第六章 古海洋生产力
第六章 古海洋生产力
物理、化学条件产生影响，同时对洋底沉积作用 和沉积矿产形成有重要意义。所以理论和实际意 义都很重要。 目前对海洋古生产力的研究主要集中在初级生产 上。研究水平尚不高。
主要用一些替代性指标来研究古海洋生产力。 如生物蛋白石、生物钡、镉含量等。还可以用 稳定碳同位素。新近研究深海底栖有孔虫用做 古生产力的替代性指标。
➢有机碳
在近岸、上升流等高生产力地区，沉积物中的总有机 碳(TOC)浓度能够比较灵敏地反映海洋有机碳生产的 变化。有机碳的氧气曝露时间、粘土矿物表面积和全 岩沉积速率等都可能影响到有机质的保存。
有机碳含量与海洋生产力、沉积速率、沉积物的空 隙率和密度相关，有如下经验公式。
P——海洋生产力(g/( m2·ka)) w(Corg)——有机碳质量占沉积物干质量的分数 S——沉积速率(cm/ka) ρs——干沉积物的密度(g/cm3) φ——孔隙度(用百分比表示)
•底栖与浮游有孔虫δ13C的差值Δδ13CB-P反映古生产力
➢光合作用使得表层海水的δ13C 大于底层海水，故浮游 有孔虫的δ13CP要重于底栖有孔虫的δ13CB值。 ➢冰期浮游生物生产力高（即有机质产量高）时，浮游有 孔虫壳体的δ13C必然偏重，而同期底栖有孔虫由于大量 的有机质的降解而记录轻值。间冰期浮游生产力低时，两 者的变化则相反。 ➢古生产力越高，Δδ13CB-P绝对差值越大，其变化在指示 古生产力上较灵敏。
应用的制约条件：
•如何确定陆源钡的影响，特别当陆源碎屑Ba含量较高 时，就必须对陆源碎屑的Ba含量进行准确的估计。
➢Mo
在极度还原的硫化环境下，Mo等变价离子容易与硫离 子结合而进入沉积物，其通量与有机碳的堆积速度近 似成正比，因此Mo可以作为还原条件下的生产力指标。
古海洋生产力与氧化还原指标——元素地球化学综述
其分 配系数 Ｄ 约 为 ４ 。与 其 它 生 产力 指 标 容 易受后 期 改造作 用 的 影 响不 同 ， 酸 盐 中的铁 离 子 碳 被束 缚在 方 解 石 晶格 中 ， 非 发 生 溶 解 和 重 结 晶 ， 除 碳酸 盐 中的铁 不容 易 损 失 ， 生 产 力信 息 可 以 长期 故 保存 。相 比总铁 ， 酸盐 铁 作 为 古 生产 力 指 标 更 为 碳 可 靠 ， 含 量 越 高 ， 体 营 养 越 丰 富 ， 生 产 力 就 其 水 古
７ ８
沉 积 与 特 提 斯 地 质
殖 。铁 的生物 地球 化学循 环 过程 中 ， 定海 洋表 决
元素 重新 释放 到水 体 中。 同样 ， 些 生 物颗 粒 也 可 这
层 浮游 植物 生产 力是 上 层 水 体 的铁 的浓 度 ， 目前 利 用 铁来 研究 海洋 生 物 生产 力 主 要 有 两种 形 态 的铁 ： 总铁 和碳 酸盐铁 。
着深 度为 ２ ０ 以上 水 体 中 ｚ ０ｍ ｎ的浓 度 ｊ 。尽 管 还
存 在某些 争议 Ｊ海 水 中溶 解 Ｚ ， ｎ浓度 的 降低 抑 制
浮 游植物 的生 长
。ｚ ｎ之所 以对 有机 体 生 长重
要 是 因为它 是几 乎 ３０种酶 辅 助 因素 ， 些 酶 包 括 ０ 这 酒精脱 氢 酶 、 脱 水 酶 以及 羧 肽 酶 ， 们 参 与 新 陈 碳 它 代谢几 乎 所 有 的方 面 Ｊ 。总 而 言 之 ， ｕ Ｎ 和 ｚ ｃ 、ｉ ｎ 作为 营养元 素 与 有机 质 结 合 合 物 或形 成 有 机 质 络 沉淀埋 藏下 来 ， 的 Ｃ 、 ｉ ｚ 高 ｕＮ 和 ｎ含量 指
第六章海洋初级生产力-厦门大学海洋与环境学院-实验教学
厦门大学精品课程之海洋生态学
（三）温带海区生产力的季节周期
中纬度海区初级生产力的季节变化
冬季 春季
夏季
秋季
光 最弱 增强
最强
减弱
温度 最低 升高
最高
降低
营养盐 丰富
迅速减少
少
升高
垂直混合 剧烈 减弱
最弱 （温跃层）
光能
CO2 ＋ H 2O 叶绿素 （CH2O）＋O2＋能量
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二、生产力的有关概念
❖ 总初级生产力（gross primary production） ❖ 净初级生产力（net primary production） ❖ 群落净生产力（net community productivity） ❖ 现存量、周转率、周转时间 ❖ B2 ＝ B1 ＋ P — E ＝ B1 ＋ ΔB ❖ 生产力 = 现存量×周转率
等。
（三）黑白瓶测氧法 （四）水色遥感扫描法
❖ 收获量法、钟罩法、掉落物法等
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第二节 影响海洋初级生产力的因素
