第四章 海水的化学组成和特性
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A 39 40 39 40 40 39 38 38 38 40 39 40 B 42 42 41 42 43 44 ------------
A:Culkin and Cox(1966) B: Riley and Tongudai(1967)
The Second Law Redfield Ratio
Ca
A B .02127 .02123 .02128 .02126 .02121 .02121 .02130 .02126 .02124 .02122 .02131 .02123 .02115 --.02123 --.02127 --.02118 --.02122 --.02126 .02128
106Sr
2、溶解气体：溶解氧、氮和惰性气体等； 3、营养元素：N，P，Si，Fe等； 4、微量元素：海水中含量很低，但又不属于营养元素； 5、海水中的有机物：腐殖质、氨基酸、糖类、色素等
2. 微量元素
浓度低于10-6 mg/kg的元素，主要来源有河流输入、大气 沉降和海底热泉等； 研究中最大的困难是：采样（沾污），分析（灵敏度问 题、干扰问题）； 微量元素在海水中的存在形式和形态：与海洋的地球化 学、生物及化学过程密切相关 1）弱酸在海水中的解离 2）变价元素在海水中的氧化还原 3）生物合成的有机物 4）微量元素和海水中的有机物或无机物络合 5）海水中的有机和无机颗粒
海洋化学背景知识
随后，海水中二氧化碳系统、溶解气体、微量元 素、营养盐等都得到深入研究，形成了化学海洋 学。 40年代以后，在海洋化学资源的开发利用过程 中，形成了海洋资源化学。 50年代末以后对海水中化学平衡的定量研究，建 立了海洋物理化学的理论体系。
§4.1 海水的化学组成
海水中不同形态无机铜所占比例
Nitrate versus phosphate scatter diagram for waters from throughout the Atlantic Ocean
N/P ~ 16:1
The Third Law
RESIDENCE TIME of a dissolved substance in seawater
K
A B .0206 .0206 .0206 .0206 .0205 .0205 .0206 .0207 .0207 .0206 .0206 .0206 .0206 --.0208 --.0205 --.0206 --.0205 --.0206 .0206
Mg
A .06691 .06691 .06690 .06691 .06696 .06685 .06685 .06645 .06694 .06703 .06690 .06692 B .06671 .06668 .06669 --.06661 .06668 ----------.06667
Values of g/Cl(‰) for Various Oceans Na
Ocean A Atlantic .5552 Pacific .5555 N.Seas .5553 S.Seas .5567 Indian .5554 Mediterranean .5557 Red .5563 Persian Gulf .5557 Baltic .5554 North .5541 Std.S.W .5562 MEAN .5555 B .5567 .5568 .5566 .5561 .5569 .5568 ----------.5567
1. 海水中的成分
主要成分（常量元素，浓度大于10-6 mg/kg） 5种阳离子：Na+, K +, Ca 2+, Mg2 +, Sr 2+; 5种阴离子: Cl-, SO42-, Br-, HCO33-(CO32-), F-; 1种分子: H3BO3; 11种成分占海水总盐分的99.9%； 各成分的浓度比例恒定，为保守元素。
Particulate Debris
Soft Tissue Hard Parts Composite Deep Warm Surface
P: N: 1: 15: 0: 0: 1: 15:
C: Ca: 105: 0: 26: 26: 131: 26:
Si 0 50 50
Sea Water
1: 15: 1000: 5000: 50 0: 0: 869: 4974: 0
三大基本定律 Three Basic Laws
First Basic Law: 海水主要成分相对恒定 Relative Composition of Major Components of Seawater
Solute Na+ Mg2+ Ca2+ K+ Sr2ClSO42HCO3BrCO32B(OH)4FB(OH)3 A 0.5556 0.06695 0.02106 0.0200 0.00070 0.99894 0.1394 0.00735 0.00340 ----7x 10-5 0.00137 1.8184 B 0.5555 0.06692 0.02126 0.0206 0.00040 --------------g/Cl ( ‰) C D 0.5567 0.55653 0.06667 0.06626 0.02128 0.02127 0.0206 0.02060 0.00042 0.00041 ---0.99891 0.1400 0.14000 --0.00586 0.003473 0.00347 --0.000060 --0.00034 --0.000067 0.00105 1.81537 A: Dittmar B: Cox and Culkin 1966 C: Riley and Tongadai 1967 D: Millero 1982
Mg
B A .06691 .06666 .06691 .06668 .06667 .06667 .00007 91
