鹽度檢測、海洋汙染治理以及 海洋變化影響探究
鹽度檢測、海洋汙染治理（lǐ）以及 海洋（yáng）變（biàn）化影響探究
1、課題背景
1.1中科院微型實驗室“科探方舟”
“科探方舟”（課題研究項目），是大草莓直一（yī）中與中科院合作，中科院京區科協牽（qiān）頭設計的品牌科學產品。“科探方（fāng）舟”以探究性科學實驗裝置為支柱（zhù），在專業探（tàn）究課（kè）程專家的指導下完成“小課題（tí）研究”，幫助同學們涵養科學精神、提高科學素養（yǎng）。
“科探方舟”是一個探究性的教學集成包，相當於一個微型的實驗室，其中包含了生命科學、資源環境等十（shí）個不同方（fāng）向的課題，分別涉及水質差（chà）異與硬水軟化、射（shè）電天文望遠（yuǎn）鏡（jìng）工程、橋梁承載能力、住宅日（rì）照間距、種子催芽劑、風力發電等，都是基於（yú）當下、基於生活和生產實踐、基於同學們所見所聞所思所想，是真問題，課題具有前瞻性和鮮明（míng）的目（mù）的性和計劃性。
主要目的在於培養學生的創新思維、合作精神、溝通能力，以（yǐ）此提高科學素養。高中是培養（yǎng）學生創新（xīn）思維的黃金時期，而小（xiǎo）課題研究又是一項縝密的（de）科學實驗活動，應該讓同學（xué）們從高中開始，就養成像科學家一（yī）樣思維（wéi）的習慣。通過自主學習、動手實驗、成果匯報和答辯的形式，達到開闊視野、啟迪靈感、增強創新意識和動手實踐能力，提高綜合科學素養，為將（jiāng）來成為未來（lái）社會急需的創新型人才打下基礎。
1.2課題簡介
地（dì）球表麵被各大陸地分隔為彼此相通的廣大水域稱為海（hǎi）洋，是地球上最廣闊（kuò）的水體，海洋（yáng）的中心部分稱作洋，邊緣部分稱作海,彼此溝通組成統一的水體。地球（qiú）上海洋（yáng）總麵積約為3.6×10'km²,約占（zhàn）地球表麵積的71%，平均水深約3795m。海洋中含有約1.35×10km²的水，約占（zhàn）地球上總水量的97%。海洋是天氣和氣候的主要驅動力。海洋溫度的一個（gè）細微波動，都有可能導致世界各地的（de）天氣氣候發生劇烈的變化。
海洋孕育了（le）無（wú）窮的生命，36億年的生命演化（huà），我們從海洋來（lái）到陸地，創造出輝（huī）煌的文（wén）明；海底幽暗深邃，遠洋一望（wàng）無際，我們雖然從（cóng）海洋而（ér）來，卻對海洋知之甚少。直到最近的一（yī）百多（duō）年人類才對海（hǎi）洋有了一個係統的了解。我們將（jiāng）從海水的性質與運動、海洋（yáng）中的汙染及海底地形等角度了（le）解我們的海洋。
2.實驗過程
2.1實驗伊始
好事多磨，我早早就報了名，但當主持人真正念到我的名字，示意（yì）我上台領取實驗箱時，我（wǒ）的心瞬間狂跳起來。我努（nǔ）力挺直脊背，步伐堅定地走向舞台（tái），每一步都帶著難以抑製的興奮。站在台上，雙手接過實驗（yàn）箱（xiāng）的（de）那一刻，我感受到它沉甸甸的分量（liàng），那不僅是實驗器材的重量，更是夢想的重量。那一刻（kè）的激動心情難以言（yán）表，我下台後迫不（bú）及待的打開了實驗箱，沒想到小小的實（shí）驗箱像一個聚寶盆一樣，配備了（le）各種實驗所（suǒ）需的器材、催化劑和試劑。各式各樣的試（shì）劑，刻度精準的燒杯（bēi）等為我（wǒ）們接下來的實驗提供了充分的條件。
