海洋学导论 [美D.A罗斯著 斜举有旅品
译者的话 海洋覆盖了地球表面积的百分之七十-·，人类挤在仅仅占地球表面积的百分之二十 九的陆地上，食物、能源、产、建筑材料等资源日感匮乏。分居在各个大陆上的人类要跨 过海洋互相交往。可是人类对浩淼、富饶的海洋了解、开发得还很不充分。人类能够看到 遥远的银河系，能够从月球上拿回岩石，却看不透深遂的海洋，对水体和海底的状况和运 动了解得很不够。·人类仅仅利用了海洋有机物生产力的百分之一，取之不竭的潮汐、海 流、波浪的能量几乎完全没有利用，海底石油和沿岸沙矿才刚刚在开采，蕴藏在海水中和 分布在大祥深处的某些矿物比陆地上多千百倍，对这些宝贵资源的采集基本上还处在试 验阶段。研究和开发海洋已成为人类当务之急。 因为海洋对人类是如此重要，所以研究海洋的海洋学已发展成一门有相当大的独立 性的综合性学科。研究的角度不同，逐渐形成了化学海洋学、生物海洋学、物理海洋学、地 质海洋学，考虑到人类在海洋上的活动，还有必要研究仪器与技术、海洋污染和海洋法我 们把美国罗斯著的《海洋学导论》翻译过来，介绍给国人。作者是美国伍兹霍尔海洋研究 所的高级研究人员，对海洋学有渊博的知识。本书是第二版，较之第一版作了重大补充与 修改，包括现代海洋学的一切方面，材料新颖，图文并茂，能给从事海洋学研究的人、其它 行业的科技人员和各级领导、管理干部以海洋学的全面的概貌，这对发展我国的海洋科 学、推进海洋开发是不无牌益的。作者是美国人，对很多问题的立场、观点与我们迥然不 同，我们把他的著作原封不动地翻译过来，这并不意味着我们都同意，望读者留心鉴别。 承周觉同志审阅第十一章译稿，特此致谢
序 言 自从我写完本书第一版至今，海洋学的范畴已几经变革。其中最重要的是逐步认识到 海洋污染以及它对海岸带和海洋的影响，另一个发展是许多国家和工业需要向海洋索取 矿产资源，特别是石油、天然气等能源。过去人们曾有过由海洋供养镶球生灵的梦想，这 在某种程度上已经破灭了，而部分地让位于从海洋获取更多的能量满足全球需求的理想。 近年来随着世界各国对海底提出越来越多的要求，从法律的角度对海洋的兴趣也与日俱 增。有了这些要求，海洋法就应运而生，而它至今也没有完满地解决各国间的纠纷。因为 有了这些发展，我增加了两章新的内容一海洋污染和海洋法，改写了海洋资源那一章， 对其他章节也作了相应地修改，务求包括最近七年来新的科学情报资料，还增加了一百多 幅新插图。 还象前版一样，我力图用本行科学家以外的人也能懂得的方式来阐述海洋学。海洋 学是所有各门科学在海洋现象中的应用，我试图说明各门科学在研究海洋中的作用，而 更重要的是说明它们之间的关系。我也提到了新的海洋技术，叙述了海洋学史的一辚半 爪。 我有幸与伍兹霍尔海洋学研究所的同事们讨论了本书的各部分，得到了很大帮助。 提供给我照片及其他材料的人实在太多了，无法一一列举，我将在本书的有关章节向他们 表示谢忱。 马萨谐塞州伍兹查尔 D.A.罗斯 “。}
目 录 译者的话 序言… vi 第一章海洋学：海洋的科学… I 1。为什么要研究海洋学… 2 2.作为事业的海洋学… 3。儿种单位和统计数字*… 4。大洋的基本特性… 推荐读物… 7 第二章地球和海洋的起源… 8 一、宇宙的起源… ATA111-400474- 西 二、地球的起源…… B 三、海洋的起源…… 9 四、大洋和大洋盆的诞生与扩展 10 推荐法物 16 第三章海洋学的历史… 17 一、早年的历史 17 二、黑暗时代以后… 17 三、现代海洋学…… 22 推荐读物…… 25 第四章基本的海洋学仪器和技术 26 一、海洋学考察船… 26 二、研究用潜水器… 30 三、钻探船… 35 四、漂浮和固定平台… 36 五、几种基本的仪器和技术… 49 大、其他仪器…… 46 推荐读物… 50 第五章化学海洋学… 51 一、化学海洋学的历史… 51 二、当前的课题… 5对 三、化学海洋学仪器 54 四、水的性质 55 五、海水的成分 60 六、影响海洋化学成分的化学反应… 64 七、同位素化学海洋学… 69 推荐读物… 第六章生物海洋学… 75 i
