海設定兩個航次 繼續研究南海海洋擴張的歷史 通過上述的一個 綜合海洋的考察和資料的 積累與分析的逐步就形成 並提出了海洋科學領域 若干很重要的學術理論 比如說1960年代中期 創立的板塊構造理論 1970年代獨海洋學的興起 和1990年代出現的地球 系統科學等 都是代表海洋科學裡面 最具有裏昇碑的貢獻 前面我們介紹了 海洋科學發展的歷史 那我們先看看 現在海洋科學 是怎麼來做這個事情的呢 現在應該說是基於 遙感 GPS等 互聯網技術的一個 新的一個調查觀測和監控的平臺 然後海洋科學的發展 離不開觀測監控等 技術平臺和手段 我們縱觀海洋科學 海洋科學發展的歷史 它體現了科學和技術的協同 總體而言 海洋的調查經歷了這麼三個階段 船載、對地觀測和海底觀測 高新技術和多學科的交叉 在裡頭發揮了非常重要的作用 比如說海底地形探索方面 最常見的技術包括 聲納、多波速和衛星重力觀測等 然後在探測海底的結構方面 我們主要採用地震的手段 比如說多道地震反射技術 地震的折射技術 而在探索洋底的物質的成分方面 我們通過抓鬥、鑽探等 取得海底沉積物的樣品 進行分析和測試 那除了上面基於船載的觀測以外 還有一系列的深潛觀測體系 比如說載能深潛器 最著名的包括美國阿爾文6500號 以我國新進研發完成的蛟龍7000號 還有非載能的遙控機器人 通俗的ROV 比如中國的海龍號 還有一種自動的潛水器 我們也叫它水下機器人 AUV 中國研發的叫潛龍號 還有水下無人機Glider 等高新技術設備 那現代海洋觀測技術和監控平臺 所體現出一種多層次、全方位 和長尺度的特徵 和撞孔 海底以下的實驗裝置 進行長期的實時的觀測 最具有代表性的 為目前發展起來的一個海底的觀測網 它用來觀測海底下的地震 流體的活動和微生物 美國和加拿大 2008年啟動了一個叫 海王星的觀測體系 他們把設備 駐了太平洋水底2700米深的海底 進行一個現場的實時的監控 然後通過光纖 把數據傳輸到室內分析 那目前我們中國 也開始著手構建這類觀測網 比如說我們在東海 已經建立一個小型的觀測網 對海洋科學研究而言 除了前面提到的 現場的觀測和樣品的採集以外 我們更多的是 室內的分析和數據的處理 那海洋觀測的目的是什麼呢 是為了為相關的一個過程 和基底的研究 提供一個基礎的數據 讓我們通過數字模擬技術 然後探究這個規律 進而預測未來的發展 這特別是在海洋氣象災害 等防災減災方面 能夠做出一個貢獻 我們知道天氣預報 都是基於大量的衛星雲圖的分析 海量的天氣數據的一個模擬 然後這裡頭高性能的計算機 集羣的數字分析 扮演了一個十分重要的角色 類似的海洋模擬和預測中 也需要整合多種多元素 多尺度和多要素的數據 然後開展大量的數字實驗 比如說世界上著名的超級計算機 日本的地球模擬器 Earth Simulator 被廣泛應用到海洋和氣象領域 那我們國家研發了超級計算機 天河二號 以及正在啟動的地球模擬系統 也都是為了這個目的而服務的 已經或者並將用於 我們國家的海洋環境的模擬 和預測的分析 當然我們知道國內外的研發機構 都已經研發出一系列的 海洋模擬的平臺 用於物理海洋領域的相關的研究 比如我們知道的美國普林森大學 地球流體動力學實驗室 開發了一系列的海洋模擬的平臺 它們可以用來幹什麼呢 比如說厄尼諾的模擬 海洋表層葉綠素濃度的變化 和海洋溫度的一個模擬 比如後面這個視頻我們展示的 它做的一些相關的模擬 除此以外我們可能聽過厄尼諾這個事情 厄尼諾是指發生在 熱帶太平洋海溫異常增溫的 一種氣候現象 大範圍的熱帶太平洋增溫 會造成一些全球變化 進而引發系列的災害 這裡頭比如我們這個視頻 給我們展示的這個 看到從美國東部到西太平洋這個區域 有一個高溫的一個帶 然後這裡頭做的模擬做的比較好的 我要提一下是美國科學家 叫Mark King 他在1986年在著名的智囊雜誌上 寫了一篇文章 首次提出了厄尼諾的一個預測模型 並成功預測了1986年的一次事件 當然目前學術界正在進一步完善這個模型 以整合更多的觀測的一個資料 用於我們更好的服務厄尼諾的預測 除了厄尼諾以外 我們國家也在研發相關的一些 模擬的平臺和計算手段