鹽度檢測、海洋汙染治理（lǐ）以及 海洋變化影（yǐng）響探（tàn）究
鹽度檢測（cè）、海洋汙染治理以及 海洋變化影（yǐng）響（xiǎng）探究
1、課題背景
1.1中科院微型實（shí）驗室“科探方舟”
“科（kē）探方舟”（課（kè）題研究項目），是徐州一中與中科院（yuàn）合作，中科院京區科協牽頭設計的品牌科學產品。“科探方舟”以（yǐ）探究性科學實驗裝置為支柱，在專業探究課程專家的指導下完成“小課題研究”，幫助同學們涵養科學精神、提高科學素養。
“科（kē）探方（fāng）舟”是一個探究性的教學集成（chéng）包，相當於一個微型的（de）實驗室，其中（zhōng）包含了生命科學、資源環境等十個不同方向的課題，分別涉及水質差異（yì）與硬水軟化（huà）、射電天文望遠（yuǎn）鏡（jìng）工程、橋梁（liáng）承載（zǎi）能力、住宅（zhái）日（rì）照間距、種子催芽劑、風力發電等，都是（shì）基（jī）於當下、基於生活和生產實踐、基於同學們（men）所見所聞（wén）所思所想，是真問題，課題具有前瞻（zhān）性和鮮明的目的性和（hé）計劃性。
主要目的在於培（péi）養學生的創（chuàng）新（xīn）思（sī）維、合作精（jīng）神、溝通能力，以此提高科學素養。高中是培養學（xué）生創新（xīn）思維的黃金時期，而小課題研究又是一項縝密的科（kē）學實驗活動，應該讓同學們從高中開（kāi）始，就養成像科學家一樣思維的習慣。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（zōng）合科學（xué）素養，為將來成為未來社會急需的（de）創新型人才打（dǎ）下（xià）基礎。
1.2課題簡介
地球表麵被各大陸地分隔（gé）為彼此相通的（de）廣大水域稱為海（hǎi）洋，是地球上（shàng）最廣闊的水體，海洋的中心部分稱作洋，邊緣部分稱作海,彼此溝通組成（chéng）統一的水體。地（dì）球上海洋總（zǒng）麵積約為3.6×10'km²,約占地球表麵積的71%，平均水深約3795m。海（hǎi）洋中含有約1.35×10km²的水，約（yuē）占地球（qiú）上總水量的97%。海（hǎi）洋是天氣和（hé）氣候的主要驅動力。海洋溫度的一個細微波動（dòng），都有可能導致世界各地的天氣氣（qì）候發生劇烈的變化。
海洋孕育（yù）了無窮的生命，36億年的生命演化（huà），我（wǒ）們從海洋來到陸地，創造出輝煌的文明；海底幽暗深邃（suì），遠洋一望（wàng）無際，91成人版雖然從海洋而來，卻對海洋知之甚少。直到最近的一百多年人類（lèi）才對海洋有了一個係（xì）統的了解。我（wǒ）們將從海水的性（xìng）質與運動、海洋中的汙染及海底地形（xíng）等角度了解（jiě）91成人版的海洋。
2.實驗過程
2.1實（shí）驗伊始
好（hǎo）事多磨，我早早（zǎo）就報了（le）名，但當主持人真正念到我的名字，示意我上（shàng）台領取實（shí）驗箱（xiāng）時，我的心瞬間狂跳起來。我努力（lì）挺直脊背（bèi），步伐堅定地走向舞台，每一（yī）步（bù）都帶著難以（yǐ）抑（yì）製的（de）興奮。站在台上，雙手接過實驗箱的那一刻，我感受到（dào）它沉甸甸的分量，那不僅是實驗器材的重量，更是夢想的重量。那一刻的激動心情（qíng）難以言（yán）表，我下台（tái）後迫不及待的（de）打開了實驗箱，沒想（xiǎng）到（dào）小小的實驗箱像一個聚寶（bǎo）盆（pén）一樣，配備了各種實驗所需的器材、催化劑和試劑。各式各樣的試劑，刻度精準的燒杯等為91成人版接下來的實驗提供了（le）充分的條件。
2.2實驗過程（chéng）
實驗一：如何測定海水鹽度？——基於電導法（fǎ）測定海水鹽度的方法（fǎ）研究
實驗目的：研究（jiū）水的含鹽率與導電率呈現的規律性變化，了解電子鹽（yán）度計的運作原（yuán）理 。
自變量：鹽度