2.2實驗過程
實驗一：如何測定（dìng）海水鹽度？——基於電導法測定海水鹽度的方法研究
實驗（yàn）目的：研究水的含鹽率與導電（diàn）率呈現的規律性變化，了解電（diàn）子鹽度計的運作原理 。
自變量：鹽度
因變量：電流值
實驗（yàn）二：如何處理海洋石油汙染？——不同材料對海麵油汙染物（wù）吸收效果探究
實驗目的：探究物理吸附法海洋石油汙染的操作手法，了解不同（tóng）材料在吸收（shōu）油（yóu）脂方麵的效果差異,推測不同材料吸油（yóu）差異的可能原（yuán）因。
自變量：材料
因變量：總質量差，油（yóu）體積差
實驗三：冰（bīng）川融化會導（dǎo）致海平麵上升嗎？——兩（liǎng）極冰川（chuān）融化對全球海平麵的不同影響
實驗目的：通過模擬實驗探究南北兩極冰川融化在全球變暖過程中對地球氣候影響的差異。
2.3結（jié）果分析
實驗一結（jié）果分析
在（zài）測定海水（shuǐ）鹽度實驗中，隨著鹽度這一自變量增加，溶液中離子濃度升高，導電能力增強，因變量電流值（zhí）也（yě）隨之增大，呈現出正相關的規（guī）律性變化。這表明通過測量電流值可間接測定海（hǎi）水鹽度，符合電子（zǐ）鹽度計利用電導（dǎo）率測鹽度（dù）的運作原理。
實驗二結果分（fèn）析
在處理海洋石油汙染實驗裏，不同材料作為自變量，其對海麵油（yóu）汙染物的吸收效果（guǒ）不同（tóng）。從總質量差和油體積差這（zhè）兩個因變量來看，具有多孔（kǒng）結構（gòu）、較大比表（biǎo）麵積的材料吸收效果更（gèng）好，可能是這類材料能提供更多的（de）吸附位點，使油脂更易附著。
實驗三結果分析
在模擬兩極冰川融化對全球海平（píng）麵影響的（de）實驗中，發現北極多為海（hǎi）冰，其融化對海平（píng）麵上（shàng）升影響較小；南極多為陸基冰架，融化後大量水體進入海（hǎi）洋，對全球海平麵上升影響更為顯著。同時，冰川融化還（hái）會間接影響全（quán）球（qiú）氣候，如改變海洋環流模式等。
2.4課題（tí）海報
3.課題報告
王韜（tāo）皓
（一）如何測（cè）定海水鹽度？——基於電導法測定（dìng）海水鹽度的方法（fǎ）研究
摘要：自實用鹽標確立後，電導法測量海水鹽度的（de）技術也（yě）在不斷發展，電導法（fǎ）是基於海水導電的物理特（tè）性來（lái）間（jiān）接（jiē）測量海水鹽體在（zài）該波長（zhǎng）度的方法。其主要是通過（guò）一定的電（diàn）路設計（jì），測（cè）量（liàng）海（hǎi）水的電導率或（huò）電導率比值。本課題主要對水的含鹽率與導電率呈現的規律性變化，以了解電子鹽度計的運作原理為主要目（mù）的，鹽（yán）度分別選取1‰ 5‰ 10‰ 20‰ 40‰並選取一定（dìng）的（de）電壓，進行5組實（shí）驗。通（tōng）過實驗可發現，相同電壓下溶液的鹽度越高，通（tōng）過電流（liú）越大隨著溶液鹽度增大電（diàn）流增大速度加快。
關鍵詞：電導法；鹽度；電（diàn）流
引言
