第1章 引言 1
参考文献 3
第2章 沉积物-水界面上部流体物理学 4
2.1水底边界层的组成要素 4
2.1.1结构 4
2.1.2能级和关联运动 6
2.2历史回顾 8
2.3水底边界层的水动力学 9
2.3.1控制方程 9
2.3.2对数层和科里奥利偏转 11
2.3.3恒应力层结构 13
2.4水动力模型的层次 16
2.4.1局部闭合 16
2.4.2涡黏性公式 17
2.4.3非局部闭合体系 17
2.4.4近底层离散型湍流模型 18
2.5边界条件 20
2.5.1布林克曼层和无滑移条件 20
2.5.2粗糙度 21
2.5.3水底边界层的发展，粗糙度均化和水的分流 23
2.5.4粗糙度的局部效应和底床移动 24
2.6生物影响 25
2.7水底边界层的分层 26
2.8地形影响 28
2.9波生湍流边界层 29
2.10底部剪切力估算 30
2.10.1二次阻力定律 31
2.10.2半对数速度梯度 32
2.10.3底层雷诺应力和湍流动能 32
2.10.4惯性子区域湍流动能耗散率 32
2.11展望 33
参考文献 33
第3章 水底边界层微尺度的流速测量 39
3.1热式测速技术 39
3.1.1传感器设计 40
3.1.2热传导相关性 42
3.1.3测速计电路 42
3.1.4热膜探针校准 43
3.1.5与水体热膜测量相关问题 43
3.1.6边界层中热膜测量 44
3.1.7水底边界层热式测速研究实例 45
3.2激光测速 45
3.2.1激光多普勒测速 46
3.2.2激光多普勒应用 48
3.2.3粒子成像测速 49
3.2.4粒子成像测速应用 53
3.3断层扫描及沉积物中流体 53
3.3.1断层扫描安装和基本原理 53
3.3.2断层扫描技术实例和局限性 55
3.4大尺度声学测量装置 56
3.5水底边界层的实验槽研究 57
3.5.1明渠水流特性 57
3.5.2水槽实验的实际考虑 58
3.5.3槽中水流的产生 60
3.5.4特殊目的的水槽设计 60
3.5.5水底边界层研究的水槽试验 61
参考文献 62
第4章 水底边界层悬浮颗粒迁移 69
4.1沉降速率 70
4.2涡流黏度和扩散率 75
4.3边界条件 80
4.3.1底部浓度边界条件 80
4.3.2底部通量边界条件 81
4.3.3底部边界条件：非零Es（0+，t） 83
4.3.4来自底床非局部注入模型 84
4.3.5非局部注入对γ0估算影响 86
4.3.6底部边界条件小结 87
4.4结论 87
附录 本章符号说明 87
参考文献 88
第5章 沉积物-水界面溶质迁移 93
5.1平整固相近表面的溶质迁移 93
5.1.1经典的涡流扩散理论 93
5.1.2周期性边界层模型 97
5.1.3高阶闭合模型 99
5.2多孔界面的质量迁移 100
5.2.1多孔性和渗透性影响 100
5.2.2表面粗糙度影响 102
5.2.3沉积物表面的不稳定性和反应性 104
5.3反应中的水底边界层质量迁移 107
5.3.1反应时间尺度影响 107
5.3.2湍流和非线性反应 107
5.4结论与展望 109
参考文献 109
第6章 沉积物表面的微结构和性质 113
6.1综合研究 113
6.2沉积物-水界面的可视化 114
6.3寻求一个相关途径 118
6.4沉积物表面的微尺度性质 118
6.5沉积物性质的时间变化 120
6.6光学性质 122
6.7结论 126
参考文献 126
第7章 渗透性沉积物中的孔隙流 130
7.1对流迁移简介 130
7.1.1分子扩散与对流迁移 130
7.1.2孔隙水迁移的物理过程和达西定律 130
7.1.3海洋环境中的对流迁移 131
7.2对流迁移机制 132
7.2.1水流引起的对流迁移 132
7.2.2波浪引起的沉积物中对流 139
7.2.3密度驱动的对流迁移 144
7.3对流迁移影响 145
7.3.1对流产生的时空上分布带 145
7.3.2对流对沉积物地球化学影响 148
7.3.3对流对自然环境影响 152
7.4总结及未来研究建议 154
参考文献 155
第8章 边界层研究中的生物地球化学微电极 163
8.1电化学微电极 168
8.1.1参比电极 168
8.1.2 Ag/Ag+半电池微电极 168
8.1.3离子交换微电极 169
8.1.4连续极化或非极化微电极 171
8.1.5离子防渗膜气体微电极 173
8.1.6电化学微电极的仪器设备 175
