[科普中國]-海洋界面

現(xiàn)代海洋化學幾乎全是界面化學問題。這是近些年來從事海洋化學研究者的共識。研究發(fā)現(xiàn)，海洋中的化學反應，在很大程度上為發(fā)生在界面上的各種現(xiàn)象所制約。這是由于大洋海水被地球上兩個最寬廣的界面所包圍：一個是海洋與上面大氣發(fā)生接觸的界面；另一個是海洋與下面洋底沉積物發(fā)生接觸的界面。除此之外，海洋中的生物圈是與海洋發(fā)生接觸的第三種界面。

海洋化學與界面化學海洋中的化學反應，在很大程度上為發(fā)生在界面上的各種現(xiàn)象所制約。這是由于大洋海水被地球上兩個最寬廣的界面所包圍：一個是海洋與上面大氣發(fā)生接觸的界面；另一個是海洋與下面洋底沉積物發(fā)生接觸的界面。除此之外，海洋中的生物圈是與海洋發(fā)生接觸的第三種界面。事實上，在海洋上，除了溫度、壓力和電解質(zhì)的濃度變化對離子平衡發(fā)生調(diào)節(jié)作用之外，幾乎很難再找出海洋中有什么化學反應不是在這樣或即那樣的界面上進行的。這是從一般宏觀意義上講的。

若從微觀上看，幾乎所有物質(zhì)進入或離開海洋，都是通過海洋微表面層進行海水-大氣交換的邊界，在微表層內(nèi)進行轉(zhuǎn)化。一般認為，海洋中的物質(zhì)，可被擴散、對流、上升流和上升氣泡搬入海洋表面；大氣中物質(zhì)，可通過降雨或若干種沉降，例如，氣體、氣溶膠和顆粒物的沉降，抵達海洋的表面，使得海洋的微表面含有各種物質(zhì)。此外，在微表層中，特別富含細菌和浮游生物。這對促成海洋環(huán)境中天然物質(zhì)和人類污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化方面，將起重要作用。同時，光譜紫外線區(qū)的輻射，能使很多微表層的有機物發(fā)生光化學反應。因此，人們有理由相信，在21世紀化學海洋學的研究方向?qū)⒓杏谟嘘P海洋各種邊界所發(fā)生的多種現(xiàn)象及其變化上。1

現(xiàn)代化學海洋學進入模型研究階段已從均相水體的研究，發(fā)展到非均相界面的研究。例如，海面-大氣界面、海底-海水界面、懸浮體-海水界面、海洋生物體-海水界面、河水-海水界面等等。顯然，那種傳統(tǒng)化學海洋學以研究海水中元素的存在與物質(zhì)含量的簡單描述，已經(jīng)不能適應社會進步對海洋學的要求了。今天，科學家在化學海洋學領域研究的前沿課題是，通過海洋界面化學過程的研究，了解對全球環(huán)境變化的影響，其重點是有關海洋生物、地球化學過程的研究。這是因為海洋化學的研究對象和研究方法已發(fā)生變化，從原有的簡單無機物研究，發(fā)展到比較復雜的有機物、海洋高大分子化合物、懸浮離子和沉積物等研究，進而達到與全球變化有關的海洋生物地球化學過程和全球海洋通量的研究目的。

人們已經(jīng)確定海水物理化學和海洋界面化學的研究方向之后，那么，首先要探明的問題是，如何掌握通過海洋-大氣界面的元素和物質(zhì)的通量，因為這是元素和物質(zhì)全球循環(huán)研究的基礎性資料。其次是，海水微表層化學研究，其具體研究內(nèi)容有海水微表層研究的方法，微表層水的組成和界面性質(zhì)，微表層有機膜中類脂化合物和表面活性劑的化學組成及含量，微表層中化學物質(zhì)的反應和轉(zhuǎn)化規(guī)律。2

海洋光化學研究的主要對象位于表層海域的真光層海水水體，由于接受太陽照射界面大，熱能交換迅速而且量大，因此是海洋光化學研究的主要對象。科學家通過研究透光層中光分散物質(zhì)和光感物質(zhì)的光反應，了解它們的反應機制。另一方面，海水中的有機物質(zhì)和海洋生物對光的反映和影響，光化學反應對海洋生物的影響，光化學反應在元素和物質(zhì)全球通量研究的地位，都要求化學海洋學作出科學解釋。在海洋真光層之中或之下的水體中，其化學變化作用和過程，均屬溶液化學研究的范疇，它包括海水元素物質(zhì)的活性系數(shù)研究、活性系數(shù)與其存在的形式的關系研究、海水體中金屬-有機物的相互作用研究、水體的綜合容量及實驗測定方法研究、生物在海洋元素地球化學過程研究中的地位、作用研究等。因為，在海水水體中，微小的懸浮粒子與正離子/負荷離子的交換作用，在物質(zhì)海洋通量和循環(huán)研究中，均起著關鍵性的重要作用。

海水界面是地球上最大的界面之一它與懸浮體-海水界面組成了液體與固體界面關系。沉積物化學，包括沉積物的生成和移動規(guī)律，沉積物的化學組成和礦物組成，沉積物與底棲生物的作用，沉積物中的有機物及其組成和變化規(guī)律，沉積物的間隙水化學?？偠灾?，從海面到海底，海水與不同屬性物質(zhì)問題界面接觸發(fā)生的種種化學過程，都是人們正在探索的課題。海水-沉積物界面，海洋界面化學研究貫穿其全部過程。當然，這其中有界面熱力學和非平衡動態(tài)熱力學和統(tǒng)計力學，化學動力學和穩(wěn)定態(tài)膠體的凝聚和動力學過程，以及再懸浮變化規(guī)律，也是化學海洋學探討的課題。

河口海洋地區(qū)與化學海洋學由于社會經(jīng)濟生活的繁榮，河口海洋地區(qū)成為化學海洋學關注的又一重要領域。據(jù)粗略估計，世界各大小河流每年注入海洋的懸浮物約200億噸。顯然，河流排入海洋的溶解物和顆粒物，要比海洋中其他來源的總量多許多。但是，人們對剛進入海洋的溶解物和顆粒的組成、活性和化學性質(zhì)，都不很了解，更無長期而有系統(tǒng)的資料統(tǒng)計。這里要特別提出的是，河流物質(zhì)進入海洋后，將使河口海水的理論性質(zhì)發(fā)生很大的變化，對沿岸海域環(huán)境和生態(tài)關系均產(chǎn)生影響。常識告訴我們，懸浮于海水中的極微小顆粒膠體，是海洋生物的“搖籃”，它是形成發(fā)展?jié)O場的重要條件，但是，這些微小顆粒狀的膠體，如果在交換過程中，吸附了許多諸如重金屬和有機污染物質(zhì)后，就會使那些將要成為幼小物質(zhì)的生命發(fā)生夭折。

海洋與物質(zhì)全球循環(huán)過程化學元素和物質(zhì)通過何種途徑進入海洋，是“海洋生成說”中最基本的問題之一。傳統(tǒng)的經(jīng)典說法是“巖石風化→降水過程、溶入河川→由河川流入海洋，并沉入海底”。但是，近年來又形成另一種說法：“風化和被風帶入大氣/人為加工(如，燃燒等)，而帶入大氣→大氣過程→通過降水方式，進入海洋→水化過程，再次進入大氣層”。這兩種說法，代表了不同的學術(shù)派別。但是，不管是哪種說法，在海洋中的化學元素和物質(zhì)，除了以溶解狀態(tài)存在外，另外的存在形式，就是與海水固體粒子發(fā)生交換和被吸附。顯然，這些問題，都在探討之中。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學