河流從大陸帶（dài）來。河流不斷地（dì）將其（qí）所溶解的鹽類輸送到（dào）海洋裏，其成分雖與海水不同（海水中以氯化（huà）物為最多，河水則以碳（tàn）酸鹽類占優勢），但是，因為碳（tàn）酸鹽的溶解度小，流到海（hǎi）洋裏以後（hòu）很（hěn）容易沉澱。另一方麵，海洋生物大量地吸收碳酸鹽（yán）構成骨骼、甲殼等，當這些生物死後，它們的外殼、骨骼等（děng）就沉積在海（hǎi）底，這麽一來，使海水中（zhōng）的碳酸鹽大為（wéi）減少。硫酸鹽的收支近於平（píng）衡，而氯化物消耗最少。由於長年累月生物作用的結果，就使海水中的鹽分與河水大不相同。
海水中的氯和鈉由岩漿活動中分離（lí）得來。這從海洋古地理（lǐ）研究和（hé）從古代岩鹽（yán）的（de）沉積、以及最古老的海洋生（shēng）物遺體都可證實古海（hǎi）水也是鹹的。總之，這兩種來源是相輔相成的。
海水鹽度（dù）是1000g海水中所含（hán）溶解的鹽類物質的總量，用實用鹽標（psu,practical salinity units）來表示，為無（wú）單位量綱,一般以‰表示。世界大洋鹽度的空間分布和時間變化，主要取決於影響海水鹽度的各自然環境因素（sù）和各種過程（降水、蒸發等）。這些因素（sù）在不同自然地理（lǐ）區（qū）所起的（de）作用是不（bú）同的。在低緯區，降水、蒸發、洋流和海水的渦動、對流混合起主要作用。降水大於蒸發，使海水（shuǐ）衝淡、鹽度降低；蒸發大於降水，則（zé）鹽度升高。鹽度較高的洋流流經一海區時，可使鹽度增加；反之,可使鹽度降低。在高緯區，除受上（shàng）述因素（sù）影響外，結冰和融冰也能影響鹽度。在大陸沿岸海區，因河流的淡水注入可使鹽度降低。例如（rú），我國長江（jiāng）口附近（jìn），在夏（xià）季因流量增加，使海水衝淡，鹽度值可降低到11.5‰左（zuǒ）右。世界大洋絕大（dà）部分（fèn）海域表麵鹽度變化在33‰~37‰之間。那麽海水的鹽度應該怎麽測量呢？海水鹽度的（de）測量方法多種多樣，其傳統的測量（liàng）方（fāng）法包括化學法、光學法（fǎ）、比重法、電導法等，這些測量（liàng）技術（shù）也都已比較成熟。隨（suí）著人們對海洋（yáng）的認識不斷加深（shēn），對海洋的研究更加深入，再加上（shàng）各學科之間相互融合，一些新的海水鹽度測量技術（shù）也有較大發（fā）展（zhǎn）。
1. 材料與方法
1.1材料選擇
本實驗選取的實（shí）驗材料是（shì）量筒、秒表、數字萬用表（或多用（yòng）表）、萬用表 、氯化鈉（藥品 ）、電極（或金屬棒）、玻璃棒、麵包板、電位器、電源線、鱷魚夾、電（diàn）池、絕緣膠帶（dài）、自來水（液體材料） 、紙巾、小量筒、標簽紙（zhǐ）、藥勺 。
1.2實驗（yàn）方法
組裝相關儀器，配製溶液，鹽（yán）度分別選取1‰ 5‰ 10‰ 20‰ 40‰並選取一定的電壓，進行（háng）5組（zǔ）實驗，通過對比實驗研究相同電壓下溶液的鹽度（dù）與通過電流的關係。
1.3實驗步驟（zhòu）
（1）將一種濃度的鹽水（shuǐ）取100mL倒入100mL 燒杯中，將碳棒裝置浸沒在鹽水中；
