全球变化与海岸海洋科学发展

2024-03-25 来源：我们爱旅游

2004年2月　　　　　　　　　　　　　海洋地质与第四纪地质　　　　　

Vol.24,No.1Feb.,2004

第24卷第1期　　　　　　　MARINEGEOLOGY&QUATERNARYGEOLOGY　

全球变化与海岸海洋科学发展

王　颖,牛战胜

(南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室南京210093)

摘要:研究海陆过渡带的表层系统作用过程、环境资源特性及发展变化规律,与人类生存发展关系密切。全球气候与海平面自然变化、全球性频繁的地震、火山构造活动研究及国际海洋权益之重新组合,促进海岸海洋科学的新发展。

关键词:海陆过渡带;海岸海洋科学;全球变化;地震火山活动

中图分类号:P736.21　　　文献标识码:A　　　文章编号:025621492(2004)0120001206

1　海岸海洋科学的发展

海岸海洋是陆地与大洋相互过渡的地带,它是既区别于陆地,又有别于深海大洋的独立环境体系,受人类活动影响密切,是研究水、岩、气、生圈层交互作用的最佳切入点。研究陆海过渡带的表层系统作用过程、环境资源特性及发展变化规律,以获求人类生存活动与之和谐相关等,构成了海岸海洋科学的研究对象与任务,是基于地理学、地质学与海洋学相互交叉渗透形成的新学科,具有自然、人文与技术科学相互交叉渗透的复合型科学特点[1—2]。联合国《21世纪议程》指出“:海洋是生命支持系统的基本组成部分,也是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富”。海岸海洋仅占地球表面积的18%,其水体部分占全球海洋面积的8%,占整个海

洋水体的0.5%,却拥有全球初级生产量的1/4,提供90%的世界渔获量,为60%的世界人口的栖息地,目前全世界人口超过160万的大城市中约有2/3分布于这一地区[3],海岸海洋与人类生存关系密切。

海岸海洋是既有别于陆地,也有别于深海大洋的独立环境体系。水、岩石、大气、生物圈层在此“界面”相互作用影响,成为物理、化学、生物与地质过程极为活跃的动态区,保存了丰富的海陆作用过程信息。全球河流悬移质及其所吸附的元素与污染物的75%～90%被带至这一地区沉积,拥有全球50%以

上的碳酸盐和80%的有机残体沉积以及90%的沉积矿产。同时,作为人类最主要的居住区,人口密度极高,大城市林立,通过河流输移的人类活动产物的

),女,教授,中科院院士,主要从事海岸作者简介:王颖(1935—

沉积速率相当或超过自然产物的输送率,90%的陆

源污染被排入海岸海洋地区[3]。海岸海洋通过生态系统沉淀、吸附、固封等作用,减轻或消除了陆源污染对大洋的直接影响与危害。同时,活跃的动力、上升流与陆源物质的汇入为海洋生物提供了繁衍生境,使之成为一个高生产力和生物多样性的体系,为人类提供了食物、药物、动能、空间、旅游等多种具有再生性与可补偿性的资源[1]。

海岸海洋科学的兴盛与1994年正式生效的“联合国海洋法公约”密切相关,公约对沿海国主权的12海里领海、24海里毗连区、200海里专属经济区以及大陆架是沿海国陆地领土自然延伸原则等规定,使海洋权益及管辖范围发生巨大变化,推动了沿海国对“海洋领土”的关注,全球涉及海洋划界的有370处。基于主权与资源开发的需要,推动海岸与大陆架浅海成为海洋科学领域的新热点,明确地认识到,海洋是由两个主要环境组成:即海岸海洋与深洋[4]。

海岸海洋(CoastalOcean)定义是1994年UN2ESCO政府间海洋委员会(IOC)在比利时列日大学召开的国际海岸海洋科技会议(1stCOASTSofIOC)上正式提出,明确了海岸海洋的范围包括海岸带、大陆架、大陆坡与大陆隆,含整个海陆过渡带(图1)。会议正式出版的“TheSea”系列第十卷“Global

[5]

CoastalOcean”,成为国际海洋学界正式确定海岸海洋的里程碑。国际地理学家联合会(IGU)1996年发表“海洋地理宪章”正式将全球海洋区分为CoastalOcean(海岸海洋)与DeepOcean(深海海洋)两部分[4]。

20世纪初,经典文献将海岸定义为沿海滨分布的狭窄陆地[6];20世纪中期,海岸工程实践明确了现代海岸带是包括沿海陆地及水下岸坡的“两栖地带”:上界止于风暴潮、激浪作用于沿海陆地的上限,