Ca
B .2124 .02123
106Sr
A 42 B 39 40 40 40 2 58
.5554 .5566 .0206
700-1500m .5557 .5567 .0206 >1500m MEAN Std.error Number .5555 .5568 .0206 .5555 .5568 .0206 .0007 .0007 .0002 49 93 54
重金属的主要污染源为： 工业废水 矿山污泥 废水 被污染的大气 重金属污染对海洋生物的危害 致死现象 阻化效应 形态变化 危害的根本原因：生物对重金属的富集作用
重金属污染
二类海水 一类海水
重金属对海洋污染的来源、途径和污染危害趋势
The Rule of Constant Proportions :Relative composition of ocean water is nearly constant The variation of g/Cl(‰) with depth Na
Depth 0-100m A B A
K
B .0206 .0206 A
碳氢化合物：石油 海洋重金属：Hg, Pb, Cr, Cd, Cu 合成有机化合物 营养物质（富营养化） 放射性核素
石油污染：
主要发生 在从石油 产地到炼 油厂和石 油消费地 之间海上 运输过程 中的泄露 和海上事 故。
海上溢油的危害：
对健康的危害：苯及衍生物 对安全的危害：爆炸性 对环境的危害：
The Residence Times of Elements in Seawater Residence time (M years) Element River input Sedimentation 8 yr Na 2.6 10 Na 210 260
Mg Ca K Sr Si Li Rb Ba Al Mo Cu Ni Ag Pb 22 1 10 10 0.935 12 6.1 0.05 0.0031 2.15 0.043 0.015 0.25 0.00056 45 8 11 19 0.01 19 0.27 0.084 0.0001 0.5 0.05 0.018 2.1 0.002
形成油膜，将大气与海水隔开，减弱了海面的风浪， 妨碍空气中的氧溶解到海水中，使水中的氧减少； 相当部分的原油，将被海洋微生物消化分解成无机物 ，或者由海水中的氧进行氧化分解，这样，海水中的 氧被大量消耗，使鱼类和其它生物难以生存。 对渔业、水产业的危害
珠江重油外泄
海上石油泄漏
海洋中重金属污染
1958 Redfield Ratio 阐述营养元素C, N, P, O值
(原子比) 浮游生物体内的含量 (Phytoplankton) 海水里的变化 (Seawater) 海水里可提供量 (Available) P 1 1 1 N 16 15 15 C 106 105 1000 O --276 --235 200--300
第四章 海水的化学组成和特性
4.1 海水的化学组成 4.2 海水中的二氧化碳系统 4.3 海气界面的气体交换 4.4 海水中的营养元素
海洋化学背景知识
海洋化学: 研究海洋各部分的化学组成、物质分布、 化学性质和化学过程，以及海洋化学资源在开发 利用中的化学问题的科学。 海洋化学是海洋科学的一个分支，和海洋生物学、 海洋地质学、海洋物理学等有密切的关系。 1670年前后，英国玻意耳研究了海水的含盐量和 海水密度变化的关系，这是海洋化学研究的开始。
Photosynthesis 106CO2+16HNO3+H3PO4 +122H2O (CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2 Redfield Ratio (atomic) C: N: P: O=106 :16 :1: 276 Respiration
Particulate debris falling from the surface toward the deep sea compared with the elemental composition of average surface and deep water.
Ca Zn Cu Mn Pb Al
8 108 yr 180000 50000 7000 2000 100
Distribution 分布
Nutrient-type
源自文库
Surface enrichment
Hydrothermal Input
3. 海洋化学污染
海洋污染定义：直接或间接由人类向大洋和河口排放的 各种废物或废液，引起对人类生存环境和健康的危害， 或者危及海洋生命的现象。 污染物种类：
海水中元素的逗留时间（T）
Distribution of transport types in the ocean
T = 海水中某元素的总量 / 该元素每年进入海洋的量 T ：元素在海水中的逗留时间，即全部把海水中该元素置 换出来所需的平均时间 Q
海 洋 M
R
M:海水中某元素的总量; Q:海水中某元素的输入速率; R：输出速率 ; dM/dt = Q - R 处于稳定状态是， dM/dt=0，Q = R 海水中的元素输出与元素含量成正比： R=kM(k为输出速率常数） Q- kM =0，T = M/Q
海洋化学背景知识
1819年，马塞特发现世界大洋海水中主要成分的 含量之间，有几乎恒定的比例关系。 1884年W.迪特马尔发表了他对1873～1876年英 国挑战者号调查船采集的海水样品的分析结果， 进一步证实了世界大洋海水中各主要溶解成分含 量的恒比关系。 1900年前后，丹麦M.克努曾等建立了海水的氯度、 盐度和密度的测定方法。
.02128 .021131 43 .02130 .02133 .02130 .02133 .00004 .00006 66 81 43 43 2 38
.0206 .06695 .0206 .06695 .0001 .00004 84 66