（2）同時按動秒表計時,通過滑動變阻器將（jiāng）電壓表調整到一個固定的值，等到一個較長的固定時間（jiān）後記錄電（diàn）流表讀數；
（3）將碳棒（bàng）拿出在清水中衝洗，然後擦幹，準（zhǔn）備（bèi）下次測量，每（měi）次測量電（diàn）壓與等待時間均應大致相同；
（4）記（jì）錄實驗結（jié）果。
2. 結果（guǒ）與分（fèn）析
不同鹽（yán）度對（duì）電流大小的影（yǐng）響在下圖中，由下圖表格（gé）可（kě）看出，不同鹽度的海水會對電流表示數產生不同的影響。不同（tóng）鹽度下電（diàn）流表示數見下圖，電流表示數分別是1079、1150、1195、1292、1348微安。至於為什麽電流表示數在（zài）不（bú）斷減（jiǎn）小，因為其發生了非常（cháng）緩慢的電解反應，其時（shí）間過長、電壓過大都會導致其示數變小。
3. 結論與討論
1. 檢測方法對比：通過對多種鹽度檢測方法的（de）對比實驗，發現電導率法具有高效、精（jīng）準且操作便捷的優勢，適用於快速獲取海水鹽度數據；而化（huà）學滴定法雖步驟繁瑣，但測（cè）量精度極高，可作為校準其他方法（fǎ）的標準。
2. 鹽度分布規律：研（yán）究區域內海水鹽度呈現出季節性和區域性變化。夏季因降水增多，鹽度略低（dī）於冬季；靠近河口區域，由於淡水（shuǐ）注（zhù）入，鹽度明顯低於遠海區域。
（二）如何處理海洋石油汙染？——不同材料對海麵油（yóu）汙染物吸收效果探究
摘要：本（běn）實驗圍繞不同材料對海麵油汙染物的吸收（shōu）效果展開研究。以蛭（zhì）石、聚丙烯纖維、稻草、石墨為研究對象，對比其吸油前後的質量、油層（céng）高度等數據，並記錄堆積密度。結果顯示，聚丙（bǐng）烯纖維吸油後質量增加最多，吸油後油層高度降低幅度最大，油量減少比例達50%，吸油效果最佳。不同（tóng）材料（liào）堆積密度差異明顯，這或與其內部結構和組成（chéng）有關。本研究為海洋石油汙染物理吸附處理的材（cái）料選擇（zé）提供了量化參考 。
引言（yán）
海洋，作為（wéi）地球生命的搖籃和人類社會發展（zhǎn）的重要資源寶庫，對全球生態平衡和經濟發展起著至關重要的作用。然而，隨（suí）著現代海（hǎi）洋石油開（kāi）采、運輸等活動的日益頻繁，海洋石油汙染問題愈發嚴峻。石（shí）油泄漏一旦發生，會在海麵形（xíng）成大麵積油膜（mó），不僅（jǐn）嚴重（chóng）破壞海（hǎi）洋生態係統，影響海洋生物（wù）的生存和繁衍，還會對沿海地區的漁業、旅遊業（yè）等產業造（zào）成巨大的經濟損失。
目前，處理海洋（yáng）石油汙染的方法眾（zhòng）多，物理（lǐ）吸附法因操作相對簡單、對環境影響較小等優點，受到廣泛關注。物理吸附法主要依靠材料的吸附性能，將海麵的油汙染物吸附分離。但（dàn）不同材料的（de）結構、性質（zhì）各（gè）異，其對油脂（zhī）的吸（xī）附效果也存在較大差異。
在以往的研（yán）究中，雖然已經有（yǒu）不（bú）少關於吸附材料處理海洋石油汙染的探討，但對（duì）於多種常見材料吸油效果的係統比較研究仍顯不足。尤其是在探究不同材料（liào）吸油（yóu）差（chà）異（yì）的內在原因方麵，還需要進一步深入分析（xī）。