一、生物海洋学的历史 的 二、生物海洋学家的仪器… 76 三、海洋生物环境… 77 四、生物和海洋的关系 106 五、有机物的生产… 112 六、食物循环… 115 推荐读物…… 116 第七章物理海洋学… 18 一，物理海洋学的历史… 118 二，当前的课题…… 119 三、物理海洋学家的仪器…… 120 四、海洋的一般特征…………… 124 五、大气与海洋的相互作用…… 127 六、风浪…以 132 七、内波… 136 八、灾害牲波动**+ 137 九、潮泡… ,h4eene4年 141 十、浊流… 144 十一、水声 145 十二、海水透光… 147 推荐读物… 147 第八章海洋地质学和地球物理学…… 149 一、海洋地质学和海洋地球物理学的历史 149 二、海洋地质学和地球物理学家的工具 151 三、大陆边缘… 158 四、大洋盆 178 五、海洋沉积物 187 六、地壳结构… ................... 194 七、大洋盆的起源… 196 推荐读物……… 203 第力章海洋污染… 204 一、引言 204 二、家庭，工农业污染 205 三、海弹中的倾弃……… 209 四、石油污染… 209 五、勘探、开发海洋矿产资原所产生的污染 216 大、放射性和热废物… 217 七，结论… 218 推荐物*4** 219 第十章海洋资源…… 221 一、海洋矿物资源… 222 二、大陆边缘（包括海岸带）的矿物资源… 222 三、海底扩展与矿物资源… 227 ii
四、深海资源… 231 五、生物资源… 237 六、海洋的物理资源… 244 七、海洋的其他重要方面… 245 推荐读物……* 246 第十一章海洋法………… 247 一、海洋法的孕年历史， 247 二、1958年和1960年日内瓦海洋法会议… 248 三、1974年、1975年、1976年发生的大事，海洋法会议… 253 四、1974,1975年和1976年海洋法会议的基本议题 234 五、科学调查自由权… 256 推荐读物… 259 术语… 260 参考文献… …265 。i行
第一章 海洋学：海洋的科学 海洋是人类最后可资利用的领地之一。当我们刚刚缓慢而科学地认识海祥环境时， 我们却在很多方面污染它，达到它本身不能恢复的程度。在政治舞台上，很多国家正在贪 婪地瓜分海洋，以多得一份它的宝藏。近年来的食物和燃油匮乏也促使人们面向海洋，希 望依幕它至少部分地解决这些问题。研究海洋的人也不完全知道上面那些问题的答案。 本书的主要目的就是告诉你我们知道些什么，以及我们能够做些什么。 海洋学是什么呢？可能有很多种定义；最简单的一种是：所有各门科学在研究海洋 现象中的应用。定义中的关键词是所有，为了真正懂得海洋，知道它的性质，我们必须对 几乎所有的科学领域，以及它们和海祥环境的关系都有所了解。因此，海洋学不是一门孤 立的科学，而是很多门学科的综合。大多数海祥学家把海洋学分成四个主要组成部分： (1)化学海洋学；(2)生物海洋学；(3)物理海洋学；(4)地质海洋学，包括海洋地质学和地球 物理学。近年来又发展出第五、甚至第六部分：第五部分是海祥工程，第六部分有时称为 海洋政治。 化学海洋学家研究海洋中和海床上发生的化学反应。生物海祥学家研究海洋中生命 的分布和环境问题。而象海水的交换和运动这类物理反应则归人物强海洋学家的范晴。 海洋地质学家或地质海洋学家研究洋底的沉积和地形。海底的深层结构和它的物理性质 则是海洋地球物理学家的领域。海洋工程师主要从事于发展海洋研究和海洋开发的技 术。海洋政治的范聘还没有很好地刻定，不过一般指的是经济、法律和政治等社会科学与 政治科学在利用和管理海洋中的应用。 虽然这种划分法好象把海洋学分成若干互不相干的分支，可是实际上并不如此。举个 例子来说，海洋地质学家在赤道太平洋采出的底质的样本中含有主要由死去的微生物的 壳构成的沉积物，这种微生物大都生活在离海底二英里以上的表层海水中。如果在赤道 以北或以南100英里以外的海底取样，那末底质中含有的亮就少得多了。这是因为赤道 附近有独特的物理条件，流和风的适当的配合使海水混合得很好。反之，混合又影响到海 水的化学，把生物生命过程所需的营养物质由深处带到表层，在表层中为生物所利用。所 以，海底上的地质沉积是和它上面海水的化学、物理和生物紧密相关的。·'·· 这个例子告诉我们，对海洋学的划分可能是人为的和不必要的，海带学家必须熟识上： 述所有的领城。但海洋学发展得如此迅速，科学家已不可能成为所有各方面的专家，术多 数的海洋学家只能专攻上面所提到的一门或者两门。读者应当注意：·各个领域的划分不 是很严格的，它们彼此有紧密的联系。 我在这本书的各章里分别介绍生物海洋学、化学海洋学、物理海洋学和海洋地质学及 地球物理学。本书不能详细讨论海洋工程，但是我还是用-一章的簫幅介绍重要的海洋学 仪器。在有关矿产资源、污染和海洋法的章节里讨论了海洋改治问题。·
