海洋与人类社会(第1讲)

1872-1945：近代海洋学的发展（1）
1872-1876年英国皇家学会组织的大规模多学科环球考察。
考察是在C. W. Thomson船长率领的“挑战者号”考察船进行 的，周密的科学考察计划使这次航行大有收获，考察成果后
来出版为50卷专著，被认为是现代海洋科学的开端。此后，
直至20世纪中期，主要的海洋研究强国都组织了自己的海上 调查，建设了专门的海洋调查船，设计制造了各种观测和分
钻孔样品
高 程
海面之上
海面之下 年份
高 程
年份
来自我国渤海湾的的一个 海面变化曲线研究实例
据王宏，个人通信
20世纪70年代末至90年代初建立
赵希涛, 陈宗镛, 朱季文 (主编), 1996. 中国海面变化. 山东科学技术出版社, 济南.
的全新世海平面变化曲线
海面为何变化？
• 地壳构造运动（影响海盆的大小） • 气候变化（影响水量大小） • 沉积物压实和地面沉降（如：上海市） • 地球内部物质分布（影响重力在地表的分布） • 短期变化：天体引力（潮汐）
在过去的6亿年中，已有过6次大的构造海面变化事件，海面变化幅度 达500米量级（据Sloss, 1963)
第四纪海面变化特征
• 周期约为10万年
• 1.8万年前海面低于现今约130米 • 距今1.8万年至7000年上升了130米 • 当海面位置较为稳定时，形成三角洲平原和河 流中下游河谷平原（例如：长江中下游平原、 长江三角洲） • 海面代表“侵蚀基面”，以上冲刷，以下堆积
人类文明发展加速与全新世海面 变化事件的同时性
• 考古研究和历史记录表明，距今6000年前后， 人类文明发展加速 • 农业发展与基本社会生活概念的建立 • 与此同时，全新世（过去1.2万年的历史时期） 海面经历了快速上升，约在7000年前达到现今 水平 • 两者的同步性：巧合还是必然？
地球历史年表
希腊人Herodotus绘制于公元前450年左右的地图
1872年之前：萌芽与早期探索（3）
欧洲人对海洋的认识在中世纪基本上是处于 停滞状态，但维京人却有不寻常的举动。这些居 住在北欧的人于公元前9至12世纪频频入侵欧洲其 他国家，还进入了冰岛、格陵兰、巴芬岛，直至 今天加拿大的纽芬兰岛。他们已经能够利用星座 进行导航，依照事先预定的航线航行。
1872年之前：萌芽与早期探索（7）
英国海洋调查领先于世界各国得到了发展，1768年至1779年，
在J. Cook船长率领下进行了三次远洋考察，在1768年进行的第一次 考察中，到达了新西兰和澳大利亚，发现了澳大利亚东岸的大堡礁。
1772年至1775年，Cook船长率领两艘考察船进行了环球考察，
1778-1779年的第三次考察中发现了许多太平洋岛屿。 早期的海洋科考活动中最著名的是1831-1836年间进行的考察， 它是在R. Fitzroy船长指挥下的“比格尔号”军舰上进行的。达尔文 作为博物学家参加了这次科考活动，他勤奋地收集海岸、海底的各 种生物标本和岩石样品，根据这些材料的分析完成了一系列生物学 和地质学的学术专著，如《物种起源》。
1872年之前：萌芽与早期探索（8）
除调查研究外，一些物理学家也对海洋现象进行了理 论分析。牛顿（I. Newton）在他的《自然哲学的数学原理》 一书中就研究了潮汐现象，他根据万有引力定律，提出潮 汐是由于天体的引潮力作用而形成的，从而建立了平衡潮 理论。后来，拉普拉斯（De Laplace）于1776年在《宇宙体 系论》一书中进一步提出了潮汐现象形成的动力学理论。 这些研究具有物理学的基础，经过历代学者修改、补充后， 形成了完整的潮汐学理论体系。
1945以来：现代海洋科学（2）
