2025年大學(xué)《地球系統(tǒng)科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地球海洋的研究進(jìn)展考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述印度洋偶極子（IPO）的典型特征及其對(duì)全球氣候可能產(chǎn)生的主要影響。二、海洋酸化對(duì)海洋生物（特別是鈣化生物）有哪些主要生理影響？人類(lèi)活動(dòng)是主要通過(guò)哪兩個(gè)主要途徑導(dǎo)致海洋酸化的？三、描述海洋生物泵的基本過(guò)程。在當(dāng)前氣候變化背景下，你認(rèn)為海洋生物泵的效率可能會(huì)如何變化，并解釋其原因。四、全球海洋變暖對(duì)海洋混合層深度（MLD）有何影響？較深的混合層可能對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生哪些后果？五、簡(jiǎn)述Argo浮標(biāo)在全球海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的作用。除了Argo，請(qǐng)?jiān)倭信e至少兩種重要的現(xiàn)代海洋觀測(cè)技術(shù)及其主要應(yīng)用領(lǐng)域。六、海洋沉積物可以記錄古海洋環(huán)境的哪些信息？舉例說(shuō)明如何通過(guò)分析沉積物中的某種特定指標(biāo)（如化石、元素含量、同位素比率等）來(lái)重建過(guò)去的海洋表層溫度或鹽度變化。七、海洋變暖和層化加劇可能導(dǎo)致海洋中層的缺氧區(qū)域（氧MinimumZone,OMZ）擴(kuò)張和加深。闡述OMZ的成因，并分析其擴(kuò)張對(duì)海洋生物多樣性和全球碳循環(huán)的潛在影響。八、海洋大型生態(tài)系統(tǒng)（如珊瑚礁）對(duì)氣候變化（特別是海洋升溫、酸化和海漂）極為敏感。請(qǐng)分析導(dǎo)致珊瑚礁白化現(xiàn)象的主要生理機(jī)制，并討論當(dāng)前主要的珊瑚礁保護(hù)或恢復(fù)策略及其局限性。九、海洋垂直混合在海洋環(huán)流和物質(zhì)輸運(yùn)中扮演著重要角色。請(qǐng)分別說(shuō)明風(fēng)生混合和內(nèi)波混合的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其影響區(qū)域。人類(lèi)活動(dòng)（如大型航運(yùn)）如何可能影響這些混合過(guò)程？十、論述海洋碳循環(huán)在調(diào)節(jié)大氣二氧化碳濃度方面所起的關(guān)鍵作用。當(dāng)前人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海洋碳匯能力構(gòu)成了哪些主要威脅？從科學(xué)角度看，是否有可行的技術(shù)或方法可以增強(qiáng)海洋的碳吸收能力？試卷答案一、答案：印度洋偶極子（IPO）是一種發(fā)生在印度洋海盆的跨赤道海氣相互作用現(xiàn)象，其典型特征是在印度洋西部（阿拉伯海、孟加拉灣）出現(xiàn)強(qiáng)大的異常暖海溫事件，同時(shí)在東部（西太平洋）則出現(xiàn)異常冷海溫事件，兩者通常呈反相位。IPO對(duì)全球氣候的影響包括：可能加劇澳大利亞?wèn)|部和東南亞地區(qū)的干旱/降水異常；影響太平洋-印度洋遙相關(guān)模式（PIRCS），進(jìn)而影響ENSO（厄爾尼諾-南方濤動(dòng)）周期的強(qiáng)度和頻率；改變印度洋季風(fēng)的強(qiáng)度和位置；影響大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC）的輸送。解析思路：此題考察對(duì)IPO基本概念和氣候影響的理解。首先要清晰定義IPO是什么（西暖東冷），然后重點(diǎn)闡述其主要的區(qū)域氣候影響，特別是與澳大利亞降水、ENSO、印度洋季風(fēng)等遙相關(guān)或直接聯(lián)系的作用。二、答案：海洋酸化主要指海水pH值下降、碳酸鈣飽和度降低的現(xiàn)象。