一、光
❖ 藻类光合作用与辐照度的抛物线关系 ❖ Pg=Pmax[I]/（Ik+[I])
Pmax
光抑制
光合作用(P) /[mg C/ (ml ·h)]
Pn
∆P
Pg
∆I
受光照条件差的限制。 ❖ 北极鳕（Boreogadus saida）是能量和物质从浮游植物
传递至鸟类和哺乳类过程中的关键种。
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❖ 南极大陆边缘的东风环流与其北侧的南极绕极流之间存 在南极辐散锋面，深层水上升带来丰富的营养盐；
高中地理第六章海洋权益6.1基本概念教案湘教版选修2
第六章海洋权益6.1 基本概念[教学目标]（一）知识与技能1.了解内水、领海、毗连区、专属经济区、大陆架、公海等基本概念。
2.区别沿海国家从内水到公海，各部分管辖海域的范围以及法律地位的变化。
3.加强对基本概念的对比、分析，增强综合分析能力。
（二）过程与方法1.阅读“领海与专属经济区”示意图，加深对领海、专属经济区等概念的理解。
2.完成“领海基线的绘制”作业，增强观察思维能力和绘图能力。
3.剖析“日韩竹岛 (独岛)之争”、“日俄北方四岛问题”、“冲鸟争议”等案例，开拓视野，增强对海洋权益概念的理解，提高解决问题的能力。
（三）情感态度与价值观1.通过分析有关海洋权益的基本概念，关注海洋权益，增强海洋主权意识，树立正确的海洋资源观和权益观。
2.学习有关海权之争案例，激发爱国情感、增强全球观念以及形成具体问题具体分析的辩证唯物主义思想方法。
3.通过学习《联合国海洋法公约》，增强海洋权益意识。
[教学重点]领海和专属经济区[教学难点]内水、领海、毗连区、专属经济区、公海、大陆架的范围[教学媒体与教具]课本插图、各种景观图片、四则案例[课时安排]1课时[讲授过程]【案例一】俄日争议的四个岛屿，日本称为“北方四岛”，俄罗斯称为“南千岛群岛”，属于千岛群岛的一部分，位于俄罗斯堪察加半岛和日本北海道之间，是原属于日本的择捉、国后、色丹、齿舞群岛，总面积5036平方公里，二战后被前苏联占领。
北方四岛问题可以追溯到19世纪中叶，而直接的起源则是1945年。
当年，美英为了请前苏联对日作战，将当时日本所占的千岛群岛和库页岛的南半部让给了前苏联。
这使得前苏联有理由在第二次世界大战结束后占据北方四岛。
战后日本要求前苏联归还上述岛屿，“北方四岛”争端由此缘起。
【新课导入】“北方四岛”总面积只有5036平方公里，为什么日本一定要俄归还？难道看重的只是领土面积增大了一点点吗？不是的。
日本是一个自然资源严重匮乏的国家，几乎百分之百依赖进口。
中国海洋大学海洋经济学概论考试复习资料
第一章海洋经济学形成与发展第一节海洋一、海与洋⏹大洋，海洋的主体部分，远离大陆。
深度大于2000M，占全球海洋总面积的90.3%。
地球上有太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋⏹海，濒临大陆，面向大洋，附属于各大洋的水域。
深度小于2000M，占全球海洋总面积的9.7%。
地球上有边缘海、内陆海、陆间海之分。
二、海洋与中国⏹中国有大陆岸线18000多千米，占世界海岸线的7.3%，居世界第8位，是世界上海岸线较长的国家之一。
⏹我国拥有自北向南，渤海、黄海、东海、南海三、海洋与人类⏹海洋是地球生命存在的支持系统⏹海洋是人类生存发展的新空间⏹海洋是人类资源的宝库⏹海洋是连接大陆之间的重要通道⏹海洋是实施国家政治和军事战略的基本领域⏹海洋是人类社会文明的摇篮第二节海洋经济一、海洋经济发展的历史•远古代海洋经济•古代海洋经济•近代海洋经济•现代海洋经济二、海洋经济及其特点•海洋经济是以海洋空间为活动场所或以海洋资源为利用对象的各种经济活动的总称。
•海洋经济的本质是人类为了满足自身的需要，利用海洋空间和海洋资源，通过劳动获得物质产品的生产活动。
•根据经济活动与海洋的关联程度，可分为狭义、广义、泛义的海洋经济•海洋经济的特点：整体性、综合性、公共性、高技术性、国际性三、发展海洋经济是国家重要的战略方针•发展海洋经济是发展社会主义市场经济的需要•发展海洋经济是增强综合国力的需要•发展海洋经济是走可持续发展道路的需要•发展海洋经济是实行对外开放的需要•发展海洋经济是参与国际竞争的需要第三节海洋经济学的研究对象、任务和内容一、海洋经济学的产生及其发展二、海洋经济学的研究对象及体系⏹海洋经济学，是以海洋经济综合整体作为研究对象，揭示其本质联系及其发展规律，以及运用这些规律指导经济实践的科学。