1.为什么要研究海洋学 我们飞经给海洋学下了定义，下面就来探讨这门科学的某些一般的问邀。一个问题 是：人们为什么要研究海拦学？显然，海洋是~个险恶的环境，人们不容劫揭露它的秘 密。正是大海的神秘、诱感力和诗意吸引了很多人向往海洋学。间样引人入胜的是海水 覆盖了世界的百分之七}二，人们总是对海洋的深度和)广度感到兴趣。 海洋能向训练有素的海洋科学家解答··些全人类的重大科学问题和课题。在海底沉 积层中记录了地球的地质史，在化石中记水了生物史。地球上的生命无疑在几十亿年前开 始产生于海祥，从那时起进化见在海祥中的众多种属的生物。千百年米，丰富的生物就 是人们重要的食物来原，也是解决当今食物向题的一个可能途径。別的海生生物产品，如： 珍珠或死去的动物的壳有着各种途，有些贝壳可以作为建筑材料。海洋也是有商亚价 值的化学资源的重要来源，含有碘、溴、钾、镜、猛等元茶。在干旱地区，海水淡化是解决日 益消长的淡水语要的重要方法。磷、陆结核、富含重金属的泥、沙和沙砾等海底犷藏是'求 贵的宝源，已经开始开发。海底以下的油气田是重安的白然资源，供应了世界百分之二十 的需要。到达地球的大部分太阳能都储存在海祥，这个能量释放出来时能使地球大气 产生环流。海洋就是这样对地球的天气和气候分布产生重要作用的。这个作用现在还没 有完全搞清楚。 海洋对通商、交通和国防是必要的。大部分国际贸易都是通过远洋轮船进行的；大洋 深处的海底电缆把大部分国家的通讯网联接起来。大海曾多次成为人类历史的战场，古 今的海洋研究成果中，也有不少用于因防。最后，海洋对娱乐也很重要，钓鱼、赛艇、滑水、 潜水和游泳等运动每年吸引了大量的游人。但对人类至为重要的课题则是污染，如果不 予以控的话，就会使这些活动都成为历史的除迹。 2,作为事业的海洋学 。 现代海洋学家通过两种途径受教育：或者在大学研习海洋学，或者受相邻学科的教 育。因为海祥学是所有各门科学在研究海洋现象中的应用，要想成为海洋学家，最好先在 大学里打下基础科学的坚实基础，然后再在研究院专攻海祥学的一个分科。 很多大学和研究所可以进行很好的海洋学训川练。美国的四个最大的研究机构是斯克 里浦斯海洋学研究所（图3-6）、伍兹霍尔海洋学研究所（图3-7）、迈阿密大学海洋大气研 究所和拉蒙特-道尔蒂地质研究所。这些机构以及罗得岛大学、得克萨斯农工大学、俄勒 冈州立大学、夏威夷大学和华盛顿大学通常以深海研究为主。较小的机构一般（但并不永 远如此)从事地区性的和近岸问题的研究。 大学毕业生在一门有关的科学取得学十学位，并且常常需要先担任实验或研究的助 手。有较深理论和实验造诣的科学家则有教学或科研的职务。不管从事哪一门的训练， 大多数海洋学家都要有一部分时间在海上生活。一般的海洋学考系航行历时几天到几个 月。大部分航行时间用于搜集数据、资料，有时则要在艰难的条件下工作。 海洋学家们受各大学，研究所和联邦政府机构聘用。联邦政府有几个海洋科学机构。 2
国家海洋渔业局，海军海洋局，国家海洋大气局；美国地质勘探局等。谋求海洋学方面职 位的前景是光明的，特别是与环境和能源有关的方面的工作更是如此。， 联邦政府认识到海洋学日益增长的重要性，已经拟定了几个长期研究规划，例如“国 际海洋调查十年规划”和“海洋基金”。这两个规划还吸引了很多外国科学家来参加，共同 研讨全球性的海洋学现象。国家海洋大气局的一部分和“海洋基金”规划包括开发海洋资 源的教育、研究和服务工作。不仅有海洋学家参加这个计划，还有法学家、教师、经济学 家等等在进行跨行业的工作。“海洋基金”与一百年前美国为发展农业和工业能力提出的 “大陆基金”规划的思想是类似的。 