因變量：電（diàn）流值
實驗（yàn）二：如何處理海洋石油汙染？——不同材料對海麵（miàn）油汙染物吸收效果探究
實驗目的：探究物理吸附法海洋石油汙染的操（cāo）作手法，了解不同材料在吸收油脂方麵（miàn）的效果差（chà）異,推測不同材料吸油差異（yì）的可能原（yuán）因。
自變量：材料
因變量：總質量差，油體積差
實驗三（sān）：冰川融化（huà）會導致海平麵（miàn）上升嗎？——兩極冰（bīng）川融化對（duì）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（guò）程中對地球氣候影響的差異（yì）。
2.3結果分析
實驗一結果分析（xī）
在測（cè）定海水鹽度實驗中，隨著鹽度這一自變量（liàng）增加，溶液中離子濃（nóng）度升高，導電能力增強（qiáng），因變量電流值也隨之增大，呈現出正（zhèng）相關的（de）規律性變（biàn）化。這（zhè）表明通過測量電流值可（kě）間接測定海水鹽度，符合電子鹽度計利用電導率測鹽度的運作原理。
實驗二結果分析
在處理海洋石油汙染實驗裏，不同（tóng）材料作為自變量，其對（duì）海麵油汙染物的吸收效果不同。從（cóng）總質量差和油體積（jī）差（chà）這（zhè）兩個因變量來看，具（jù）有多孔結構、較大比表麵（miàn）積的材料吸收效（xiào）果更好，可能是這類材料能提供更多的吸（xī）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（yǐng）響的實驗中，發現北極多為海冰，其融化對（duì）海平麵上升影（yǐng）響較小；南極多為陸基（jī）冰架（jià），融化後大量水體進入海洋，對全球海平麵上升影響更為顯著。同（tóng）時，冰川融化還會間接影響（xiǎng）全（quán）球氣（qì）候，如（rú）改變海（hǎi）洋環流模式等。
2.4課題海報
3.課題報（bào）告
王韜皓
（一（yī））如何測定海水鹽度？——基於電導法測定海水鹽度的方法研究
摘要：自實用鹽（yán）標確立後，電導法測量海水鹽度的技術也在不斷發（fā）展，電導法是（shì）基於海水導電的物理特性來間接測量海水鹽體在該波長度的方法。其主要是通過一定的電路設計，測量海水的電導率或電導率比值。本課題主要對水的含鹽率（lǜ）與導電率呈現（xiàn）的規律性變化，以了解電子鹽（yán）度計的運作原理為（wéi）主要目的（de），鹽度分別（bié）選取1‰ 5‰ 10‰ 20‰ 40‰並選取一定的電壓，進行5組實驗。通過實驗可發現，相（xiàng）同電壓（yā）下溶液的（de）鹽度越高，通過電流越大隨著溶液鹽度增大電流增（zēng）大速度加快。
關鍵詞：電導法；鹽度；電流（liú）
引（yǐn）言
河（hé）流從大陸帶來。河流不斷地（dì）將其所（suǒ）溶解的鹽類輸送到海洋裏，其成分（fèn）雖與海水不同（海水中（zhōng）以氯（lǜ）化物為最多，河水則以碳酸鹽類占優勢），但是，因為碳酸鹽的溶解度小，流到海洋裏以後很（hěn）容易沉（chén）澱。另一方麵，海洋生物大量地吸收碳酸鹽構成骨（gǔ）骼、甲殼等，當這些生物死後，它們的外殼、骨（gǔ）骼等就沉積在海底，這（zhè）麽一來，使海水中的碳酸鹽大為減少。硫（liú）酸鹽的收支近（jìn）於平衡，而氯化物消（xiāo）耗最少。由於長年累（lèi）月生物（wù）作用的結果，就使海水中的鹽分與（yǔ）河水大不相同。
海水（shuǐ）中的氯和鈉由岩漿活（huó）動中分離得來。這（zhè）從海洋（yáng）古地理研究和從古代岩鹽的沉積、以及最古（gǔ）老的海洋生物遺體都可證實古海水也是鹹的。總之，這兩種來源是（shì）相（xiàng）輔（fǔ）相成的。