20世纪的海洋科学主要是依赖于科学考察船，人们从船上采集海 水、沉积物和生物样品，测定海流、盐度、温度等环境参数，然后回 到实验室进行样品分析、数值计算模拟等工作，以期从科学原理上理 解和预测海洋现象，并应用于军事、渔业生产等领域。 最近二十年来，海洋科学成为研究地球系统行为（如气候、生态 系统演化）的主干学科之一，发展趋势是为人类今后控制地球气候、 拓展生存空间、乃至开发太空奠定基础。与此相应，海上工作的方式 也发生了巨变，除海洋考察船外，发展了遥感对地观测技术和深海自 动观测网技术，对海洋的立体、长时间序列的观测正在成为现实；另 一方面，对海洋现象的模拟和预测能力也有了长足进步。
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IODP， “综合大洋钻探计划”，2000至今，各成员国加大了投入，获得了在 任何海区实施钻探的能力。日本“地球”号钻探船投入使用
1945以来：现代海洋科学（4）
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现代海洋科学的标志之二是自持式仪器设备的使用
AUV，自带能源，在计算机指令下完成规定站位和时间的观测，定时将观测 数据发回 ROV， 水下机器人，在计算机指令下完成样品采集、摄像、搜寻等任务，能 够采集50米柱状样，生物标本等 Sea Gliders， 依靠海洋能源，自动按照设定的路线和地点，完成观测、采样 等任务，定期上浮，发回数据 载人深潜器，研究人员可以下潜至数千米深处，进行观测和采样。我国已研 制了7000米载人深潜器
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Shubin N et al., 2006. The pectoral fin of Tiktaalik roseae and the origin of the tetrapod limb. Nature, 757, 764-771. 项目 现场工作 化石发现地点
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鱼和爬行类之 间的过渡物种
对人类活动有何影响？
• 随着海面上升发生的迁徙
• 平原地区适合于农业发展 • 不同部落的交往和冲突 • 交通运输的需求和道路建设 • 早期发明：工具、艺术品等 • 战场与战争 • 所以：文明加速与海面上升有关联！
地层
人类（2百万年）
爬行类（3.5亿年）
过渡态生物（？亿年） 海洋鱼类4亿年
Neil Shubin 等 人的研究
• 葡萄牙人于1487-1488年到达了非洲最南端的好望角
• 西班牙人的航海成就更为突出，1492年哥伦布跨越大西洋， 踏上了美洲的土地 • 麦哲伦率领的船队则在1519-1522年间真正完成了环球航行
1872年之前：萌芽与早期探索（6）
随着航海活动的发展，早期的科学调查和研究也开始 露出了萌芽，研究的方式既有现场调查资料的总结，也有 根据数学、物理学原理而进行的分析。在一些文明古国， 对一些海洋现象早就进行了记载。例如，窦叔蒙所著的 《海涛志》出现于8世纪中叶，是我国现存最早的关于潮汐 研究的专著；在书中，作者论述了潮汐与月球运动的联系， 给出了潮汐的半日周期、大小潮周期和年周期，并提出潮 汐循环相位推迟的时间为50分28秒。
1872年之前：萌芽与早期探索（2）
公元前三世纪，繁盛时期的古希腊文明在很 大程度上依赖于海洋，Pytheas实现了环绕英伦三 岛的航行，他还发现了大西洋海平面有规则的潮 汐涨落及其与月相的关系。在希腊人Herodotus绘 制于公元前450年左右的地图上，地中海被置于中 央位置，其西面连接广大的大西洋，而北、东、 南三面则被欧洲、亚洲和非洲大陆所包围，这反 映了当时希腊人的海洋探索成就。
“当年中国称霸海上”
Levathes L, 1994. When China ruled the seas. Oxford University Press.