⏹海洋经济学的特点：区域性、综合性、社会性、应用性三、海洋经济学研究的任务和内容⏹生产问题⏹交换问题⏹分配问题⏹消费问题⏹经济体制问题第四节海洋经济学的研究方法一、马克思主义经济学的研究方法⏹归纳法⏹演绎法二、西方经济学的研究方法⏹规范研究与实证研究⏹均衡分析与过程分析⏹静态分析、比较静态分析与动态分析⏹三、哲学与系统论的研究方法⏹四、数学或经济模型的研究方法生产力、生产关系------海洋生产力与海洋生产力系统生产力与生产关系●生产力指具有一定生产经验和劳动技能的劳动者和他们所使用的生产资料结合起来,从而在物质资料生产过程中所发生的力量,也就是人类在生产过程中征服和改造自然界,并获得适合自己需要的物质资料的能力．●它是生产过程中人与自然的关系．●生产力包括三个要素:劳动者、劳动资料、劳动对象．●劳动者在生产力中是起主导作用的因素；●劳动资料中的生产工具部分是生产力发展水平和性质的主要标志,是划分经济发展时期的主要标志．●科学技术被应用於生产过程,渗入劳动力、劳动资料、劳动对象之中,可引起他们素质的变化,产生出巨大的物质力量,从而转化为现实的直接的生产力．因此,科学技术也是生产力．●生产关系指人们在物质资料生产过程中结成的相互关系．●它的具体内容包括人们在物质资料的生产、交换、分配、消费等方面的关系．●生产资料所有制是生产关系的基础．一定的生产资料所有制形式,决定人们在生产中一定的地位和相互关系、一定的交换关系、一定的产品分配和消费关系．●生产力和生产关系的矛盾在生产方式中，生产力是内容，比较活跃，生产关系是形式，则相对稳定，按照内容和形式辩证关系的原理，内容要求形式与之相适应，因此，生产力和生产关系之间必然发生矛盾。
海洋初级生产力
123
根据式 6.3，如果已知不同种类的 Pmax 和 Ik，则可计算出某一特定光强（I）条件下 哪一种植物生长得更快。
不同浮游植物种类对光的反应不一样，因此 Ik 和 Pmax 的值也因种而异。例如，甲藻 和蓝绿细菌的 Ik 值比硅藻和绿藻的 Ik 小一半以上，意味着甲藻和蓝绿细菌光合作用的饱 和光强比硅藻和绿藻的小得多（图 6.4）。即便是同一个种，Pmax 也会随环境的温度、营
二、生产力的有关概念
（一）总初级生产力和净初级生产力 总初级生产力（gross primary production）是指光合作用中生产的有机碳总量。不过，
海洋植物与其他生物一样昼夜都进行连续不断的呼吸作用，消耗掉一部分生产出来的有 机碳。因此，总初级生产力扣除生产者呼吸消耗后其余的产量即为净初级生产力（net primary production），即： 净初级生产力 ＝ 总初级生产力 － 自养生物的呼吸消耗。
光合作用包括一系列非常复杂的氧化—还原反应，其中有些细节至今尚未清楚。图
6.1 示这些包括光反应和暗反应两个相互联系的基本过程。
1．光反应（light reaction）
植物细胞内的叶绿素等光合色素吸收光能并通过一系列的化学反应产生 O2，同时把 光能转化为 ATP 和 NADPH 的化学能，这些反应必须在光照条件下才能进行。
绿素含量，并根据叶绿素含量与光合作用产量之间的相关系数，即同化指数 Q 来间接计
第六章 古海洋生产力
➢有机碳
在近岸、上升流等高生产力地区，沉积物中的总有机 碳(TOC)浓度能够比较灵敏地反映海洋有机碳生产的 变化。有机碳的氧气曝露时间、粘土矿物表面积和全 岩沉积速率等都可能影响到有机质的保存。
有机碳含量与海洋生产力、沉积速率、沉积物的空 隙率和密度相关，有如下经验公式。
P——海洋生产力(g/( m2·ka)) w(Corg)——有机碳质量占沉积物干质量的分数 S——沉积速率(cm/ka) ρs——干沉积物的密度(g/cm3) φ——孔隙度(用百分比表示)
应用的制约条件：
•如何确定陆源钡的影响，特别当陆源碎屑Ba含量较高 时，就必须对陆源碎屑的Ba含量进行准确的估计。
➢Mo
在极度还原的硫化环境下，Mo等变价离子容易与硫离 子结合而进入沉积物，其通量与有机碳的堆积速度近 似成正比，因此Mo可以作为还原条件下的生产力指标。
如：在现代的缺氧盆地——委内瑞拉的Cariaco盆 地中，由于底层水硫化条件的存在，Mo和有机碳的 沉积通量维持正相关关系。
古海洋生产力又称为生物古海洋学。 古海洋中的生物演化和生产力的变化，对海洋的
物理、化学条件产生影响，同时对洋底沉积作用 和沉积矿产形成有重要意义。所以理论和实际意 义都很重要。 目前对海洋古生产力的研究主要集中在初级生产 上。研究水平尚不高。
主要用一些替代性指标来研究古海洋生产力。 如生物蛋白石、生物钡、镉含量等。还可以用 稳定碳同位素。新近研究深海底栖有孔虫用做 古生产力的替代性指标。
第六章 古海洋生产力
Paleoproductivity