海水鹽度是1000g海水中所含溶（róng）解（jiě）的鹽類物質的總量，用實用鹽標（psu,practical salinity units）來表示，為無單位量綱（gāng）,一般以‰表示。世（shì）界大洋鹽度的空間分布和時（shí）間變化，主要（yào）取決於影（yǐng）響海水鹽度的各自然環境因素和各種過程（降水（shuǐ）、蒸（zhēng）發等）。這些因素在不同自然地理區所起（qǐ）的（de）作用是不同的。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（shǐ）海水衝淡、鹽度降低；蒸發大於降水，則鹽度升高。鹽度較高的洋流流經一（yī）海區時，可使鹽度增加；反之（zhī）,可使鹽度降低。在（zài）高緯區，除受上述因素影響外，結冰和融冰也能影響鹽度。在（zài）大（dà）陸沿岸海區，因河流的（de）淡水注入可使鹽度降低。例如，我國長江（jiāng）口附近，在夏（xià）季因（yīn）流量增加，使海水衝淡，鹽度值可降低到（dào）11.5‰左右。世界（jiè）大洋絕大部分海域表麵（miàn）鹽度變（biàn）化在33‰~37‰之間。那麽海（hǎi）水的鹽（yán）度應該怎麽測量呢？海水鹽度的測量方法多種多（duō）樣，其（qí）傳統的測量方（fāng）法（fǎ）包（bāo）括化學法、光學法（fǎ）、比重法、電導法等，這些測量技術也都已比較成熟。隨著人們對海洋的認識不斷加深，對海洋的研究更（gèng）加深入，再加上各學（xué）科之（zhī）間相互融合，一些新的海水鹽度測量技術也有較（jiào）大發展。
1. 材料與方法
1.1材料選擇
本實驗選取的實驗材（cái）料是量筒、秒表、數（shù）字（zì）萬用（yòng）表（或多用表）、萬用表 、氯化鈉（藥品 ）、電極（或（huò）金屬棒）、玻璃棒、麵包板、電位器、電源線、鱷魚夾、電池、絕緣膠帶、自來（lái）水（shuǐ）（液體材料） 、紙巾、小（xiǎo）量筒、標簽紙、藥勺 。
1.2實驗方法
組裝（zhuāng）相關儀器，配製溶液，鹽度分別（bié）選取1‰ 5‰ 10‰ 20‰ 40‰並選取一定的電壓，進行5組實驗，通過對比實驗研究相同電壓下溶液的鹽度與通過電流（liú）的關係。
1.3實驗步驟
（1）將一（yī）種濃度的鹽水取（qǔ）100mL倒入100mL 燒杯中，將碳棒裝置浸沒在鹽水中（zhōng）；
（2）同時（shí）按動秒表計時,通過滑動（dòng）變（biàn）阻器（qì）將電壓表調整到一個固（gù）定的值，等到一個較長的固定時間後記錄電流表讀數（shù）；
（3）將碳棒（bàng）拿（ná）出（chū）在清（qīng）水中衝洗，然後擦（cā）幹，準備（bèi）下（xià）次測量，每次測量（liàng）電壓與等待時（shí）間均（jun1）應（yīng）大致（zhì）相同；
（4）記錄實驗結果。
2. 結（jié）果與（yǔ）分析
不同鹽度對電流大小的（de）影響在下圖中，由下圖表格可看出，不同鹽（yán）度的海水（shuǐ）會對電流表（biǎo）示數產生不同的影響。不同鹽度下電流表示數見下（xià）圖，電流表（biǎo）示（shì）數（shù）分別（bié）是1079、1150、1195、1292、1348微安。至於為什麽電流表示數在不（bú）斷減小，因為其發生了非常緩慢的電解反應，其時間過長、電壓過大（dà）都會導致其（qí）示數變小（xiǎo）。
3. 結論與討論
1. 檢測方（fāng）法對比（bǐ）：通過對多種鹽度檢測方法的對比實驗，發現電導率法具有（yǒu）高效、精準且操作便捷的優勢（shì），適用於快速獲取海水鹽度數據；而（ér）化學（xué）滴定法雖（suī）步驟繁瑣，但測量精度極高，可作為校準其他方（fāng）法（fǎ）的標準。
2. 鹽度分布規律：研究區域內（nèi）海水鹽度呈現出（chū）季節性和區域性（xìng）變（biàn）化。夏季因降水增多，鹽度略低（dī）於冬季；靠近河口區域，由於淡水注入，鹽度明顯低於遠海區域。
（二）如何處理海洋石油汙染？——不同（tóng）材料對海麵油汙（wū）染（rǎn）物吸收效果探究