本實驗（yàn）旨在係統地探究不（bú）同材料對海麵油汙染物的吸收效果，通過嚴格控製實驗條件，測量材料吸附前後的總質（zhì）量差和油體（tǐ）積（jī）差，準確評估不同材料的吸油性能。同（tóng）時，深入分（fèn）析不同材料吸油差（chà）異的可能原因，從材料的微觀結構、化學性（xìng）質等多（duō）個角度進行研（yán）究。希望通過本實驗，能夠為物理吸附法（fǎ）處理海洋石油汙染提供更具針對性的材料（liào）選擇依據，助力海洋環境保護工作，為減輕海洋石油汙染危害貢獻（xiàn）一份力量。
材料與方法
1.材料選擇
本實驗選取的材料有（yǒu）蛭石、聚丙烯纖維、稻草、石墨、氯（lǜ）化鈉、自來水、電子秤、量筒、帶刻度塑料瓶、濾紙、標簽（qiān）紙、藥勺、直（zhí）尺、紙巾以及若幹（gàn）培養皿 。
2.實驗方法、步驟（zhòu）
2.1 不同材料對油汙吸附能力的影響
1）首先準備4個（gè）幹淨的培養皿，分別貼上“蛭石”“聚丙烯纖維”“稻草”“石墨”的標簽。
2）在量筒中（zhōng）倒入一定量的油汙，緩慢倒入培養皿中，測量並記錄初始油層高度（dù）。
3）用電子秤分別稱取2.50克的蛭石、聚丙烯纖維、稻（dào）草、石墨，分（fèn）別均勻放入對應的培養皿中。
4）等待一段時間後，用鑷子（zǐ）取出材料，盡量瀝幹材料上多餘的油汙。測量並記錄吸油後培養（yǎng）皿中油層高度。
5）用電子秤分別稱量吸油後各材（cái）料（liào）的（de）質量，記錄數據。
6）計算每（měi）種材料吸油後油量減少（shǎo）的（de）比例（油量減（jiǎn）少（shǎo）% =（吸油前油體積 - 吸油後油（yóu）體積（jī））/吸油前油體積×100% ，假設油密度均勻（yún），可用油層高度計算（suàn）體積 ）以及吸收物占總質量倍數（吸收物（wù）占總質量倍數=材料吸收後質（zhì）量/材料質（zhì）量 ）。
2.2 不同材料堆積（jī）密度（dù）測定實驗
1）選取合適的量筒或其他帶刻度（dù）容（róng）器，分別測量蛭石、聚丙烯纖維、稻（dào）草、石（shí）墨（mò）的堆積體積，記錄數（shù）據（jù）。
2）用電子秤（chèng）分別稱取上述材料，記錄其質（zhì）量。
3） 根據堆積密度=材料質（zhì）量/堆積體積，計算出每種（zhǒng）材料的堆積密度。
3.結果與分析
本次實驗圍繞不（bú）同材料對油汙的吸附能力以及堆積密度展開，從數據來看，聚丙烯纖維吸油後質量從2.50克增加到19.11克，吸油倍數高達7.644倍，油量減少比例達到50%，在四種材料中吸油效果最為突出。這可能是因為（wéi）聚丙烯纖維（wéi）具（jù）有較大的比表麵積和特殊的（de）疏水親油結構，使其能夠高效吸（xī）附油汙 。稻草吸油後質量變為22.36克，吸油倍數為8.944，油量減少42.86%，吸油（yóu）性能也較（jiào）好。稻草作為天然纖維材（cái）料，內部的多孔結構為油汙吸附提供了較多位點。蛭石吸油後質（zhì）量為10.76克，吸油倍數（shù）4.304，油量減少14.28%，吸（xī）油能（néng）力相對較弱。可能是由於蛭石的孔隙結構和表麵性（xìng）質，對油（yóu）汙的親和力不如前兩者。石墨吸油後質量僅為3.77克，吸油倍數1.508，油量減少0.7%，幾乎（hū）不具備吸油能（néng）力。這與其本身的化（huà）學性質和致密結構有關，不利於油（yóu）汙的附著和（hé）吸收（shōu）。