A:Culkin and Cox(1966) B: Riley and Tongudai(1967)
A:Culkin and Cox(1966) B: Riley and Tongudai(1967)
The Second Law Redfield Ratio
Ca
A B .02127 .02123 .02128 .02126 .02121 .02121 .02130 .02126 .02124 .02122 .02131 .02123 .02115 --.02123 --.02127 --.02118 --.02122 --.02126 .02128
106Sr
2、溶解气体：溶解氧、氮和惰性气体等； 3、营养元素：N，P，Si，Fe等； 4、微量元素：海水中含量很低，但又不属于营养元素； 5、海水中的有机物：腐殖质、氨基酸、糖类、色素等
2. 微量元素
浓度低于10-6 mg/kg的元素，主要来源有河流输入、大气 沉降和海底热泉等； 研究中最大的困难是：采样（沾污），分析（灵敏度问 题、干扰问题）； 微量元素在海水中的存在形式和形态：与海洋的地球化 学、生物及化学过程密切相关 1）弱酸在海水中的解离 2）变价元素在海水中的氧化还原 3）生物合成的有机物 4）微量元素和海水中的有机物或无机物络合 5）海水中的有机和无机颗粒
海洋化学背景知识
随后，海水中二氧化碳系统、溶解气体、微量元 素、营养盐等都得到深入研究，形成了化学海洋 学。 40年代以后，在海洋化学资源的开发利用过程 中，形成了海洋资源化学。 50年代末以后对海水中化学平衡的定量研究，建 立了海洋物理化学的理论体系。
§4.1 海水的化学组成
海水中不同形态无机铜所占比例
Nitrate versus phosphate scatter diagram for waters from throughout the Atlantic Ocean
N/P ~ 16:1
The Third Law
RESIDENCE TIME of a dissolved substance in seawater
K
A B .0206 .0206 .0206 .0206 .0205 .0205 .0206 .0207 .0207 .0206 .0206 .0206 .0206 --.0208 --.0205 --.0206 --.0205 --.0206 .0206
Mg
A .06691 .06691 .06690 .06691 .06696 .06685 .06685 .06645 .06694 .06703 .06690 .06692 B .06671 .06668 .06669 --.06661 .06668 ----------.06667
Values of g/Cl(‰) for Various Oceans Na
Ocean A Atlantic .5552 Pacific .5555 N.Seas .5553 S.Seas .5567 Indian .5554 Mediterranean .5557 Red .5563 Persian Gulf .5557 Baltic .5554 North .5541 Std.S.W .5562 MEAN .5555 B .5567 .5568 .5566 .5561 .5569 .5568 ----------.5567
1. 海水中的成分
主要成分（常量元素，浓度大于10-6 mg/kg） 5种阳离子：Na+, K +, Ca 2+, Mg2 +, Sr 2+; 5种阴离子: Cl-, SO42-, Br-, HCO33-(CO32-), F-; 1种分子: H3BO3; 11种成分占海水总盐分的99.9%； 各成分的浓度比例恒定，为保守元素。
Particulate Debris
Soft Tissue Hard Parts Composite Deep Warm Surface
P: N: 1: 15: 0: 0: 1: 15:
C: Ca: 105: 0: 26: 26: 131: 26:
Si 0 50 50
Sea Water
1: 15: 1000: 5000: 50 0: 0: 869: 4974: 0
三大基本定律 Three Basic Laws
First Basic Law: 海水主要成分相对恒定 Relative Composition of Major Components of Seawater
Solute Na+ Mg2+ Ca2+ K+ Sr2ClSO42HCO3BrCO32B(OH)4FB(OH)3 A 0.5556 0.06695 0.02106 0.0200 0.00070 0.99894 0.1394 0.00735 0.00340 ----7x 10-5 0.00137 1.8184 B 0.5555 0.06692 0.02126 0.0206 0.00040 --------------g/Cl ( ‰) C D 0.5567 0.55653 0.06667 0.06626 0.02128 0.02127 0.0206 0.02060 0.00042 0.00041 ---0.99891 0.1400 0.14000 --0.00586 0.003473 0.00347 --0.000060 --0.00034 --0.000067 0.00105 1.81537 A: Dittmar B: Cox and Culkin 1966 C: Riley and Tongadai 1967 D: Millero 1982
Mg
B A .06691 .06666 .06691 .06668 .06667 .06667 .00007 91
Ca
B .2124 .02123
106Sr
A 42 B 39 40 40 40 2 58
.5554 .5566 .0206
