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化学进展丛书——海洋化学进展 - 张正斌、刘莲生、
出版日期:2005年4月
前言
本书是朱道本院士主编的《化学进展丛书》的分册之一。
海洋化学是由化学与海洋学两门一级学科交叉、渗透、结合、发展产生的一门新的二级学科，至今仅约半个世纪，是名副其实的新型的边缘科学。为此，对本书撰写内容要稍作介绍和说明。
科学的发展主要靠创新。然而，科学的创新就是建立在正确处理继承和发展的辩证唯物主义的基础之上。本书第1章导论，即是评论了海洋化学20世纪的主要研究成果，总结了海洋化学发展的自然规律，并对21世纪发展的方向进行预测。
科学创新不仅使学科发展日新月异，而且要能“青出于蓝而胜于蓝”。第2章海水中电解质活度系数的进展即可为范例。20世纪70～80年代海水活度系数计算方法源于化学；但其应用在体系的复杂性和离子强度高达I=10等方面则已呈“青胜于蓝”之势。本章中海水活度系数的Monte Carlo法计算和非电解质活度系数研究，使活度系数的理论研究和实际应用达到了21世纪初的又一新的高度。活度系数理论是20世纪下叶物理化学理论的一个重要发展方向，大批中国的物理化学家来到了Pitzer教授门下，对海洋化学则成为震动海洋界和环境界的研究“chemical speciation”的关键参数。其影响自20世纪60年代至今经久不衰。
科学创新要有持久性，能后浪推前浪，不断掀起新高潮。第3章海水中元素的物种化学存在形式即属此类。元素的无机配体存在形式→元素的有机配体存在形式→元素的固体微粒（胶体）配体存在形式，对三个里程碑式的存在形式研究一个超越一个，而海水中元素的物种化学存在形式研究，一直是海洋化学/环境化学的主题内容之一。
科学创新必须要有特点。第4章海水中金属配位体固体微粒液固界面三元配合物研究内容则有明显的中国特色或作者个人特色。作为理论基础的海水中液固界面分级离子/配位子交换理论具有这种特色；在大量的各种各样的E(%）pH值关系曲线的基础上，提出根据E(%）pH值曲线的形状来推断三元配合物的类型也具有这种特色；书中提出的实验测定液固界面三元配合物的方法，是基于E(%）pH值S形曲线左右摆动规律，再经数学处理而得。凡此种类，都是编者实验室的长期实验工作的积累的成果。
科学创新中最引人注目的是源创新。在第5章海水微表层化学研究中，提出海水微表层的“原位法”测定方法，发现“海水物理化学性质突变层”，提出“海水微表层的多层模型”，测定海水微表层的厚度为（50±10）μm等都属海水微表层研究中源创新成果。这些成果将在海气界面作用，物质海气通量计算以及对气候的影响研究中具有重要的作用。海水微表层化学，属于海洋化学最新发展前沿之一，它必将引起广大科技工作者和读者的浓厚兴趣。
科学创新之所以具有无限生机，重要的一点在于若干新学科之间的不断重新组合，以促使更新更有生机的新学科的产生，使其“父、母”级学科获得新生和新发展。第6章海洋生物地球化学即是海洋学、生物学、地学和化学四个一级学科的组合，或是海洋化学、海洋生物、海洋学、海洋物理、生物化学、地质化学、化学生物学等一系列二级学科的组合。其涉及面之广，研究内容之新，所得研究成果之奇妙都是原有的一级或二级学科所不能比拟的。
科学创新的发展，一般都是从简单到复杂，从低级到高级，从无机物质到有机物质。因此，本书第7章海洋有机物及其生物地球化学就是本书写作时上述原则的具体体现。
科学创新，一般由不成熟逐步走向成熟。对于在上述发展过程中，处于过渡状态的科学内容就需要人们的爱护和包涵。本书第8章对海洋生态系化学进行了探讨。海洋生态系化学应包括哪些科学内容，尚无先例可循。书中介绍的海洋赤潮是当前全球瞩目的海洋灾害，拿来讨论，特别是讨论“赤潮化学预测”，可能尚不成熟。中国沙尘暴与海洋赤潮，虽都是人们关心的自然灾害，但积累资料尚少，讨论它们之间的关系或许也不成熟。至于把1998年诺贝尔奖的明星物质NO，2003年诺贝尔化学奖的细胞膜水通道和离子通道，与海洋赤潮机理研究联系起来，更尚属于初始的研究阶段。如果出现“可笑”的内容，希望得到同行们的指教和读者们的谅解。这是本书与一般教材的不同之处。
创新就会有风险，任何新生事物不可能是十全十美的，本书提出的若干海洋化学新进展可能也不例外，尚待今后海洋化学的科学实践来检验。书中的不足之处在所难免，敬请国内外化学界和海洋界同行们和广大读者给予批评指正。