8.2光学微电极 176
8.2.1场辐射微探针 177
8.2.2辐射和标量辐射微探针 178
8.2.3荧光和表面测定微探针 178
8.2.4光纤微电极：光学微电极 178
8.2.5光纤微电极的仪器设备 180
8.3生物微电极 181
8.3.1甲烷生物微电极 181
8.3.2硝酸盐生物微电极 182
8.4扩散率和水流速微电极 183
8.4.1扩散率微电极 183
8.4.2流量微电极 184
8.5电极插入造成的物理扰动 184
8.6总结和展望 185
参考文献 186
第9章 成岩过程和沉积物-水物质交换 192
9.1生物地球化学过程和水底边界层作用 193
9.1.1水底边界层的直接作用过程：氧气吸收 194
9.1.2水底边界层的间接作用过程：反硝化 199
9.1.3水底边界层的反应过程：铁锰循环 201
9.1.4不依赖水底边界层的过程 204
9.2溶质分布特征和通量的定量模拟 205
9.2.1成岩作用模型概述 205
9.2.2固体的溶解和沉淀 207
9.2.3沉积物中的氧吸收 208
9.2.4沉积物和扩散边界层中的反应性迁移 210
9.3固体物质交换模拟 211
9.4本章思考 214
参考文献 214
第10章 水底边界层的原位采样技术 221
10.1方法 221
10.1.1颗粒物迁移的测定 221
10.1.2溶质通量的测定 223
10.1.3平台和运载器的布设 225
10.2限制因素 227
10.2.1空间尺度和时间变化问题 227
10.2.2仪器影响 228
10.3新出现实验对策 231
10.3.1有关尚未解决的浅水区问题 231
10.3.2 BIOPROBE的深海应用 236
10.4结论 238
参考文献 238
第11章 生物引灌区内物质迁移与反应 243
11.1生物引灌区内一般性迁移特性 243
11.2掘穴、生物引灌与沉积物流体化 245
11.3生物湍流扩散模拟 248
11.4生物产生的对流 251
11.5表观源-汇或非局部交换模型 252
11.6生物引灌区内成岩作用分布 256
11.7模拟平均微环境的迁移模型 257
11.8溶质迁移与反应动力学的相互作用 262
11.9生物成因的沉积物构造以及微尺度迁移 265
11.10生物扰动区结构以及生物地球化学 267
11.11结论 269
参考文献 269
第12章 水底通量对有机质循环的驱动 275
12.1海底溶质交换速率和机制 275
12.2大陆架上的生物地球化学循环 277
12.3大陆坡上的生物地球化学循环 281
12.4深海底部生物地球化学循环 284
参考文献 288
第13章 底部水流中的大型动物和植物 292
13.1传感场的水流修正作用 293
13.1.1化学传感 293
13.1.2其他传感信息 295
13.2水流对质量和动量传递的影响 297
13.2.1与大型植物有关的质量和动量传递 297
13.2.2其他水底环境的质量和动量传递 301
13.3底栖种群与幼体动力学 302
13.3.1产卵与受精 302
13.3.2生物分散 304
13.3.3着生与生息 306
13.3.4着生概率 308
13.4结论 309
参考文献 309
第14章 扩散边界层中的生物体 320
14.1生命体黏性世界 321
14.1.1生物在低雷诺数流体中的迁移 321
14.2扩散迁移 323
14.2.1溶质向运动颗粒物的迁移 323
14.2.2颗粒物周围的扩散区 324
14.3水底扩散边界层 326
14.3.1水底边界层的微电极测量 328
14.3.2水底边界层的动力学研究 328
14.3.3表面粗糙度 332
14.3.4水底边界层对微电极的干扰 333
14.3.5扩散边界层厚度 334
14.4扩散限制因素的克服 336
14.4.1硫细菌梯度 337
参考文献 339
第15章 界面生物膜和微生物垫 343
15.1生物膜和微生物垫的结构和组成 346
15.1.1结构分析方法 346
15.1.2结构组分染色 346
15.1.3模型生物膜实例研究 348
15.2生物膜和微生物垫功能 349
15.2.1边界层作用 350
15.2.2传质阻力的衰减 351
15.2.3生物膜模型测定 353
15.2.4生物膜和微生物垫中传质迁移 356
15.3生物膜和微生物垫传质研究新方法 357
参考文献 359
通用符号列表 362