其主要生理影響包括：降低鈣化生物（如珊瑚、貝類(lèi)、部分浮游生物）構(gòu)建外殼或骨骼的效率，增加其維持結(jié)構(gòu)所需的能量消耗，甚至導(dǎo)致生長(zhǎng)受阻、溶解風(fēng)險(xiǎn)增加。人類(lèi)活動(dòng)主要通過(guò)兩個(gè)主要途徑導(dǎo)致海洋酸化：一是燃燒化石燃料等釋放大量二氧化碳，導(dǎo)致大氣CO2濃度升高，進(jìn)而通過(guò)氣體交換進(jìn)入海洋；二是海洋吸收大氣CO2，導(dǎo)致海水中碳酸氫根離子增加，進(jìn)而消耗碳酸根離子，使碳酸鹽體系失衡，pH值下降。解析思路：此題考察對(duì)海洋酸化定義、影響及成因途徑的掌握。首先要答出酸化的核心表現(xiàn)（pH下降、飽和度降低），然后描述對(duì)特定生物類(lèi)群（鈣化生物）的關(guān)鍵生理機(jī)制影響，最后明確指出兩種最主要的人為CO2來(lái)源途徑。三、答案：海洋生物泵的基本過(guò)程是：海洋表層生物（主要是浮游植物）通過(guò)光合作用固定CO2，合成為有機(jī)物；這些有機(jī)物通過(guò)同化作用進(jìn)入生物體；當(dāng)生物死亡后，其遺骸或排泄物沉降到深海；在沉降過(guò)程中，部分有機(jī)碳被分解，剩余部分最終沉積到海底沉積物中，從而將表層富含碳的生物質(zhì)輸送到深?；蜷L(zhǎng)久儲(chǔ)存。在當(dāng)前氣候變化背景下，海洋變暖和層化加劇可能導(dǎo)致混合層變深，表層更新速率減慢，從而可能增加有機(jī)碳在表層停留的時(shí)間，改變細(xì)菌分解作用的效率，進(jìn)而可能降低生物泵的效率或?qū)⒈玫膫鬏斔俾兽D(zhuǎn)向垂直方向，這些變化都會(huì)影響碳向深海的匯積。解析思路：此題考察對(duì)生物泵過(guò)程的理解及其對(duì)氣候變化響應(yīng)的分析能力。需清晰描述生物泵的三個(gè)主要階段（生產(chǎn)、同化、沉降/分解），然后結(jié)合氣候變化（變暖、層化）的影響，分析其對(duì)生物泵各個(gè)環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的效應(yīng)，并推測(cè)對(duì)泵效率或傳輸特性的可能改變。四、答案：全球海洋變暖導(dǎo)致海水膨脹，同時(shí)表層海水溫度升高，熱容增加，這通常會(huì)導(dǎo)致海洋混合層深度（MLD）增加。較深的混合層意味著表層水體與深層水體的交換更為頻繁和充分。這可能帶來(lái)的后果包括：增加表層營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗速率，可能改變表層初級(jí)生產(chǎn)力的時(shí)空分布；增強(qiáng)海洋生物泵中有機(jī)物的向下輸運(yùn)效率；可能改變海洋碳循環(huán)的格局；影響海洋層化程度和垂直交換過(guò)程。解析思路：此題考察對(duì)變暖影響MLD的機(jī)制理解，以及對(duì)深混合層潛在后果的分析。首先要說(shuō)明變暖如何導(dǎo)致MLD增加（熱膨脹和溫度升高），然后分析深MLD對(duì)表層生產(chǎn)力、營(yíng)養(yǎng)鹽、生物泵、碳循環(huán)等可能產(chǎn)生的連鎖影響。五、答案：Argo浮標(biāo)是全球海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵組成部分，它通過(guò)自主漂流，在全球范圍內(nèi)（主要是表層至2000米深度）進(jìn)行溫鹽測(cè)量，并通過(guò)衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)，為研究海洋環(huán)流、海氣相互作用、氣候變暖等提供了時(shí)空分布均勻、高密度的溫鹽數(shù)據(jù)，是理解現(xiàn)代海洋狀態(tài)和變化的重要工具。除了Argo，重要的現(xiàn)代海洋觀測(cè)技術(shù)還包括：海洋衛(wèi)星遙感技術(shù)（如監(jiān)測(cè)海面高度、海面溫度、海色、海面風(fēng)場(chǎng)等）；水下自主機(jī)器人（AUV/ROV，用于深海高精度探測(cè)、采樣和成像）；岸基和海底觀測(cè)臺(tái)陣（如tidegauges,ADCP,seismometers,hydrophones，用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)海流、海浪、地震、噪聲等）；船基觀測(cè)（進(jìn)行各種水文、化學(xué)、生物采樣和分析）。