古海洋中生物生产力的演变历史，不仅对于海洋 的物理、化学条件产生影响，而且也是理解洋底 沉积机理和沉积矿产分布规律的重要因素。古海 洋学的生物方面比物理、化学方面更加复杂。
海洋沉积记录指标确定及古环境重建方案拟定
海洋沉积记录指标确定及古环境重建方案拟定随着人类对地球环境变化的关注不断增强，以及对过去环境的了解需求不断提高，海洋沉积记录的研究正成为重要的工具。
海洋沉积记录包含了大量有关古气候、古海洋和古生态的信息，通过研究这些记录可以帮助我们理解地球历史上的环境演变过程。
在进行古环境重建研究时，确定正确的海洋沉积记录指标和制定合适的方案是非常关键的。
一、海洋沉积记录指标确定在进行古环境重建研究前，首先需要确定合适的海洋沉积记录指标。
这些指标应能够准确反映古环境中的一些关键参数，如温度、盐度、沉积物源等。
一般而言，常用的海洋沉积记录指标包括稳定同位素、有机质含量、微生物指标、化学元素等。
根据研究目标和地质背景，选择适当的指标进行分析是十分重要的。
1. 稳定同位素稳定同位素在古环境研究中起着重要的作用。
其中，氧、碳同位素被广泛应用于古气候研究中。
氧同位素记录着水体温度，碳同位素则能够揭示海洋碳循环的变化。
通过分析海洋沉积物中的稳定同位素组成，可以获取海洋古环境的相关信息。
2. 有机质含量有机质含量是古环境研究中常用的指标之一。
有机质的来源与古环境有密切关系，通过分析有机质含量及其组成，可以了解古海洋生产力的变化、沉积物输入通量的变化等。
这是因为有机质含量与古海洋降解作用、生物与地理因素密切相关。
3. 微生物指标微生物在古环境研究中具有重要意义。
微生物社群结构、群落丰度和多样性能够为古环境变化提供重要依据。
通过研究沉积物中的微生物指标，我们可以了解到与古环境相关的微生物群落演变历史，进而反映古海洋环境演变的过程。
4. 化学元素化学元素也常被用作海洋沉积记录的指标。
诸如镁、钙、钛、铁、锰等元素在海洋中的含量可以反映海洋沉积物的源区特征和物质输入通量，进而揭示海洋环境的演变。
二、古环境重建方案拟定确定了合适的海洋沉积记录指标后，我们需要制定合适的古环境重建方案。
这一方案是根据研究目标、研究区域和研究方法等因素综合考虑得出的。
海洋知识-第6章
第6章海底世界大洋深处的脊梁在我们居住的地球上，哪里是人迹罕至的地方？是南美洲的原始森林？是神秘的南极大陆？还是潜伏在海洋中的大片山区。
它们座落在充满高压与黑暗的海洋深渊里，人类要想涉足，比登月飞行还难。
即使阳光再明媚，水下200米是伸手不见五指，漆黑一团；风浪再险恶，深海依然是一片宁静的世界。
一般人会把海洋想像成一个无与伦比的大水盆，大陆架是盆沿，大陆坡是盆帮，深海平原是盆地。
然而，这盆底不是空旷的一马平川。
在那茫芒的海底，矗立着蜿蜒的群山，好像一条静卧的巨龙，头部伸进北冰洋，前身纵贯大西洋，龙腰插入印度洋，后尾甩向太平洋，绵延曲折长达数万公里，盘踞了地球1／4的表面积。
这条“巨龙”被地学家称之为“大洋中脊”，那巨大的大海海底山脉，连续分布于上述四大洋中。
且不说这条世界上最长的山脉如果标志在地图上，该有何等壮观，就是它的“一鳞半爪”，恐怕也要比亚洲的喜马拉雅山更加巍峨，比欧洲的阿尔卑斯山更加险峻，比非洲的肯尼业山更加壮丽，比美洲的安第斯山更加威严。
这海底群山之中，最赫然醒目的莫过于“海洋中脊”中的大裂谷了。
在海洋中脊这“巨龙”的脊背上，张开着一道裂痕。
这裂痕与山脉平行。
裂口达—1～20公里宽，犹如巨人用板斧猛砍地壳留下的痕迹。
70多年前，德国科学家魏格纳发现世界上许多大陆的边缘轮廓都相互呼应，一边凸出来，另一边就凹进去，形态十分吻合。
特别是大西洋两岸的非洲和南美洲，把南美洲镶嵌在非洲西岸的几内亚湾，正好形成完整的一块大陆。
这个现象深深地打入了当时已是气象学家的魏格纳的脑际，于是他将全部精力投入地质学和探险活动之中，并且大胆地提出了一个大陆漂移学说。
魏格纳认为，二三亿年前，地球上只有一块完整的大陆，称之为泛古陆；大陆周围的海洋连成一片，被称为泛大洋。
大约1．8亿年前，泛大陆开始分裂漂移，形成南北两块大陆；北边的一块包括现在亚洲、欧洲和北美洲；南边的一块包括现在的南极洲、非洲、南美洲、大洋洲和印巴次大陆。
海洋初级生产力
海洋初级⽣产⼒1. 简要说明光合作⽤中光反应、暗反应的基本化学反应及其作⽤。
2. 举例说明⽣产⼒与现存量、周转率之间是相互有联系，但却是完全不同的概念。
3. 结合酶动⼒学的⽶⽒⽅程说明光合作⽤率与光照强度的关系以及浮游植物⽣长率与介质中⽆机营养盐的关系。
4. 海洋中有哪些HNLC海区？说明这些海区的特征以及浮游植物组成类别上与⼀般富营养海区的差别。
5. 分析不同纬度海区初级⽣产⼒的分布特征及其原因。