在美国大约有二千人具有熟练的海洋科学家的资格，占全国人口的十万分之一，这的 确是非常小的百分比，不要忘记：地球表面有百分之七十二是被海水覆盖的！ 在我们用几章的篇幅叙述海洋的起源、海洋学史和海洋学仪器之前，我先讲几个海祥 学中常用的单位和统计数字，以及大洋的一些基本特征。 3.几种单位和统计数字 由于各种各样的理由，在研究海洋学时，海洋学家们用了很多混乱的单位。海洋学中 通常应用大多数科学家所采用的米制，这种单位制是十进的。·我们用的最小单位是微米 ();1000微米等于1客米，10塞米等于1厘米，100厘米等于，1k米，1000米等于1公里。 1公里大约等于0.6英里（见表1-1、1-2）。 深度用米或英制的英寻来度量，一英寻等于6英尺，大致等于1庹（人两臂左右伸直 的长度)，100英寻等于183米，即0.1海里。 丧1-1米制二英橱换算表 米制 英 制 厘米 米 公里 英寸 英尺 资里 型米 1 1/100 1/100,000 0.3937 米 100 】 1/1000 39.37 3.28 公里 ·100,000 1,000 1 3,280 0.624c 英寸 2.54 、一 .1 1/12 英尺 ,.30.48 …-、0.3048 12.… …1 1/5,280 英里 一 1,609 1.609 一 5,20 1 。克， 公斤. 英两 - 磅 1 1/1,000 0.035 1,000 1 2.20 28.35 一 1/i6 453.54 0.453 6 1 1平方公里一0.386平方英里 1立方公里=0238立方英里 速度常常用节来量度，1节等于每小时1海里(1853：米或6080英尺)。常常近似地把 1节当作米制的50厘米/秒。“节”这个术语是从荷兰人的计程仪来的，这种计程仪是捆 3
在长绳头上的木块，绳子上每隔相等的长度打一个结。把木块扔到舷外，船向前走时，放 出绳子，数单位时间（小时）内放出多少节，这样，船速就表示为节数了。 丧1-2海洋学常用各种单位换算表 由 换算成 乘 以 山 换算成 乘以 厘米 爽 0.3937 公里 米 1000.0 米 英尺 3.28 克 英两（常衡） 0.035 米 照米 100.0 公斤 型 2.2 米 英寻 0.546 摄氏度 华氏度 公舆 英里 0.624 (×号）+2 混度用摄氏度数（℃）来量度；0℃等于华氏32°F,是水的冰点，室温20℃等下68°F, 水的沸点是100℃，等于212°F。 4.大洋的基本特征 迈那德(H.W.Menard)和史密斯(S.I.Sinith)计算出各大洋的平均面积和体积 (表1-3)。大洋的总体积大约为1,350×10立方公里(318×10立方英里)。 大洋的平均深度是3,729米(2,036英寻，12,216英尺，或者2.3英里)。 图1-1绘出世界高程的分布。这些表示方法称为陆高海深曲线，这个曲线表示地球 表面上超过某一海拔或深度的面积占总面积的百分比。从图1-1可以看出两个重要的事 实： (1)100米与5000米左右两种高程占主要地位。 (2)在两种高程之间的中间地带变化很陡。这两种高程很清楚地标志地壳的不同部 分：海平面处或其附近的高程的陆地与深海平原。注意，如果把大洋中的水全部抽干，这 个笪大的高程差依然存在。中间地带对应于大陆和海洋之间的过渡地带。海洋中出线的 这一部分叫大陆坡。 大陆和大洋盆在地球表面的分布是不均匀的。大陆区和大洋区常常位于地球的相反 的两面，而大部分陆地都位于赤道以北，赤道以南的陆地仅占全部陆地的5%弱。在南 表1-3大洋的面积，体积和平均深度 大洋 面 积 体积 平对深避 (包岳其边缘海) (10°公甲) (10°公里) (米) 太平洋 181.344 t4,10 3,940 大屿祥 94.314 337,210 3,55 印度洋 74.118 284.608 3,4U 北冰祥 12.25: 13.702 1,t17 总计 362.033 1,39.929 3,724 (数据取自Menard和Snih,1966) 纬0°到65°之竞完全没有陆地，三大洋完全联东一起。 因为地球的大部分（大约72%）为水所覆盖，简直可以把我们的星球命名为“水球”。 太平洋是最大的洋，它的面积和体积大于大西洋和印度洋之和（表1-3），它也是最深