海洋地貌与沉积学研究与教学工作,E2mail:wangying@nju.edu.cn

收稿日期:2003212230;改回日期:2004201205.　文凤英编辑

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　海洋地质与第四纪地质22004年　

图1　海岸海洋图示

Fig.1　Coastaloceandiagram下界始于水深相当于1/3～1/2当地波长处;至90年代,形成了包括海岸带、大陆架、大陆坡及大陆隆,涵盖了整个海陆过渡带的海岸海洋(CoastalO2cean)。经历了20世纪两次科学认识上的飞跃,加

海陆交互作用影响的另一例证是气温增升,内陆沙漠干热,沙尘暴活动频频侵袭东部沿海城市,甚至在长江以南的南京春季形成昏霾的白昼。海水增温使北美太平洋沿岸鲑鱼减产,但是,中国大陆沙尘被漂移的西风带输送至北太平洋东岸降落,又为鲑鱼带来富含Fe质的营养盐,使鲑鱼丰收。如追索求源,进行中、加两岸海陆对比研究,不仅加深对北半球西风盛行带迁移规律与效应之认识,而且是研究地球表层系统岩、气、水、生相互作用的最好切入点。2.2　应引起重视的全球变化与海陆交互作用影响

深了对海岸海洋环境特点的认识与资源环境的利用,发展形成具有交叉学科特点的应用基础型新学科。

海岸海洋研究方法具有外业工作的多学科综合性,包括陆上调查,浅海水、岩、气、生方面的观测,空中的同步监测;实验室多项分析及计算模拟。加上因时、因季节与因地观测,投入的人力与经费大,但其科学成果严密,能直接服务于生产建设与国家权益。

的另一方面,是发生在岩石圈的地震火山构造活动　现代全球500多座活火山中,370多座活火山沿太平洋岸分布,其余沿东西向“关闭的地中海”带分布。20世纪90年代以来,火山爆发频频,并逐年递增,尤以海岸海洋地区最为突出(表1)。自2000年来太平洋“火圈”火山爆发异常频繁,南太平洋、大西洋、墨西哥湾及大陆地区亦相继频频爆发,形成全球性构造活动,对地表系统造成巨大影响。

火山爆发的同时,地震活动亦极为频繁。1990年以来在全球范围内年年有大地震,2000年几乎每日发生地震,强地震亦引起火山爆发。地震频发在环太平洋构造带与东西向的“地中海”构造带,同时,地震活动还出现于南大洋地区,呈东西向的分布(图3a,b,c,d)。我国西部与台湾岛东部地震频频发生,

2　全球变化与海岸海洋科学研究

2.1　全球变化是反映在气、水、岩石、生物圈的事件

性变动,形成全球性的频发与持续效应,对人类生存环境影响深刻　气候变化、海平面变化与人类活动是与海岸海洋密切相关的全球变化研究课题。大气与海平面环境监测及趋势性分析已取得重要进展。近200年的验潮资料反映,海平面上升趋势与大气温度及海水温度增高趋势呈良好相关。长时期的地质记录反映出海平面、大气温度和海水温度三者间存在正相关[7](图2)。百年来水动型的海平面上升值为1～2mm/a,随气温升高、海平面持续上升,至2100年,海平面可能上升1m(IPCC2WG1,1990)。2000年以来,中高纬度地区气温增高明显,南极洲2001年融冰期增长3个星期,为近20年之最。随

正是全球构造活动变化的反映。

对比图3a与3b可看出震级强度的转移。一次强地震爆发,能量释放以后震级变小,但同一构造带的另一处震级加强。这一现象为地震预报提供启示。

地震与火山活动释放着地球内部的能量,太平洋巨厚水层的压力、密度及温度变化聚集着很大的

着海平面持续上升,平原海岸与大河三角洲区面临着土地淹没与风暴潮频袭城市的境界。

　第1期　　　　　　　　　　　　　　王　颖,牛战胜:全球变化与海岸海洋科学发展3

能量,与地球内部能量的结合,可能是大洋中能量较陆地更大的原因。强地震多发生在海岸海洋地带,或发生于子夜,或发生于月半大潮期间,可能反映了月球引潮力对地震的激发或加助了地球内部能量的向外释放,或者白天的太阳引力与陆地人类各种活

动,削弱了月球引力并分散了部分地壳中所聚集的能量。归纳分析地震发生的时间及地震带强度转移变化的规律,有助于找出防震减灾措施,可尝试人为地释放、控制或分散能量、削弱地震发生的强度。