6. 为什么沿岸浅海区含有⾼的初级⽣产⼒⽔平？7. 什么叫新⽣产⼒和f⽐值？新⽣产⼒的光合作⽤商为什么⽐再⽣⽣产⼒的⾼？8. 如果⼤洋区和沿岸区初级⽣产⼒分别是70 gC/(m2?a)和300 gC/(m2?a)，f⽐值分别是0.1和0.5，则它们的新⽣产⼒相差多少倍？9. 不同海区物理、⽔⽂特征与⽣物组成及新⽣产⼒⽔平有什么关系？10. 研究海洋新⽣产⼒有何理论和实践意义？海洋初级⽣产⼒的测定1.14C⽰踪法2.叶绿素荧光测定法初级⽣产⼒（P）= 叶绿素含量（Chla）×同化指数（Q）优点：⼤⼤减轻⼯作量与费⽤，不必每个测站采⽤14C法影响因素：藻类适应性；环境营养盐含量；光照条件；温度等。
（三）⿊⽩瓶测氧法（四）⽔⾊遥感扫描法收获量法、钟罩法、掉落物法等第⼆节影响海洋初级⽣产⼒的因素⼀、光the compensation depth:某⼀深度，植物24⼩时中光合作⽤⽣产量与呼吸作⽤消耗量相等，补偿深度上⽅才有净⽣产量。
纬度、季节、天⽓、浊度、时间、海况对补偿深度的影响。
⼆、营养盐1浮游植物⽣长需要的营养物质Redfield⽐值：C：N：P = 106：16：1海洋整体缺氮，部分海区缺磷2海⽔中营养盐含量与浮游植物⽣长的关系酶动⼒学Mechaelis-Menten⽅程：µ=µmax · N / (KN + N）吸收半饱和常数（KN）种群竞争限制性营养盐能⼒的⼀个重要指标3铁限制假说近岸有陆源补充，⼤洋表层依靠⽓溶胶沉降。
海洋生态学 第6章 海洋初级生产力
200
图 7-5 补偿深度与临界深度的关系 （引自 Nybakken 1982 ）
六、牧食作用
过剩摄食（superfluous feeding） 一般多数海区营养盐补充起决定作用，而在高纬度 光照易起重要作用
第三节 海洋初级生产力的分布
一、不同纬度海区初级生产力的季节分布
（一）中纬度海区
中纬度海区初级生产力的季节变化属于双周期型，包括春、秋季两个 高峰。
（三）叶绿素同化指数法
原理
同 化 指 数 （ assimilation index ） 或 称 同 化 系 数 （ coefficient of assimilation）是指单位Chla在单位时间内合成的有机碳量，其单 位为mgC/（mg Chla· h）。
公式：初级生产力（P） = 叶绿素含量（Chl a）×同化指数（Q ）
第四节 海洋新生产力
一、新生产力的概念和研究方法 （一）新生产力的有关概念
1、新生产力和再生生产力 再生 N （ regeneration nitrogen ）或称再循环 N （ recycled nitrogen）：主要是NH4+-N 新N（new nitrogen）：主要是NO3－-N 再生生产力（ regenerated production ）：由再生 N 源支持 的那部分初级生产力 新生产力（new production）：由新N源支持的那部分初级 生产力 PG ＝Pn ＋Pr
第六章 海洋初级生产力
学习目的
掌握海洋生产力的各种基本概念、影响因素、地理分布和
季节分布规律
了解全球海洋初级生产力研究的前言进展 了解初级生产力的测定方法（14C法低估生产力的原因） 掌握海洋新生产力的分布规律和研究新生产力的意义
古海洋生产力指标研究进展
境中 , 有机碳指标将难以适用 。其主要原因在于 在大部分开阔大洋中 , 有机碳的氧化非常彻底, 沉积 物中有机物含量极低, 难以反映古海洋生产力的变 化 。这就迫切需要为开阔大洋这样的 贫营养环 境寻找新的生产力指标[ 12] 。 远洋调查结果表明, 远洋碳酸钙的生产与有机 碳的生产率成正比 , 两者的通量之间存在良好 [ 15~ 17] 的正相关关系 , 因此生物碳酸盐可以作为远洋 环境的古生产力指标。Brummer 和 Van Eijden ( 1992)
s [ 6] [ 6]
图1
原始生产力与有机质堆积速率
( 据文献 [ 8] ) Fig 1 Prim ary product ivit y and organ ic carbon accumul at ion rat es
(12
) / ( 0 003 S
0 30
) ( 1)
( 2) 生物碳酸盐。以有机碳含量为基础的指标 主要用于评价近岸、 上升流等比较富营养环境的生 产力水平变化 ; 目前的研究也主要集中在这些地区。 反之在面积广大的开阔大洋等低生产力
