第四章 海水的化学组成和特性
环境海洋学化学部分答案
一．名词说明1.常量元素：即海水的主要的成分。
除组成水的H和O外，溶解组分的含量大于1mg/kg的仅有11种，包括Na+、Mg2+、Ca2+、K+和Sr2+五种阳离子，Cl-、SO42-、CO32-（HCO3-）、Br-和F-五种阴离子，以及H3BO3分子。
这些成分占海水中总盐分的99.9%，所以称主要成分。
2.养分元素：主要是及海洋生物生长有关的一些元素，通常是指N、P和Si。
3.主要成分恒比定律：尽管各大洋各海区海水的含盐量可能不同，但海水主要溶解成分的含量间有恒定的比值，这就是海水主要成分的恒比定律，也称为Marcet-Dittmar恒比定律。
4.元素的保守性：海水中物质的浓度只能被物理过程（蒸发和降水稀释）而不被生物和化学过程所变更。
5.海水的碱度：在温度为20℃时，1L海水中弱酸阴离子全部被释放时所须要氢离子的毫摩尔数6.碳酸碱度：由CO32-和HCO3-所形成的碱度7.硼酸碱度：由B(OH)4-所形成的碱度8.海洋低氧现象：对水生生物的生理或行为，如生长速率、繁殖实力、多样性、死亡等产生有害影响的氧环境。
通常把溶解氧浓度不大于2mg/L作为缺氧推断临界值。
9.悬浮颗粒物：简称“悬浮物”，亦称“悬浮体”、“悬浮固体”或“悬浮胶体”，是能在海水中悬浮相当长时间的固体颗粒，包括有机和无机两大部分。
10.硝酸盐的复原作用：NO3-被细菌作用复原为NO2-，并进一步转化为NH3或NH4+的过程11.反硝化作用：NO3-在某些脱氮细菌的作用下，复原为N2或NO2的过程12.海洋生物固氮作用：通过海-气界面交换进入海水中的溶解N2，在海洋中某些细菌和蓝藻的作用下复原为NH3、NH4+或有机氮化合物的过程。
13.Redfield比值：海洋漂游生物对养分盐的汲取一般根据C：N：P=106：16:1进展，这一比例关系常被称为Redfield比值。
14.养分盐限制：养分盐比例不平衡会导致浮游植物生长受制于某一相对缺乏的养分盐，通常被称为养分盐限制。
海洋的形成和海水的组成
海洋的形成和海水的组成在元素全球生物地球化学循环中，水既是重要的参加者，又是一种重要的介质。
因此，水循环的研究是国际全球变化研究的一个重要组成部分。
2．1太阳系物质的含水量1）碳质球粒陨石含水量很高，主要以含水矿物的形式存在。
有些碳质球粒陨石类型I 之中水的重氢的浓度比地球上任何地方的都高得多。
2）陨石经大气层时，磨擦发热，可能失水。
然而经大气层降落时因发热而生成熔融表层，能有效地保存陨石内部的气体的状况，因此也可能起保存水的作用。
陨石落到地球上之后，也可能会混合入地球上的水。
3）表2.1中的水仅是地壳部分，除以整个地球质量而得的商，应当说是地球含水量之下限。
假设地球与普通球粒陨石的单位含水量相同，则由表2.1可见在地壳以下还存在着8倍的地壳水量。
4）地球与金星的比较。
金星的资料主要来自美苏宇宙飞船。
地球与金星除含水之外，其他组分的气体含量大体上相近；CO2和N2含量相近。
地球不则是在含水矿物不分解的条件下，与次生物质合为一体。
所以还有相当数量的含水矿物没有分解，故含水量高。
5）地球内部除水之外，还有稀有气体。
例如氙(Xe)、氦(He)、氩(Ar)等。
2．2地球和海洋水的形成地球上有大量海水存在，地球的水是与地球的形成紧密联系在一起。
2．2．1地球的物质集积过程在地球的物质集积过程终结时，可辨识的原始大气忽略不计。
“挥发性物质经脱气作用，由地球内部向地表供给为主，原始大气的存在可被忽略。
即在地球聚集过程中化学反应所生产的气体，少到可以忽略。
”这是关于地球的物质集积过程的一个较常见的观点。
2．2．2地球的表层水和内部水2．2．2．1脱气作用与向地表供水地球上的水对其热历史有很大影响。
在聚集过程终结时，由于聚集过程的重力能、放射性衰变能等的影响，地球被加热，其水合物可能会慢慢地分解，而水会向地球上方移动，向地表层开始供水，最后聚集在地球表面。
（在地核形成过程及形成终结时）地球的脱气作用，在地球形成史上是最为活跃的。
海水的理化性质
海水的理化性质（一）海水的化学性质海洋是地球水圈的主体，是全球水循环的主要起点和归宿，也是各大陆外流区的岩石风化产物最终的聚集场所。
海水的历史可追溯到地壳形成的初期，在漫长的岁月里，由于地壳的变动和广泛的生物活动，改变着海水的某些化学成分。
1．海水的化学组成海水是一种成分复杂的混合溶液。
它所包含的物质可分为三类：①溶解物质，包括各种盐类、有机化合物和溶解气体；②气泡；③固体物质，包括有机固体、无机固体和胶体颗粒。
海洋总体积中，有96％～97％是水，3％～4％是溶解于水中的各种化学元素和其他物质。
目前海水中已发现80多种化学元素，但其含量差别很大。
主要化学元素是氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅、氟等12种（表5．5），含量约占全部海水化学元素总量的99.8％～99.9％，因此，被称为海水的大量元素。
