生命

[拼音]：haiyang zijing nengli

[外文]：marine self-purification capability

海洋環境通過它本身的物理、化學和生物的作用，使汙染物的濃度自然地逐漸降低乃至消失的能力。海洋淨化汙染物的能力是可貴的資源，認識其規律並予以合理利用將有助於防治海洋汙染。

海洋自淨是一個錯綜複雜的自然變化過程。自淨能力越強，淨化速度越快。淨化速度一般表示為濃度下降率或與汙染物有關引數的變化率。影響自淨能力的因素很多，主要有地形、海水的運動、溫度、鹽度、酸鹼度(pH)氧化還原電位(Eh)和生物丰度以及汙染物本身的性質和濃度等。

海洋自淨過程按其發生機理可分為：物理淨化，化學淨化和生物淨化。三種過程相互影響，同時發生或相互交錯進行。一般說來，物理淨化是海洋自淨中最重要的過程。

物理淨化

主要是通過稀釋、擴散、吸附、沉澱或氣化等作用而實現的自然淨化。海水的快速淨化主要依靠海流輸送和稀釋擴散。在河口和內灣，潮流是汙染物稀釋擴散最持久的營力。如隨河流徑流攜入河口的汙水或汙染物，隨著時間和流程的增加，通過水平流動和混合作用（主要是湍流擴散作用）不斷向外海擴散，使汙染範圍由小變大，濃度由高變低，可沉性固體由水相向沉積相轉移，從而改善了水質。據初步計算1972～1980年排入大連灣的石油約17萬噸，砷約1.2萬噸，COD約67萬噸（COD為化學需氧量，代表有機物在水體中的濃度）。這些汙染物在物理淨化作用下，約有油10.5萬噸，砷1萬噸，COD約67萬噸輸送出灣外，其擴散係數達1.2×105～3.8×106。

在河口近岸區，混合和擴散作用的強弱直接受河口地形、 徑流、 湍流和鹽度較高的下層水體捲入的影響(見圖)。另外，汙水的入海量、入海方式和排汙口的地理位置；汙染物的種類及其理化性質（比重、形態、粒徑等），風力、風速、風頻率等氣象因素對汙水或汙染物的混合和擴散過程也有重要作用。根據排汙方式，汙染物的擴散過程通常可選用下列幾種簡化擴散模型來模擬：

（1）連續排汙的三維湍流擴散模型。設連續排汙點源位於海面，汙水排放速率為 I（米3/秒），而汙染物質在水平和鉛直方向上的湍流擴散係數K1(米2/秒)為一恆量，則在平流輸送可以忽略的情況下，汙染物質的濃度C（千克/米3）的分佈可近似地按下式計算：

C(r)＝C0[1-exp(-I/2πK1r)]

式中 r表示以排汙點源為中心的徑向距離；C0表示排汙點源(r＝0)處的汙染物質濃度。

（2）連續排汙的二維湍流擴散模型。在自然狀態下，海水鉛直穩定層結的浮力效應在很大程度上抑制了鉛直方向上的湍流擴散過程。因此，在深度較大的海區中，汙染物質的擴散僅限於受風浪等攪拌混合作用的上混合層；而在較淺的海區中，由於風力的攪拌作用和底摩擦作用，海面至海底的整個水層基本上呈鉛直均勻狀態。在這種情況下，汙染物質的擴散可近似地作為二維(水平)湍流擴散過程來處理。設水平湍流擴散係數K2為一恆量，水平流動的平流輸送效應可以忽略不計，則在距離排汙點源r（米）處的汙染物質濃度C可近似地按下式計算：

C(r)＝C0[1-(r/r0)α]

式中

，z表示上混合層的深度或水質鉛直均勻的淺水區域深度;t表示汙染物質的排放時間（秒）。

（3）連續排汙的二維平流－湍流擴散模型。在平均流動所導致的汙染物質的平流輸送效應不可忽略的情況下，連續排汙的擴散問題通常可簡化為二維（水平）平流－湍流擴散問題來處理。 在這種情況下， 設水平流動所導致的汙染物質的縱向（順流方向）平流輸送與側向（橫流方向）湍流擴散通量相互平衡，並且縱向流速v（米/秒）和側向湍流擴散係數K3均為恆量，座標原點與排汙點重合，則汙染物質濃度C 的分佈可近似地按下式計算：