同位素 、 古生 物资料等与古海洋 生产力具有一定的 关系 , 常用 于古海洋生产力的 重建工作 : ( 1) 生物 沉积物主 要包括有机碳 、 生物碳酸盐 和生物硅质沉积等 , 其埋藏速率在很大程度上受到古 海洋生产力的控制 , 常常用作 古海洋生产力的替代性指标 ; ( 2) 在地质时间尺度上 , 古海洋生产力主要受到大洋中营养元素可利用程度的控 制 , 因此营养元素的相关记 录可以提供古海洋生产力状况的重要信息 ; ( 3) 海洋中某些微量元素的地球化学行 为或者与有机质的改造有关 , 或者受到氧化还原条件变化的控制 , 或者受到某种 浮游生物的生长的影响 , 从而 能够直接或者间接地指示古海洋生产力的变化 ; ( 4) 海相碳酸盐和有机质的碳同位素记录 , 海相有机物的氮同 位素比值也用以再造古生产率等古海洋学参数 ; ( 5) 可以利 用对微体化 石丰度值 及其组合反 映古生产 力的变 化。 关键词 : 古海洋 ; 生产力指标 ; 生物沉 积物 ; 碳同位素 中图分类号 : P 74 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 2321( 2005) 02 0163 08
海洋科学知识下-第六章
第六章海洋与城市第一座跨海石桥我国古代第一座跨海石桥是福建的洛阳桥。
洛阳桥位于惠安县至泉州市交界处的洛阳江上，原名万安桥。
洛阳江也叫乐洋江，因唐宣宗曾到此游幸，发出这里“类吾洛阳”的感慨，遂改称洛阳江。
洛阳江汇入泉州湾。
洛阳桥就建在江水和海湾的汇合处，所以是跨海大桥。
洛阳桥从宋仁宗皇祐五年（1053年）开始修建，到宋嘉祐四年（1059年）建成，整整花了6年时间，桥是由当时的泉州太守蔡襄领导修建的，如今在桥南头，还有1座叫做“蔡公祠”的祠庙，就是纪念蔡襄的。
祠中有2块大石碑，上面铭刻蔡襄手写的碑文，记述了建桥经过和桥的有关资料。
当时桥长1200米，宽5米，有44座桥墩，建桥耗银1400万两。
洛阳桥在建筑技术上有不少成就，主要有两个。
一是它首创了筏型桥基的造桥方法。
所谓筏型桥基，就是造桥之先，沿桥址中心线集中抛填大石块，形成一道横跨江底的短石堤，然后以此为基础，叠砌桥墩，洛阳桥的石堤长达500多米，宽25米。
为了使石堤相互连为整体，蔡襄采纳渔民的意见，在桥基上遍种牡蛎，利用这种海洋生物能把松散的石块粘接在一起的生物特性，把石堤和大桥的水下部分胶粘为一整体，这种办法也是在建桥史上的创举，这种创举只有建造像洛阳桥这样的跨海大桥才能实现。
二是它最早采用浮运法来架桥。
具体方法是，造好桥墩后，把经过比量加工的石质桥梁搁放在木排上，待海水涨潮时，把木排划到桥墩跟前，当潮水涨到木排与桥墩平行时，就将木排上的石梁架放在预先计算好的桥墩之间，等潮水退下时，木排下落，而石梁就稳稳地架在桥墩上了。
洛阳桥共有300多块大石梁，每一块10多米长，20～30吨重，都是用浮运法架上去的。
另外，桥墩上的几万块石料，也是用这种办法搬运砌筑的。
这种建桥办法，也只有海上架桥才有可能创造出来。
洛阳桥不仅在建筑史上占有重要地位，在雕刻和书法方面也很有名，“桥中亭”和蔡公祠内有蔡襄手书“海内第一桥”和“万安桥记”是研究宋代雕刻和书法艺术的珍宝。
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Paleoproductivity 古海洋中生物生产力的演变历史， 古海洋中生物生产力的演变历史，不仅对于海洋 的物理、化学条件产生影响，而且也是理解洋底 的物理、化学条件产生影响， 沉积机理和沉积矿产分布规律的重要因素。 沉积机理和沉积矿产分布规律的重要因素。古海 洋学的生物方面比物理、化学方面更加复杂。 洋学的生物方面比物理、化学方面更加复杂。
某些古生代黑色页 岩中， 岩中，有机质含量 Corg与Mo/Al之间存 Mo/Al之间存 在正相关关系。 在正相关关系。
Sr/Ca比值 比值
近年来的研究表明，在现代上升流区域， 近年来的研究表明，在现代上升流区域，微晶碳酸盐中 Sr/Ca比值的增加与颗石藻的钙化和生长速度保持良好 Sr/Ca比值的增加与颗石藻的钙化和生长速度保持良好 的相关关系。微晶碳酸盐Sr/Ca比值能够体现海洋生产 的相关关系。微晶碳酸盐Sr/Ca比值能够体现海洋生产 Sr/Ca比值 力的变化。 力的变化。 颗石藻为主的碳酸盐中，Sr/Ca比值可反映颗石藻生 颗石藻为主的碳酸盐中，Sr/Ca比值可反映颗石藻生 产力的变化。 产力的变化。由于颗石藻从白垩纪以来为古海洋的主 要生产者之一， 要生产者之一，所以该指标对于古海洋生产力变化研 究具有一定的积极意义。 究具有一定的积极意义。
浮游植物 -- 硅藻 -- 颗石藻 -- 沟鞭藻 浮游动物 -- 有孔虫 -- 放射虫 -- 翼足类 -- 桡足类
颗石藻的勃发
颗石藻的勃发
藻席
Rhizosolenia
Yoder et al., 1994
二、古海洋生产力