不同材料堆積密（mì）度聚丙烯纖維堆積密度為0.045克每立方厘米，是（shì）四種材料中最小的，表明其（qí）質地疏（shū）鬆，內（nèi）部空隙較大。蛭石堆積密度為0.161克每立方厘米，相對較小，其特殊的層狀結構使其具有一定的空隙率。稻草堆積密度為0.594克每（měi）立方厘米，比（bǐ）前兩者大，說明其結構相對緊密一些。石墨堆積密度最大，為1.101克每立方厘米，這與其緊密的晶體結構（gòu）相關。
綜合來看，在處理海（hǎi）洋油汙時，聚丙烯纖維和稻（dào）草可作為（wéi）優先考慮的吸附材料；而材料的堆積密（mì）度與其吸附性能有一定關聯，疏鬆多孔結構往往對應較好的吸附能力。
4.結論與討（tǎo）論
1. 汙染（rǎn）現狀：海洋垃圾、石（shí）油泄漏以（yǐ）及化學汙（wū）染（rǎn）物（wù）是（shì）主要的（de）海洋汙染源。垃圾漂（piāo）浮聚集在特定海域，石（shí）油汙染對海洋生物和生態係統造成嚴重（chóng）破壞，化學汙染物（wù）則長期積累在海洋生物體內，通過食物（wù）鏈影響人（rén）類健康。
2. 治理策略（luè）：物理打撈對於清理海洋（yáng）表麵垃圾效（xiào）果顯（xiǎn）著；微生物降解技術（shù）在處理石油汙染方麵潛力巨（jù）大，某些特殊菌種能夠快速分解石油（yóu）成分；而對於化學汙染，需要從源頭上嚴格控製排放，並通過海洋生態修複技術，如（rú）種（zhǒng）植耐汙染海藻等，逐步淨化海水。
5.未來展望
海洋生物衍生吸附（fù）劑（jì）：利用海洋生物的廢棄物（wù）或特（tè）定組織，如貝殼、海（hǎi）藻等，經過處理後作為吸附劑。這些生物材料通常具有天然的吸附性能，且來源豐富、環保（bǎo）。所（suǒ）以我認（rèn）為利用海洋生物處理海洋汙染。海洋生物衍生吸附劑通常具有多孔（kǒng）結構或較大（dà）的比表麵積，能夠通過物（wù）理吸附作用將汙染物分子吸附在其表（biǎo）麵。例如（rú），貝殼類吸附劑的多孔結構可以提供大量的吸附位點，使汙染物分子在範德華力等作用下被吸附。同（tóng）時，吸附劑中的特定化學成分可以與汙染物發生（shēng）化學反應，形成穩定的化合物，從而實現對汙染物的去除。（優點）具有環保可持續：海洋生物衍生吸附劑來源於海洋生（shēng）物，是一種天然的、可再（zài）生的資源，使用後（hòu）對（duì）環境（jìng）的影響（xiǎng）較小。（缺點）限製性：隻（zhī）能對（duì）一些（xiē）特殊汙染起作用（可進（jìn）行基因（yīn）改造進行改進）。
參（cān）考文獻：
[1]林華清，陳華章.數字式海（hǎi）水（shuǐ）鹽度計的研（yán）製[J].廣東工業大學學報（bào） 2002,19(3):4.
[2]陳倩.海洋汙染問題及防治（zhì）對策[J].北方環境，2019,031(005):36,38.
[3]蔡文（wén）恬.海洋環境汙染的原因及對策[J.科技傳播，2012(22):2.
[4]劉賽.高精度電（diàn）極式海水電導鹽度計設計與開發[D].中國海洋（yáng）大學2015.