本书以国内外海洋化学的大量文献为基础，结合作者47年来海洋化学工作的部分（特别是近20年的）成果撰写而成。因此，对本书作出过贡献的有作者的同事和二十几届的博士研究生和硕士研究生、博士后研究生和国内访问学者约80多人。例如现在国内工作的当年的博士生王修林、于志刚、姬泓巍、杨桂朋、王江涛、俞志明、赵卫红、吴志坚等教授；在国外工作的曾是作者研究生的孙铭一、蔡卫君、赵美训、赵宏宾、王玮、孟晓光等博士（部分已为国外大学的终生教授）；以及目前还在作者实验室工作的刘春颖、邢磊、林彩、吴真真等。吴真真和林彩还帮助打印了本书全稿。对他们的帮助作者在此一并敬致谢忱。化学进展丛书——海洋化学进展目录
第1章导论1
11海洋化学定义和范围1
12海洋化学20世纪的发展回顾和21世纪展望4
121海洋化学发展简史4
122海洋化学遵循“实践理论再实践再理论……”的规律，螺旋式上升发展6
123海洋化学沿着“深”、“广”两度辩证统一地发展7
124海洋化学是“全球海洋化学”和“区域海洋化学”相结合的互补发展7
125海洋化学在国民经济发展中的地位和应用10
126海洋化学的发展预测和展望13
参考文献19
第2章海水中电解质活度系数的若干进展23
21Pitzer理论及其在海水体系上的应用23
211BrnstedGuggenheim特殊相互作用模型23
212Pitzer理论25
213海水活度系数27
22海水中电解质活度系数研究的最新进展33
221蒙特卡罗（Monte Carlo）法简介33
222Lund等方法的理论和计算方法33
223硬球半径34
224海水模型35
225计算结果和讨论35
23海水中非电解质活度系数研究的新进展38
231非库仑处理38
232Pitzer方程的应用42
233混合电解质溶液44
234模拟盐效应46
235半经验方法51
参考文献57
第3章海水中元素物种化学存在形式和存在形态61
31海水化学模型计算方法——化学平衡计算法62
311控制海水中元素化学模型或存在形式的主要因素62
312常压下海水化学模型的计算方法和步骤63
32海水化学模型——海水常量组分的存在形式65
321准备工作65
322计算结果67
33海水中微（痕）量元素的无机存在形式70
331一般规律70
332定量推算方法71
333典型计算举例75
34海水中元素的有机存在形式82
341海洋中有机物和有机配位体83
342氨基酸85
343腐殖酸88
344海水中元素有机存在形式91
35海水中固体微粒配位体的存在形式97
351非生物固体微粒配位体97
352生物相关固体配位体102
36海水中液固界面“金属有机物固体粒子”三元配合物存在形式102
参考文献103
第4章海水中金属配位体固体微粒三元配合物研究进展111
41概述111
411交换/吸附等温线和等温式——台阶型等温线111
412台阶型E(%）pH值关系曲线118
413台阶型的液固界面化学动力学曲线119
414海水中液固界面分级离子/配位子交换理论127
42海水中液固界面过程的pH值效应137
421Kurbatov作图法137
422离子交换吸附的pH值范围法——交换百分率E（%）pH值关
系的S形和反S形曲线作图法138
423较普遍的E(%）pH值关系式141
43E(%）pH值曲线法研究三元配合物的类型144
431三元配合物的分类144
432E(%）pH值曲线法研究三元配合物的类型146
44S形曲线左右摆动规律法实验测定液固界面三元配合
物的稳定常数154
45液固界面三元配合物的波谱研究159
46液固界面三元配合物的E(%）pH值曲线的理论定量模式161
461引言161
462反应模式163
463E(%）pH值关系公式164
参考文献169
第5章海水微表层化学和海气界面作用研究近况174
51 引言174
52海水微表层的研究方法175
521理论研究方法175
522海水微表层的实验方法178
53海水微表层的多层模型182
531海水物理化学性质突变层184
532海水微表层的多层模型186
54海水微表层的厚度及其实验测定191
541以海水物理化学突变层为海水微表层厚度的划分和实验测定依据的方法191
542其他测定海水微表层的方法195
55海水微表层中Gibbs吸附定理之异常及海水微表层化学简介196
551海洋微表层生物学简介197
552海洋微表层化学202
553海水微表层的若干综合化学性质研究213
56大亚湾海水微表层化学生物学的初步研究217
561大亚湾各层海水中浮游植物的种类和数值分布特征217
562大亚湾海水微表层和次表层的叶绿素（Chla）的研究224