古海洋生产力又称为生物古海洋学。 古海洋生产力又称为生物古海洋学。 古海洋中的生物演化和生产力的变化， 古海洋中的生物演化和生产力的变化，对海洋的 物理、化学条件产生影响，同时对洋底沉积作用 物理、化学条件产生影响， 和沉积矿产形成有重要意义。 和沉积矿产形成有重要意义。所以理论和实际意 义都很重要。 义都很重要。 目前对海洋古生产力的研究主要集中在初级生产 上。研究水平尚不高。 研究水平尚不高。
Mo
在极度还原的硫化环境下，Mo等变价离子容易与硫离 在极度还原的硫化环境下，Mo等变价离子容易与硫离 子结合而进入沉积物， 通量与有机碳的堆积速度近 子结合而进入沉积物，其通量与有机碳的堆积速度近 似成正比，因此Mo可以作为还原条件下的生产力指标。 似成正比，因此Mo可以作为还原条件下的生产力指标。 Mo可以作为还原条件下的生产力指标 如：在现代的缺氧盆地——委内瑞拉的Cariaco盆 在现代的缺氧盆地——委内瑞拉的Cariaco盆 ——委内瑞拉的Cariaco 地中，由于底层水硫化条件的存在，Mo和有机碳的 地中，由于底层水硫化条件的存在，Mo和有机碳的 沉积通量维持正相关关系。 沉积通量维持正相关关系。
Ba
Ba是应用最早， Ba是应用最早，也是目前运用最为广泛的微量元素古海 是应用最早 洋生产力指标。Goldburg和Arrhenius（1958） 洋生产力指标。Goldburg和Arrhenius（1958）首先在 赤道太平洋的上升流地区发现了高含量的BaSO4重晶石， 赤道太平洋的上升流地区发现了高含量的BaSO 重晶石， 并将其与海洋生产力联系起来。 并将其与海洋生产力联系起来。 应用的制约条件： 应用的制约条件： •如何确定陆源钡的影响，特别当陆源碎屑Ba含量较高 如何确定陆源钡的影响，特别当陆源碎屑Ba含量较高 如何确定陆源钡的影响 Ba 时，就必须对陆源碎屑的Ba含量进行准确的估计。 就必须对陆源碎屑的Ba含量进行准确的估计。 Ba含量进行准确的估计
沉积物的Al/Ti比值可以反映有机质颗粒对水柱中微 沉积物的Al/Ti比值可以反映有机质颗粒对水柱中微 Al/Ti 量的Al（OH） 的清扫作用， 量的Al（OH）3的清扫作用，在某种程度上也可以反 Al 映古生产力的变化。 映古生产力的变化。
有孔虫Cd/Ca比 有孔虫Cd/Ca比 Cd/Ca
由于大洋海水中镉的分布和磷酸盐相似，那么， 磷酸盐相似 由于大洋海水中镉的分布和磷酸盐相似，那么，Cd/Ca 比可作为古营养盐的指标。 比可作为古营养盐的指标。 古营养盐的指标 正相关 底栖有孔虫的Cd/Ca 底栖有孔虫的Cd/Ca 上覆海水中的Cd/Ca 上覆海水中的Cd/Ca
有机碳
在近岸、上升流等高生产力地区，沉积物中的总有机 在近岸、上升流等高生产力地区，沉积物中的总有机 碳(TOC)浓度能够比较灵敏地反映海洋有机碳生产的 (TOC)浓度能够比较灵敏地反映海洋有机碳生产的 变化。有机碳的氧气曝露时间、 变化。有机碳的氧气曝露时间、粘土矿物表面积和全 岩沉积速率等都可能影响到有机质的保存。 岩沉积速率等都可能影响到有机质的保存。 等都可能影响到有机质的保存 有机碳含量与海洋生产力、沉积速率、 有机碳含量与海洋生产力、沉积速率、沉积物的空 隙率和密度相关，有如下经验公式。 隙率和密度相关，有如下经验公式。
P——海洋生产力(g/( m2·ka)) ——海洋生产力(g/( 海洋生产力 ——有机碳质量占沉积物干质量的分数 w(Corg)——有机碳质量占沉积物干质量的分数 S——沉积速率(cm/ka) ——沉积速率(cm/ka) 沉积速率 ——干沉积物的密度 干沉积物的密度(g/cm ρs——干沉积物的密度(g/cm3) φ——孔隙度(用百分比表示) ——孔隙度(用百分比表示) 孔隙度 在含砂量较低、浊流不明显、 在含砂量较低、浊流不明显、陆源有机物含量不高的沉 积物中,可以根据该公式, 积物中,可以根据该公式,由地层中的有机碳含量给出近 似定量的古海洋生产力。 似定量的古海洋生产力。
其他
Cd（ Cd（镉）在海洋中的行为与P接近，也常利用有孔虫 在海洋中的行为与P接近， 壳体的Cd含量反映海水中的P含量。Boyle（1988） 壳体的Cd含量反映海水中的P含量。Boyle（1988）提 Cd含量反映海水中的 倡使用钙质生物壳体的Cd/Ca比值推算古生产力变化。 倡使用钙质生物壳体的Cd/Ca比值推算古生产力变化。 Cd/Ca比值推算古生产力变化
营养元素 在地质时间尺度上， 在地质时间尺度上，古海洋生产力主要受 大洋中营养元素可利用程度， 到大洋中营养元素可利用程度，特别是大 洋中活性磷含量的控制； 洋中活性磷含量的控制；因此古海洋的活 活性磷含量的控制 性磷埋藏记录， 性磷埋藏记录，可作为古海洋生产力的指 标之一。 标之一。
John Martin: Give me a tank of iron, I’ll give you an ice age.