摘要：本實驗圍（wéi）繞不同材料對海麵油汙染物的吸收效（xiào）果展開研究。以蛭石、聚丙烯（xī）纖維、稻草、石墨為研究（jiū）對象，對比其吸油前後的質量、油層高度等數據，並記錄堆積密度。結果顯示，聚丙烯纖（xiān）維吸油後（hòu）質量增加最多，吸油後油層高度降（jiàng）低幅度最大，油量減少比例達50%，吸油效果最佳（jiā）。不同材料堆積密度差（chà）異明顯，這或與其（qí）內部結構和組成有關。本研究為海洋石油汙染物理吸附處理的材料選擇提供了量化參考 。
引言
海洋，作（zuò）為地球生命的搖（yáo）籃和（hé）人類社會發展的重（chóng）要資（zī）源寶庫，對全球生態平衡和經（jīng）濟發展起著至關重要的作用。然（rán）而，隨著現代海洋石油開采（cǎi）、運輸等活動的日益頻繁，海洋石油汙染（rǎn）問題愈發嚴峻。石油泄漏一旦發生，會在海麵形成大麵積油膜，不僅嚴重破壞海洋生態係統，影（yǐng）響海（hǎi）洋生物（wù）的生存和繁衍，還會對沿海地區的漁（yú）業、旅（lǚ）遊業（yè）等產業造成巨大（dà）的經濟損失。
目前，處理海洋石油汙染的方法眾多，物理吸附法因（yīn）操作相對（duì）簡單、對環境影響較小等優點，受到廣（guǎng）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。但不同材料的結構、性（xìng）質各異，其對油脂的吸附效果也存在較大差異（yì）。
在以往的研究（jiū）中，雖然已經有不少關於吸附材料處理海洋石油汙染的探討，但對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）吸油差異的內在原因方麵，還需要進一步深入分析。
本（běn）實驗旨在（zài）係統地探究不同材（cái）料對海麵（miàn）油汙染（rǎn）物的吸收效果（guǒ），通過嚴格控製實驗條件（jiàn），測量材料吸附前後的總質量差和油體積差，準確評估不同材料的吸油（yóu）性能（néng）。同時，深入分析不同材料（liào）吸油差異的可能原因，從材料的微觀結構（gòu）、化學性質等多個角度進行研究。希（xī）望通過本實驗，能夠為物（wù）理吸附法（fǎ）處（chù）理海洋石油汙染提供更具針對性的材料選擇依據，助力海洋（yáng）環境保護工作，為減輕海洋石油汙染危害貢獻一份（fèn）力量。
材料與（yǔ）方法
1.材料選（xuǎn）擇
本實驗選取的材料（liào）有（yǒu）蛭石、聚丙烯纖維、稻草、石墨、氯化鈉、自來水、電子秤、量筒、帶刻度塑料瓶（píng）、濾紙、標簽紙（zhǐ）、藥勺、直尺、紙巾以及若幹培養皿 。
2.實驗方法、步驟
2.1 不同材料對油汙吸附能力的影響
1）首先準備4個幹淨（jìng）的培養皿，分別貼上（shàng）“蛭石”“聚丙（bǐng）烯纖維（wéi）”“稻草”“石墨”的標簽。
2）在量筒中倒入一定量的油汙，緩慢倒入培養皿中，測量並記錄初始油層高度。
3）用電子秤（chèng）分別稱取2.50克的蛭石、聚丙烯纖維、稻草、石墨，分別均勻放入對應的培養皿中。
4）等待一段時間後，用鑷子取出材料，盡量瀝幹材料上（shàng）多餘的油汙。測量並記（jì）錄吸油後（hòu）培養皿中油層高度。
5）用電子秤分別（bié）稱量吸（xī）油後各材料的質（zhì）量，記錄數據。
6）計算每種材料吸油（yóu）後油量減（jiǎn）少的比例（油量減（jiǎn）少% =（吸油前油體積 - 吸油後油體積）/吸油前油體積×100% ，假設油密度均勻，可用油層高度計算體積 ）以及吸收物占總質量倍數（吸收物占總（zǒng）質量倍數=材料吸收後質量/材料質量 ）。
2.2 不同材料堆積密（mì）度測定實驗
1）選（xuǎn）取合適的量筒或其（qí）他帶刻度容器，分別測量蛭石（shí）、聚丙烯纖維（wéi）、稻草、石墨的堆積體積，記錄數據。
2）用電子秤分（fèn）別稱取上述材（cái）料，記錄（lù）其質量。
3） 根據堆積密度=材料（liào）質量/堆積（jī）體（tǐ）積，計算出每種材料的堆積（jī）密度。