式中y表示縱向(順流方向)上的距離；x表示側向（橫流方向）上的距離；

。

（4）瞬間排汙的二維湍流擴散模型。對於瞬間排放的點源擴散，通常可近似地作為二維（水平）湍流擴散問題來處理。如設水平湍流擴散係數K2為一恆量，並且平流輸送效應可以忽略不計，則在距離排放點r(米)處的汙染物質的濃度可近似地按下式計算：

式中V和C1分別表示瞬間排放物的體積（米3）和汙染物質的濃度（千克/米3）；t 表示自排放瞬間起算的時間（秒）。

在上述幾個簡化模型中，湍流擴散係數的量值與海面的風力、海浪、海流（包括潮流）、水深、海水層結狀況以及岸界和海底地形等因素有密切關係，因此，須按具體情況而定。觀測和實驗結果表明，在大多數情況下，湍流擴散係數的量值範圍一般為1～100米2/秒。

研究物理淨化的方法通常採用現場觀測和數值模擬方法。近年，歐美、日本和中國學者曾分別對布裡斯托爾灣和塞文河口、切薩皮克灣、大阪灣、東京灣、渤海灣和膠州灣等作了潮流和汙染物擴散過程的數值模擬。

化學淨化

主要由海水理化條件變化所產生的氧化還原、化合分解、吸附凝聚、交換和絡合等化學反應實現的自然淨化。如有機汙染物經氧化還原作用最終生成二氧化碳和水等。汞、鎘、鉻、銅等金屬，在海水酸鹼度和鹽度變化影響下，離子價態可發生改變，從而改變毒性或由膠體物質吸附凝聚共沉澱於海底。海水中含有的各種配合體或螯合劑也都可以與汙染物發生絡合反應，改變它們的存在狀態和毒性。價態的變化直接影響這些金屬元素的化學性質和遷移、淨化能力。影響化學淨化的因子有pH、Eh、溫度和海水中化學組分及其形態等。如大多數重金屬在強酸性海水中形成易溶性化合物，有較高的遷移能力；而在弱鹼性海水中易形成羥基絡合物如Cu(OH)+、Pb(OH)+、Cr(OH)等形式沉澱而利於淨化。一般說來，可溶性的化學物質淨化能力較弱，難溶性物質因其易沉入底質而淨化能力較強。

生物淨化

微生物和藻類等生物通過其代謝作用將汙染物質降解或轉化成低毒或無毒物質的過程。如將甲基汞轉化為金屬汞，將石油烴氧化成二氧化碳和水。

微生物在降解有機汙染物時，要消耗水中的溶解氧。因此，可根據在一定期間內消耗氧的數量多少來表示水體汙染的程度。目前已知微生物能降解石油、有機氯農藥、多氯聯苯以及其他各種有機汙染物。其降解速率因微生物和汙染物的種類和環境條件而異。還有許多種類微生物能轉化汞、鎘、鉛、砷等金屬。

由於海洋遼闊，自淨能力也大，人們一直把它看成是天然的最大淨化池而任意傾廢或排汙，但海洋的自淨能力並不是沒有限制的。為了合理利用海洋環境自淨功能，保護裹a href='http://www.baiven.com/baike/225/315630.html' target='_blank' >透納坪Ｑ蠡肪常芯亢駝莆蘸Ｑ蠡肪匙躍換恚嗆Ｑ螯a href='http://www.baiven.com/baike/223/304376.html' target='_blank' >環境科學研究的一項重要任務。

參考書目

R.Johnston ed.，Marine Pollution，Academic Press，London，1976.

日本水産學會編：《水域の自浄作用と浄化》，恆星社厚生閣，東京，1979。