1872年之前：萌芽与早期探索（5）
• 继郑和航海之后，欧洲各国的海上探险活动日益增加，在 政治、经济和宗教因素驱动下，欧洲人于15、16世纪跨越 了大西洋，最终进入了太平洋区域
1945以来：现代海洋科学（3）
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现代海洋科学的标志之一是大洋钻探计划的实施
DSDP，“深海钻探计划”，1968-1975，使用122m长、排水量为10500吨的 “Glomar Challenger”号钻探船，取得了深海沉积物岩芯，极大地促进了古海 洋学的研究 ODP， “国际大洋钻探计划”，1975-2000，设备更加先进，所用的钻探船是 “Joides Resolution”号，它有300m长，持有10.5 km长的钻杆，取芯能力大为 提高。这个计划的实施为板块学说的确立、地球环境的演化和地球系统行为 的研究提供了极其丰富的资料。我国于1996年成为会员国，在南海的钻探项目 执行中发挥了主导作用
• 古新世（65百万年） • 始新世（57.8百万年） • 渐新世（36.6百万年） • 中新世（23.7百万年） • 上新世（5.3百万年） 唐 宋 元 明 清
• 更新世（wk.baidu.com.8百万年）
• 全新世（1.2万年）
民国
共和国
全新世海面变化：如何识别
• 柱状样采集 - Drilling to collect cores • 分析每一层样品的年龄 – Age dating • 确定每一层样品在高程-年龄坐标中的位置 • 确定每一层物质是形成海面之上或之下 • 重复进行多个柱状样分析
海洋与人类社会
第一讲
绪论：我们人类与海洋的渊源
高 抒 南京大学地理与海洋科学学院
第一讲内容
• 人类文明发展加速与全新世海面变化
• 人类演化的历史追踪
• 人类探索和利用海洋的历程
• 本课程的结构：海洋科学、海洋与社会 的关系 • 课程考核办法
海洋总体特征
• 占据地球表面71%面积
• 平均深度4000米 • 如果以一张A4纸代表海洋的面积，则其厚度正 好与平均深度相当 • 海水的平均盐度为35（即1公升海水中含有35 克盐类物质，以氯化钠为主）
培养了大批海洋科学人才，在20世纪取代英国成为世界第一的海洋
科技强国。
1945以来：现代海洋科学（1）
欧洲和其他国家也在美国模式的引领下成立了国家级的海洋机构， 如英国成立了国立海洋研究所，1994年成为英国国家海洋中心。苏联 则在“苏联科学院”旗号下成立了大型海洋科学研究所，在冷战时期 崛起成为海洋研究大国。 我国最早的海洋学系与1946年在厦门大学成立（依托中央研究员 地理研究所海洋组的力量）。1949年后，在中国科学院成立了“海洋 研究所”和“南海海洋研究所”，后来又成立了国家海洋局，下辖三 个综合性的海洋研究所和若干专业研究所。此外，还有国土资源部下 属的海洋地质调查局。在高等教育方面，成立了青岛海洋学院（现中 国海洋大学），在多所高校成立了海洋科学的院系。
析的仪器。
1872-1945：近代海洋学的发展（2）
在20世纪，由于海洋科学研究的需要，多个研究和教学机构被
建立起来，美国是这个方面走在前列的国家。1903年，美国在西海 岸的加利福尼亚成立了Scripps海洋研究所，以海洋生物学研究开始， 逐渐发展为一个综合性的大型海洋研究所。1930年，一部分人员离 开该所，到美国东部新建了Woods Hole海洋研究所。1949年，美国 哥伦比亚大学又成立了Lamont-Doherty地球调查所，主要进行海洋 地质的调查工作。同时，美国还在许多所大学开办了海洋学院系，
全新世长江三角洲沉积通量
根据长江三角洲地区六百多个钻井的资料，计算得出近6500年来的三角洲 沉积总量为6460亿吨，每年近1亿吨
江苏海岸沉积 体系形成
• 1128-1855年黄河三角洲
• 长江沉积物供给
• 880年的快速淤长，形成宽 达50-60 km的海岸平原
• 20-50 m厚度的沉积层
海洋探索的历程
• 1872年之前：萌芽与早期探索
• 1872-1945：近代海洋学的发展 • 1945以来：现代海洋科学 • 未来的海洋科学
1872年之前：萌芽与早期探索（1）
在地球科学中，海洋学算是比较年轻的，但 它有一个遥远的过去，从远古时代起，人们就开 始利用海洋资源、开发航海通道，出现了海洋科 学的萌芽 。在埃及，公元前4000年之前就有了海 上生产活动的纪录；到了公元前600年，腓尼基人 建立了地中海的贸易航路(Pinet, 1992) ，甚至出 直布罗陀海峡进入大西洋，到达了英国海岸，在 导航条件极为原始的当时，这样的成就是值得惊 叹的。
1872年之前：萌芽与早期探索（4）
在中国，明代郑和领导的印度洋航行，在世界航海史 上占有辉煌的一页。他在南京建造了庞大的船队，其中最 大者长度近百米，是当时世界上最大的航海船只。
公元1405至1433年间，郑和的船队七下南洋，最远处 到达了非洲南部的莫桑比克海峡，航行活动中绘制的《郑 和航海图》和形成的一大批文献（如《西洋藩国志》等） 表明当时中国在航海技术上已达到了相当的高度。