解析思路：此題要求列舉重要技術(shù)和說(shuō)明其作用。首先要準(zhǔn)確描述Argo的作用和數(shù)據(jù)特點(diǎn)。然后列舉至少兩種其他類(lèi)型的觀測(cè)技術(shù)，并簡(jiǎn)述其功能和應(yīng)用范圍，體現(xiàn)對(duì)多種觀測(cè)手段的了解。六、答案：海洋沉積物可以記錄古海洋環(huán)境的物理（如溫度、鹽度、深度、沉積速率）、化學(xué)（如元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)）和生物（如有孔蟲(chóng)、放射蟲(chóng)等微體古生物化石、生物標(biāo)志物）信息。例如，通過(guò)分析沉積物中特定有孔蟲(chóng)類(lèi)群的種類(lèi)組成和生態(tài)習(xí)性，可以推斷古海洋的表層溫度和鹽度。因?yàn)椴煌挠锌紫x(chóng)種類(lèi)對(duì)環(huán)境條件（特別是溫度和鹽度）有特定的適應(yīng)范圍，通過(guò)統(tǒng)計(jì)沉積巖中這些指示種類(lèi)的相對(duì)豐度，可以重建過(guò)去相應(yīng)水體的古環(huán)境條件。同位素比率（如δ13C,δ1?O）的變化也可以反映古溫度和古生產(chǎn)力等信息。解析思路：此題考察對(duì)沉積物記錄信息的理解以及實(shí)例分析能力。首先要說(shuō)明沉積物能記錄哪些方面的古環(huán)境信息。然后選擇一個(gè)具體指標(biāo)（如化石或同位素），闡述其與特定古環(huán)境參數(shù)（如溫度、鹽度）之間的響應(yīng)關(guān)系和重建機(jī)制，要求解釋清晰。七、答案：OMZ的成因主要是海洋中層的缺氧環(huán)境，通常由以下因素共同作用形成：充足的有機(jī)物輸入（如來(lái)自表層生產(chǎn)的有機(jī)物沉降或陸源物質(zhì)輸入）；強(qiáng)烈的層化（由溫度和鹽度差異引起），阻止氧氣從表層向下擴(kuò)散；以及微生物（主要是好氧異養(yǎng)細(xì)菌）對(duì)有機(jī)物的分解消耗。在當(dāng)前氣候變化背景下，海洋變暖加劇了垂直層化，導(dǎo)致氧MinimumZone擴(kuò)張和加深，意味著更多海域處于缺氧狀態(tài)。這可能導(dǎo)致：底層魚(yú)類(lèi)和底棲生物的棲息地喪失或分布范圍縮小，生物多樣性下降；缺氧過(guò)程可能釋放溶解在沉積物中的甲烷等溫室氣體，加劇全球變暖；影響海洋碳泵效率，因?yàn)槿毖蹩赡芨淖冇袡C(jī)碳的分解路徑和速率。解析思路：此題考察對(duì)OMZ成因和影響的理解。需清晰解釋OMZ形成的物理（層化）和生物地球化學(xué)（有機(jī)物分解耗氧）條件。然后分析氣候變化（變暖、層化加?。┤绾螌?dǎo)致OMZ擴(kuò)張加深，并闡述其可能引發(fā)的生態(tài)、溫室氣體和碳循環(huán)方面的連鎖效應(yīng)。八、答案：導(dǎo)致珊瑚礁白化現(xiàn)象的主要生理機(jī)制是：當(dāng)海水溫度異常升高超過(guò)珊瑚共生藻（zooxanthellae）的耐受閾值時(shí)，會(huì)引起珊瑚共生藻與珊瑚宿主之間的生理失衡。具體表現(xiàn)為共生藻產(chǎn)生氧化應(yīng)激，損傷其光合作用器官（葉綠體），并可能從宿主組織中大量遷移甚至死亡。共生藻是珊瑚獲取大部分能量和營(yíng)養(yǎng)素的主要來(lái)源，其大量損失導(dǎo)致珊瑚宿主能量虧缺，無(wú)法維持正常的生理功能，尤其是骨骼鈣化作用受到抑制。最終，珊瑚失去其主要的顏色來(lái)源（來(lái)自共生藻），呈現(xiàn)出白色的骨骼，即白化狀態(tài)。當(dāng)前主要的珊瑚礁保護(hù)或恢復(fù)策略包括：建立海洋保護(hù)區(qū)（MPAs）減少局部人類(lèi)干擾（如過(guò)度捕撈、污染、破壞）；珊瑚苗圃培育和移植；珊瑚再生技術(shù)（如微碎片化、輔助進(jìn)化）；珊瑚礁修復(fù)結(jié)構(gòu)（如人工魚(yú)礁）；以及應(yīng)對(duì)氣候變化根源的措施（減少溫室氣體排放）。