563大亚湾海水微表层络合容量研究230
57物质海气通量计算及其在物质全球循环中的应用234
参考文献235
第6章海洋生物地球化学过程和物质全球循环研究进展244
61概论244
611简史244
612海洋生物地球化学循环和物质全球变化245
62海洋中生物圈和生态系原理268
621生态系268
622海洋中的生物圈273
63全球生物地球化学循环和全球变化289
631元素的全球生物地球化学循环289
632碳、氮、硫、磷关联289
64碳的海洋生物地球化学循环和碳的全球变化及CO2温室效应290
641碳的海洋生物地球化学循环290
642海洋碳循环292
643碳的全球变化与CO2温室效应294
644海洋碳循环中的“生物泵（biological pump）”作用294
65氮的海洋生物地球化学循环297
651氮的全球循环297
652海洋氮循环299
66磷的海洋生物地球化学循环301
661磷的全球循环301
662海洋磷循环301
67硫的海洋生物地球化学循环302
671硫的全球循环302
672海洋硫循环303
68金属的海洋生物地球化学循环305
69太平洋的“高营养盐低生产力问题”和铁假设308
参考文献311
第7章海洋有机物及其生物地球化学315
71海洋中的主要有机物315
711概述315
712海洋中的核酸317
713氨基酸、肽和蛋白质320
714腐殖酸328
72海水溶解有机物的生物地球化学340
721海水中DOC的生物地球化学341
722海水中的溶解有机氮（DON）和氨基酸346
723海水中的溶解有机磷（DOP）350
724海水中的溶解有机硫350
73海洋中的颗粒有机碳和胶体有机物的生物地球化学358
731海洋中的颗粒有机碳（POC）358
732海洋中的胶体有机物360
74海洋初级生产力366
741光合作用和呼吸作用366
742海洋的初级生产力367
743新生产力（NP）372
744Redfield模型373
参考文献375
第8章海洋生态系化学探讨382
81大亚湾生态系化学及其特征383
811大亚湾生态系化学概述383
812大亚湾生态系的pH值、碱度和溶解氧385
813大亚湾生态系的无机氮388
814大亚湾生态系的磷酸盐和硅酸盐391
815大亚湾生态系的N/P比率394
816大亚湾生态系的叶绿素a和初级生产力397
817大亚湾生态系化学性质的综合比较405
82赤潮的化学研究411
821赤潮概论411
822赤潮的化学预测初探413
823一氧化氮（NO）对海洋浮游植物/赤潮藻生长影响的规律及其
化学特征的初步研究421
83我国沙尘暴与赤潮相关性初探429
831引言429
832我国沙尘暴的时空分布430
833我国沙尘暴的动态变化431
834赤潮的时空分布433
835赤潮的动态变化435
836讨论435
84海水生物界面相互作用的几个理论437
841藻类对微量金属元素的吸收438
842藻类与海水界面物质的扩散反应理论443
843钾离子通道448
844ClC Cl-氯离子通道（阴离子通道）451
845水通道452
846展望455
参考文献456 本书可作为化学、化工、海洋科学、环境科学、生物学、生态学、地球科学和水产养殖等学科的高等院校师生、科研院所科研人员等的教材和参考资料。化学进展丛书——海洋化学进展内容介绍:
本书是《化学进展丛书》分册之一，以国内外海洋化学的大量文献为基础，结合作者近20年来海洋化学工作的部分成果撰写而成。全书共分8章，主要介绍了海水中电解质活度系数的若干进展，海水中元素物种化学存在形式和存在形态，海水中金属配位体固体微粒三元配合物研究进展，海水微表层化学和海气界面作用研究近况，海洋生物地球化学过程和物质全球循环研究进展，海洋有机物及其生物地球化学，海洋生态系化学探讨。其特点是宏观介绍了近5～10年间国内外海洋化学的发展状态和研究重点以及未来发展趋势，海洋化学热点问题的新思路、新方法以及学科交叉融合中的创新问题，重要的和潜在的应用前景等。本书理论与实践并重，内容严谨、系统，数据可靠，资料丰富、新颖，笔锋直达海洋化学及其相关学科发展的最新前沿。本书引用国内外文献800多篇，收集和总结了很多中国海洋化学家的科研成果。
本书可作为化学、化工、海洋科学、环境科学、生物学、生态学、地球科学和水产养殖等学科的高等院校师生、科研院所科研人员等的教材和参考资料。
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