微量元素
海洋中某些微量元素的地球化学行为或与有 海洋中某些微量元素的地球化学行为或与有 ），或 机质的改造有关（Ca）， 机质的改造有关（Ca），或受到氧化还原条 件变化的控制（Mo），或受到某种生物生长 件变化的控制（Mo），或 ）， 的影响（Sr），从而能够直接或者间接地作 的影响（Sr），从而能够直接或者间接地作 ）， 为古海洋生产力的指标。 为古海洋生产力的指标。
Stoll和Schrag（2001） Stoll和Schrag（2001）等研究了西特提斯晚白垩世 碳酸盐，发现其全岩Sr/Ca比值与古海洋生产力的指标 碳酸盐，发现其全岩Sr/Ca比值与古海洋生产力的指标 Sr/Ca 呈明显的正相关关系。 呈明显的正相关关系。
海水中Sr/Ca比值还受海平 海水中Sr/Ca比值还受海平 Sr/Ca 面升降和陆地输入的影响， 面升降和陆地输入的影响， 实际运用中需要多加注意。 实际运用中需要多加注意。
海水对大气CO 的调节： 海水对大气 2的调节： 浅海——生产力 生产力 浅海 深海——碳酸盐沉积 碳酸盐沉积 深海 (CCD：碳酸盐补偿深度 ：碳酸盐补偿深度)
生 物 泵
CaCO3 + Corg
碳循环的起点：光合作用 碳循环的起点：
光能转化为 化学能 CO2和H2O 转化为 CH2O
海洋生产力：从光合到呼吸作用
17954柱状样
0.15 0.2
17928柱状样
91 41
有机碳通量 （BF-Flux） 振幅
35
0.10 0.0ห้องสมุดไป่ตู้ 0.00 0.2 0.0
22
0.1
0.4 126
U. pere egrina 振幅
67 22
0.1
0.3 0.2 0.1
32
42 34
0.0 0.15
0.0 0.5 126
温跃层深度 振幅
光合作用： 光合作用： 碳的还原， 碳的还原，无机碳 → 有机碳 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 呼吸作用： 呼吸作用： 碳的氧化， 碳的氧化，有机碳 → 无机碳 C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
有机碳泵
碳酸盐泵
合成有机质
形成碳酸钙
现代海洋主要的浮游生物
通过底栖有孔虫Cd含量的变化就可以反映深层水团的变化。 通过底栖有孔虫Cd含量的变化就可以反映深层水团的变化。 Cd含量的变化就可以反映深层水团的变化 当底栖有孔虫记录高的Cd/Ca值 当底栖有孔虫记录高的Cd/Ca值，则反映了深层水团高的 Cd/Ca PO4浓度；相反，底栖有孔虫Cd/Ca如果是低的值，则表明 浓度；相反，底栖有孔虫Cd/Ca如果是低的值， Cd/Ca如果是低的值 低营养水团的存在。 低营养水团的存在。
主要用一些替代性指标来研究古海洋生产力。 主要用一些替代性指标来研究古海洋生产力。 如生物蛋白石、生物钡、镉含量等。 如生物蛋白石、生物钡、镉含量等。还可以用 稳定碳同位素。新近研究深海底栖有孔虫用做 稳定碳同位素。 古生产力的替代性指标。 古生产力的替代性指标。
第三节 古海洋生产力指标
古海洋生产力的直接测定是不可能的， 古海洋生产力的直接测定是不可能的，因此寻求反 映古海洋生产力变化的指标成为目前研究的一项重 要内容。 要内容。 生物沉积物 营养元素 微量元素 同位素 古生物指标
Bralower和Thiestein(1984)估算了全新世的古海洋 Bralower和Thiestein(1984)估算了全新世的古海洋 初级生产力(primary production)。 初级生产力(primary production)。