3.結果與分析
本次實驗圍繞不同材料對油汙的吸附（fù）能力（lì）以及堆積密度展開，從數據來看，聚丙烯纖維（wéi）吸油後質量從2.50克增加到19.11克，吸（xī）油（yóu）倍數高達7.644倍（bèi），油量減少比（bǐ）例達（dá）到50%，在四種材料中吸油效果最為突出（chū）。這可能是因（yīn）為聚丙（bǐng）烯纖維具（jù）有較（jiào）大的比表麵積和特殊的（de）疏水親油結構，使其能（néng）夠高效吸附油汙 。稻草吸油（yóu）後（hòu）質量變為22.36克，吸油倍數為（wéi）8.944，油量減少42.86%，吸油性（xìng）能也較好。稻草作為天然纖維材料，內部的多孔結構為油汙吸（xī）附提供了較多位點。蛭（zhì）石吸油後質量（liàng）為10.76克（kè），吸油倍數4.304，油量減少14.28%，吸油能力相對較弱。可能是由於蛭石的（de）孔（kǒng）隙結構和表麵性質（zhì），對油汙的親和力不如前（qián）兩者。石墨吸（xī）油後質量僅為3.77克，吸油倍數1.508，油量減少0.7%，幾乎不具（jù）備吸（xī）油能力。這與其本（běn）身的化學（xué）性質和致密結構有關，不（bú）利於油汙的附著和吸收。
不同材料堆積密度聚丙烯纖維（wéi）堆積密（mì）度為0.045克每立方厘米，是四種材料中（zhōng）最小的，表明其質地疏鬆，內部空隙較大。蛭石（shí）堆積密（mì）度為（wéi）0.161克每立方厘（lí）米，相對較小，其（qí）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（lì）方厘米，比前兩者大，說明其結構相對緊密一些。石墨堆積密度最大，為1.101克每（měi）立方厘米（mǐ），這（zhè）與其緊密的晶體結構相關。
綜合（hé）來看，在處（chù）理海洋油汙時，聚丙烯纖維（wéi）和稻草可作為優先考慮的吸附材料；而材料的堆積密度與其吸附性能有一定關聯，疏鬆多孔結構往（wǎng）往對應較好的吸附能力。
4.結論與討論
1. 汙染現狀：海（hǎi）洋垃圾（jī）、石油泄漏以及化學汙染物是主要（yào）的海洋汙染源。垃圾漂浮聚集在特定海域，石油（yóu）汙染對海洋生物和（hé）生態係統造成嚴重破壞，化學汙染物則長期積累在海洋生物體內，通過食物鏈影響人類健康。
2. 治理策略：物理打撈對於清理海洋表麵垃圾效果顯著；微生物（wù）降解技術在處理石油汙染（rǎn）方麵潛力巨大（dà），某些特殊菌種（zhǒng）能夠快速分解石油成分；而對於化學汙染，需（xū）要從源頭上嚴格控製排放，並（bìng）通（tōng）過海洋生態修複技術，如種植耐汙染（rǎn）海藻等（děng），逐（zhú）步淨化海水（shuǐ）。
5.未來（lái）展望
海洋生（shēng）物（wù）衍生吸附劑：利用海洋生物（wù）的廢棄物或特定組織（zhī），如貝殼（ké）、海藻等，經過處理（lǐ）後作為吸附劑。這些生物材料通常具有天然的吸附（fù）性能，且來源（yuán）豐富、環保（bǎo）。所以我認為利用海洋生（shēng）物處理海洋汙染。海（hǎi）洋生物衍生吸附劑通常具有多孔（kǒng）結構或較大的比表麵積，能（néng）夠通過物理吸（xī）附作用將汙染物分子（zǐ）吸附（fù）在其表麵。例如，貝殼類吸附劑的多孔結構可以提供大量的（de）吸附位點，使汙染（rǎn）物分子在範德華力等作用下被（bèi）吸附。同時，吸附劑（jì）中的特定化學成分可以與汙染物發生化學反應，形成穩定的化合物，從（cóng）而（ér）實現對汙（wū）染（rǎn）物的去除。（優點）具有環保可持續：海洋生物（wù）衍生吸附劑來源於海洋生物，是一種天然的、可再生的資源，使用後對環境的影響較小。（缺點）限製性：隻能對一些特殊汙染起作用（可進行基因改（gǎi）造進行（háng）改進）。
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