這些策略各有局限性，如保護(hù)區(qū)效果受限于Enforcement，移植成活率難保證，技術(shù)方法成本高、大規(guī)模應(yīng)用挑戰(zhàn)大，應(yīng)對(duì)氣候變化則需要全球合作且效果顯現(xiàn)緩慢。解析思路：此題要求解釋珊瑚白化的核心生理機(jī)制，并列舉主要保護(hù)恢復(fù)策略及其優(yōu)缺點(diǎn)。首先要深入解釋白化過(guò)程中的關(guān)鍵生物（共生藻）作用及高溫脅迫的生理反應(yīng)鏈。然后列出幾種主流策略，并簡(jiǎn)要分析每種策略的作用機(jī)制及其面臨的實(shí)際挑戰(zhàn)或局限性。九、答案：風(fēng)生混合的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制是風(fēng)應(yīng)力作用于海面，通過(guò)剪切應(yīng)力直接混合表層水體，并通過(guò)產(chǎn)生波浪和剪切梯度驅(qū)動(dòng)近表層水體運(yùn)動(dòng)，引發(fā)混合。風(fēng)生混合主要影響海洋混合層，其強(qiáng)度受風(fēng)力、水深、表面風(fēng)應(yīng)力拖曳系數(shù)等因素影響。內(nèi)波混合是由海洋中層的密度界面受到擾動(dòng)（如潮汐力、風(fēng)應(yīng)力、海底地形等）而波動(dòng)所引發(fā)的混合。內(nèi)波向上發(fā)展破裂時(shí)，可以將底層較冷、較咸的水體卷混到上層，向下發(fā)展破裂則混合深層水。內(nèi)波混合主要發(fā)生在溫躍層、鹽躍層等密度界面附近，對(duì)維持躍層結(jié)構(gòu)和促進(jìn)深層與表層的水體交換至關(guān)重要。人類(lèi)活動(dòng)（如大型航運(yùn)）可能通過(guò)以下方式影響混合：船舶螺旋槳和推進(jìn)器的攪拌作用可以直接在局部區(qū)域產(chǎn)生混合；大型船舶的快速航行可能產(chǎn)生船行波，加劇近表層混合；改變局地海流結(jié)構(gòu)也可能間接影響內(nèi)波的生成和傳播，從而影響內(nèi)波混合。解析思路：此題要求區(qū)分并解釋兩種主要的混合機(jī)制，并說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)的影響。需清晰定義并闡述風(fēng)生混合和內(nèi)波混合的驅(qū)動(dòng)力、作用過(guò)程和主要影響區(qū)域。然后分析大型航運(yùn)等活動(dòng)可能對(duì)這兩種混合產(chǎn)生的具體影響方式。十、答案：海洋碳循環(huán)在調(diào)節(jié)大氣CO2濃度方面起著關(guān)鍵的緩沖作用。主要通過(guò)以下過(guò)程：海洋吸收大氣中約25-30%的人為CO2排放，通過(guò)物理過(guò)程（氣體交換）和生物過(guò)程（光合作用固定）將碳移入海洋；海洋生物通過(guò)光合作用將大氣CO2轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并通過(guò)生物泵將碳輸送到深?；虺练e物中，實(shí)現(xiàn)碳的長(zhǎng)期儲(chǔ)存；海洋中的溶解有機(jī)碳（DOC）和顆粒有機(jī)碳（POC）也可以在深海被長(zhǎng)期埋藏。當(dāng)前人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海洋碳匯能力的主要威脅包括：海洋變暖導(dǎo)致氣體交換可能減弱（因CO2溶解度下降、表層密度降低抑制對(duì)流）；海洋酸化影響浮游植物生長(zhǎng)、生物泵效率以及鈣化生物的存活，可能降低碳向深海的輸出；海洋層化加劇可能減少表層與深層的水體交換，影響碳的垂直輸送和埋藏；陸源污染物（如營(yíng)養(yǎng)鹽過(guò)量）可能引發(fā)有害藻華，改變碳循環(huán)路徑；氣候變化可能改變區(qū)域環(huán)流模式，影響碳的分布和通量。從科學(xué)角度看，增強(qiáng)海洋碳吸收能力的潛在技術(shù)或方法包括：通過(guò)生物工程手段提高浮游植物的碳固定效率或使其產(chǎn)生更易于沉降的顆粒；利用海洋工程（如人工浮島、大型藻類(lèi)養(yǎng)殖場(chǎng)）促進(jìn)生物