图2　海平面、大气温度和海水温度三者间正相关示意图(据PAGESNewsletter,1999)

a.Vostok冰心所揭示的400kaBP以来大气CO2、CH4浓度和气温变化曲线;b.MD942101大洋钻孔所揭示的450kaBP以来氧、碳同位素与夏季SST变化曲线

Fig.2　Positivecorrelationbetweensealevel,airtemperatureandseawatertemperature

表1　1995—2002年9月30日全球火山活动情况(据美国国家航空和宇宙航行局数据统计)

Table1.Globalvolcanicactivitiesfrom1995to30Sept.2002

年　代

1995199619971998199920002001—200229230

次数

5101415135057

位　　　　　　　　　　置　　　　　

4次位于太平洋地区(2次位于南太平洋),1次位于印度洋地区9次位于太平洋地区(1次位于南太平洋),1次位于大西洋地区13次位于太平洋地区(2次位于南太平洋),1次位于大西洋地区

11次位于太平洋地区(4次位于南太平洋),2次位于大西洋地区,1次地中海,2次陆地(美洲、非洲)12次位于太平洋地区(2次位于南太平洋),1次位于大西洋地区

33次位于太平洋地区(3次位于南太平洋),6次位于墨西哥湾,3次非洲(刚果、喀麦隆),1次地中海,

3次印度洋,1次大西洋,3次南美洲

40次位于太平洋地区(8次位于南太平洋),4次位于墨西哥湾,2次印度洋,1次大西洋,大陆1次,1次位于墨西哥湾,3次非洲,2次地中海,3次南美洲

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2004年　

图3　全球地震分布

a.据NEISofUSGSIRIS监测,2000209218;b.据NEISofUSGSIRIS监测,2001204205;c.据NEISofUSGSIRIS监

测,2002年11月;d.据NEISofUSGSIRIS监测,2002年11月;其中红圈表示发生于24h之内的地震;黄圈代表发生于15d内之地震;紫三角代表超过15d以上及5a以内的地震情况;圆圈大小表明震级。

Fig.3　Distributionofglobalearthquakes

　　强地震造成的环境效应灾害以海岛地震为例,1999年9月21日1时47分12.6秒,台湾岛日月潭

西南615km处集集镇发生里氏7.3级地震,震中位于23185°N、120178°E,震源深度7～10km[7],系台湾西部山麓地带的系列逆断层长期受吕宋岛弧推挤,积蓄大量能量,从车笼埔断层发生错动,能量释放而造成地震(图4)。车笼埔断层东侧上盘上升212～415m,向NW及NNW方向水平滑移711m;

下盘最大沉陷013m,向相反方向平移111m,最大水平地表加速度达1g,强震延时25s,波及相距150km的台北市,整个台湾岛均可感到地震活动①②。

地震造成地表断裂、抬升形成断崖;河流中断,形成瀑布;山崩地塌,造成堰塞湖与滑塌;土壤液化,发生喷沙、喷泥与地层陷落等,伴随之造成对道路、桥梁、水利与交通设施、港湾设施、动力与工业设施以及建筑等的严重损害[8—9]。居民房屋倒塌约2万幢,死亡人数超过2300人,伤者约8000人。自2002年3月至今,台湾地震仍频繁活动。

①台湾气象局地震测报中心第043号有感地震报告,1999.②王鑫,林俊全.九二一台湾地震纪念地选址及地景登录之

图4　台湾岛集集地震震中与车笼埔断层位置关系

及地质剖面构造示意图(据文献[5],[6])

Fig.4　RelationbetweenJijiearthquakeepicenterandChelongpufaultlocationsaswellasthegeologicstructure(from[5]and[6])

研究,2000.

　第1期　　　　　　　　　　　　　　王　颖,牛战胜:全球变化与海岸海洋科学发展5

　　火山喷发与强地震活动一样,危害性巨大,长时间影响大范围的生存环境[9]。熔岩流温度高达500～1400℃,每小时可达数公里,所至之处燃树焚屋;炽热的火山灰沙沉降,掩埋田野、道路和建筑物;火山泥流灾害是由炽热的火山灰融化山顶积雪或促成局部暴雨,结果,沿坡而下的泥流袭夺堵塞河谷而又促使洪水爆发成灾,这类灾害更易发生于水气充沛、交换活跃的海岸海洋地区。炽热的火山云是炽热气体和细火山灰的混合物,温度高达1000℃。它沿火山向下运动时,速度可达100km/h,因此,烧伤与窒息的危害大;火山喷发出大量有毒的或无毒的气体,主要成分中水气和二氧化碳是无毒的,但是,若在局部水域中积聚,使浓度增高(>50%),当气体温度变化或振动使这些无色无臭的气体再被释放时,会使人窒息死亡[10]。大量海水渗透到火山岛岩层内,与下伏岩浆相接触而形成水气,当炽热的蒸汽积聚至相当数量后,可沿裂隙形成巨大的爆炸。