700-1500m .5557 .5567 .0206 >1500m MEAN Std.error Number .5555 .5568 .0206 .5555 .5568 .0206 .0007 .0007 .0002 49 93 54
重金属的主要污染源为： 工业废水 矿山污泥 废水 被污染的大气 重金属污染对海洋生物的危害 致死现象 阻化效应 形态变化 危害的根本原因：生物对重金属的富集作用
重金属污染
二类海水 一类海水
重金属对海洋污染的来源、途径和污染危害趋势
The Rule of Constant Proportions :Relative composition of ocean water is nearly constant The variation of g/Cl(‰) with depth Na
Depth 0-100m A B A
K
B .0206 .0206 A
碳氢化合物：石油 海洋重金属：Hg, Pb, Cr, Cd, Cu 合成有机化合物 营养物质（富营养化） 放射性核素
石油污染：
主要发生 在从石油 产地到炼 油厂和石 油消费地 之间海上 运输过程 中的泄露 和海上事 故。
海上溢油的危害：
对健康的危害：苯及衍生物 对安全的危害：爆炸性 对环境的危害：
The Residence Times of Elements in Seawater Residence time (M years) Element River input Sedimentation 8 yr Na 2.6 10 Na 210 260
Mg Ca K Sr Si Li Rb Ba Al Mo Cu Ni Ag Pb 22 1 10 10 0.935 12 6.1 0.05 0.0031 2.15 0.043 0.015 0.25 0.00056 45 8 11 19 0.01 19 0.27 0.084 0.0001 0.5 0.05 0.018 2.1 0.002
形成油膜，将大气与海水隔开，减弱了海面的风浪， 妨碍空气中的氧溶解到海水中，使水中的氧减少； 相当部分的原油，将被海洋微生物消化分解成无机物 ，或者由海水中的氧进行氧化分解，这样，海水中的 氧被大量消耗，使鱼类和其它生物难以生存。 对渔业、水产业的危害
珠江重油外泄
海上石油泄漏
海洋中重金属污染
1958 Redfield Ratio 阐述营养元素C, N, P, O值
(原子比) 浮游生物体内的含量 (Phytoplankton) 海水里的变化 (Seawater) 海水里可提供量 (Available) P 1 1 1 N 16 15 15 C 106 105 1000 O --276 --235 200--300
第四章 海水的化学组成和特性
4.1 海水的化学组成 4.2 海水中的二氧化碳系统 4.3 海气界面的气体交换 4.4 海水中的营养元素
海洋化学背景知识
海洋化学: 研究海洋各部分的化学组成、物质分布、 化学性质和化学过程，以及海洋化学资源在开发 利用中的化学问题的科学。 海洋化学是海洋科学的一个分支，和海洋生物学、 海洋地质学、海洋物理学等有密切的关系。 1670年前后，英国玻意耳研究了海水的含盐量和 海水密度变化的关系，这是海洋化学研究的开始。
Photosynthesis 106CO2+16HNO3+H3PO4 +122H2O (CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2 Redfield Ratio (atomic) C: N: P: O=106 :16 :1: 276 Respiration
Particulate debris falling from the surface toward the deep sea compared with the elemental composition of average surface and deep water.
Ca Zn Cu Mn Pb Al
8 108 yr 180000 50000 7000 2000 100
Distribution 分布
Nutrient-type
源自文库
Surface enrichment
Hydrothermal Input
3. 海洋化学污染
海洋污染定义：直接或间接由人类向大洋和河口排放的 各种废物或废液，引起对人类生存环境和健康的危害， 或者危及海洋生命的现象。 污染物种类：
海水中元素的逗留时间（T）
Distribution of transport types in the ocean
T = 海水中某元素的总量 / 该元素每年进入海洋的量 T ：元素在海水中的逗留时间，即全部把海水中该元素置 换出来所需的平均时间 Q
海 洋 M
R
M:海水中某元素的总量; Q:海水中某元素的输入速率; R：输出速率 ; dM/dt = Q - R 处于稳定状态是， dM/dt=0，Q = R 海水中的元素输出与元素含量成正比： R=kM(k为输出速率常数） Q- kM =0，T = M/Q
海洋化学背景知识
1819年，马塞特发现世界大洋海水中主要成分的 含量之间，有几乎恒定的比例关系。 1884年W.迪特马尔发表了他对1873～1876年英 国挑战者号调查船采集的海水样品的分析结果， 进一步证实了世界大洋海水中各主要溶解成分含 量的恒比关系。 1900年前后，丹麦M.克努曾等建立了海水的氯度、 盐度和密度的测定方法。
.02128 .021131 43 .02130 .02133 .02130 .02133 .00004 .00006 66 81 43 43 2 38
.0206 .06695 .0206 .06695 .0001 .00004 84 66
A:Culkin and Cox(1966) B: Riley and Tongudai(1967)