火山喷发活动对地表环境产生一系列的地貌、气象与生态效应[9]。如火山活动形成新的夏威夷火山岛链,形成崎岖不平的熔岩原野、台地和陡崖,夏威夷岛火山口形成马蹄形海湾,湾顶发育珊瑚礁,岛下的热点,可利用360℃的地热蒸汽发电,提供岛上需求的电力能源。火山喷出的富硫气体进入大气层中则可形成酸性水滴云团,或遮蔽日光或降酸雨,亦造成历时长、范围广的气候变化效应。

热带海洋性气候条件下的火山岩风化形成富含矿物质的肥沃土壤原野,又为林木花草和飞禽走兽提供了良好的生活环境,形成了极富特色的热带海岸生态系与潜在的新型生物能源。

综上所述,无论全球气温与海平面变化或岩石圈构造活动变化,均对海陆交互作用的海岸海洋造成显著影响,影响到海陆环境变迁,灾害与人类生存健康发展构成海岸海洋科学关注的重要内容。

轻轨地铁的发展及老城区疏导等方面成果卓著,广州已展现出现代大都市新风貌。2003年,广州又在总结实践前三年成就的基础上,向海洋扩展,与珠江三角洲城市加强合作;同一时期,浙江省完成了新杭州湾城市的发展规划,建设长江三角洲南部经济与生态环境和谐发展的城市群;山东省也在进行半岛城市群建设。

江河湖海是水陆交互作用带,地理与生物种群结构复杂,物种变化活跃,生产力较高,适于人类聚居与城镇发展。河流与海洋在城市发展的早期既有舟楫之利,又为防御的天然屏障。当代全球化经济体系的发展,更突出了滨海城市的重要性。

城市的发展规划应体现以人为本,人居环境应具有清新的空气、明亮的阳光、清洁的淡水、安全的宅舍与宜人的风貌。同时需要有繁荣的商贸街市、便利的交通运输、咨询网络、文化历史内涵、科教医卫与宗教设施安全的保障、服务系统及有效的管理体系等,这些均涉及到自然环境的特点与滨水水体的发展变化规律,需要充分考虑海岸海洋生态环境与城市发展规划的有机结合,人地关系和谐发展的思想应渗透贯穿于设计体系中。宋代张择端所绘的《清明上河图》展示了北宋临水都城之布局,突出了河流在城市建设中的功能。具有复合型特点的海岸海洋科学已在并继续在21世纪中国城市化发展中发挥一定的作用。

4　结语

海岸海洋科学是在地理学、地质学与海洋科学相互交叉渗透的基础上发展形成,赋有科学活力,与人类生存活动所需的清洁淡水、新鲜空气、空间、动能、食物与医药源泉密切相关,是21世纪地学发展的重要支柱,宜从人才教育、科学研究及建设应用项目等方面给予重视与支持。

3　沿海城市化发展与海岸海洋科学

参考文献(References)

城市化的过程是东部经济发展、进入世贸、全球

化经济体系发展的必然结果,其发展势头迅猛,为海岸海洋科学提供了贡献智慧的新领域。伴随着我国经济的持续发展,东部沿海地区城镇发展迅速,社会经济发展与人民生活水平提高的需求在增长。城市化发展过程,以珠江三角洲城镇发展为先声,继深圳、珠海新市区建设之后,广州市自2000年实施城市发展战略总体规划,在珠江滨水环境优化,新机场与大学城建设,现代化的会展中心屹立于珠江之滨,

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GLOBALCHANGESANDSCIENTIFICDEVELOPMENT

OFCOASTALOCEAN

WANGYing,NIUZhan2sheng

(MOEKeyLaboratoryforCoastandIslandDevelopment,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

Abstract:Processofthesurfacesystemoftheland2oceantransitionalzoneaswellasdevelopmentoftheenviron2mentalresourcesiscloselyrelatedwiththelivingofthehumanbeings.There2combinationofstudiesonnaturalchangesinglobalclimateandsealevelandonfrequentglobalearthquakesandvolcanicactivitieswiththeinterna2tionalmaritimebenefits,willpromotethenewdevelopmentofcoastaloceansciences.

Keywords:earthquakeandvolcanicactivities;coastaloceanscience;globalchanges;land2oceantransitionalzone

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