其他元素在海洋中含量极少，都在1mg／L以下，称为海水的微量元素。
海水化学元素最大特点之一，是上述12种主要离子浓度之间的比例几乎不变，因此称为海水组成的恒定性。
它对计算海水盐度具有重要意义。
溶解在海水中的元素绝大部分是以离子形式存在的。
海水中主要的盐类含量差别很大（表5．6）。
由表5.6可知，氯化物含量最高，占88.6％，其次是硫酸盐，占10.8％。
海水中盐分的来源，主要来自两个方面：一是河流从大陆带来。
河流不断地将其所溶解的盐类输送到海洋里，其成分虽与海水不同（表5．7）（海水中以氯化物为最多，河水则以碳酸盐类占优势），但是，因为碳酸盐的溶解度小，流到海洋里以后很容易沉淀。
另一方面，海洋生物大量地吸收碳酸盐构成骨胳、甲壳等，当这些生物死后，它们的外壳、骨胳等就沉积在海底，这么一来，使海水中的碳酸盐大为减少。
硫酸盐的收支近于平衡，而氯化物消耗最少。
由于长年累月生物作用的结果，就使海水中的盐分与河水大不相同。
二是海水中的氯和钠由岩浆活动中分离得来。
这从海洋古地理研究和从古代岩盐的沉积、以及最古老的海洋生物遗体都可证实古海水也是咸的。
海洋科学导论习题
第一章:绪论1、如何理解地球科学是一个复杂的科学体系？2、海洋科学的研究对象和特点是什么？3、海洋科学研究有哪些特点？4、回顾海洋科学发展历史，你能够得到哪些启示？5、中国海洋科学发展的前景如何？第二章：地球科学与海底科学1、说明全球海陆分布特点以及海洋的划分。
2、什么是海岸带？说明其组成部分是如何界定的。
3、大陆边缘分为几种主要类型？说明各自的构成及其主要特点。
4、什么是大陆中脊体系，它有哪些主要特点？5、按照矿产资源形成的海洋环境和分布特征，海洋矿产资源有哪些主要类型？如何认识海洋是巨大的资源宝库？第三章海水物理特性和世界大洋的层化结构1、简述海水组成与纯水的异同点。
2、何谓海水的位温？有何使用价值？3、简述海水的主要热学与力学性质，它们与海水的温度、盐度和压力的关系如何？4、简述海水密度的表示方法（历史的和现有的）。
何谓海水状态方程？5、海水结冰与淡水结冰的过程有何不同？为什么？6、海冰的主要物理性质是什么？海冰对海况有何影响？7、固定冰和流冰的特点各是什么？8、为什么说太阳辐射为短波辐射、地球辐射为长波辐射？9、为什么称海洋水循环而不称海洋热循环？10、海洋热平衡方程中各项的物理含义是什么？它们是怎样对海洋的热状况产生作用的？11、为什么赤道海域的温度不会持续上升而两极海域温度不会持续下降？12、简述海洋中水循环过程13、简述世界大洋中温度、盐度和密度的空间分布特征。
14、大洋温度和盐度的水平分布与铅直分布有什么异同点？15、何谓大洋主温跃层和极锋？何谓季节性温跃层？16、为什么大洋热带海域盐度的最大与最小值总是出现在表层以下？17、简述中国近海温度和盐度的分布特征。
18、简要说明中国近海冬季上混合层的形成过程。
19、海水混合有几种形式？最主要的混合形式是__________，为什么？20、浅海内部混合的主要过程是什么？第四章海水的化学组成和特性1、海水的组成为什么有恒定性？2、海水中的常量元素主要有哪些？3、海水的pH值一般是多少？4、海水中的营养盐有哪些？对海洋生物活动的意义。
海水的物理化学特性
如何把已经产生的过剩CO2除去就更令人感兴趣。
3、 海水中的营养元素
海水中由N、P、Si等元素组成的某些盐类，是海洋植物生长 必需的营养盐，通常称为“植物营养盐、“微量营养盐”或 “生源要素”。
②降水 为海洋水收入的最重要因子。每年达411~416×10３km3。
③大陆径流 大陆径流及地下水入海是海洋水量收入的另一重要因子。 进入各大洋的径流量最大的为大西洋，其次为印度洋。对太 平洋来说，注入最大的河流是中国的长江。
④结冰与融冰 结冰与融冰为海洋水平衡中的可逆过程。 海冰被海水冲击到陆地上使海洋失去水量，相反，冻结在陆 地上冰的融化会使海洋水量增加。 如果被冻结在陆地上的冰全部融化流入海洋，将使海平面上 升66m。 就目前地质年代而言，结冰与融冰的量基本上是平衡的。
食盐：烹调必须的成份，化学工业的重要原料。海水质量 的3.5%是溶解固体物，其中氯化钠占71%。
镁：海水中仅次于氧、氢、氯、钠含量最多的元素。在各 种建筑结构中有广泛用途。
溴：海水中丰度列第九位的元素，是海水制盐或海水提镁 的副产物，它可用作汽油的抗爆化合物，也可用于制药。
铀：在海水中的浓度是溴的1/2000，即使如此，许多国家 仍在开展海水提取铀的研究，以期获得铀的稳定来源。但目前 陆源的铀成本低得多，故海水提铀尚难进入商业化。
（4）水的密度变化有反常 “热胀冷缩”是一般物质的性质。 纯水在大气压力下，温度4℃时密度最大，为1000kg·m3； 4℃以上时，密度随温度的降低而增大； 4℃以下时却随温度的降低而减小，即所谓“反常膨胀”。 水结冰时体积增大，密度减小，可达916.7 kg·m3，所以冰总
海水的主要成分及其特点是什么
海水的主要成分及其特点是什么
海水是地球表面覆盖70%的水体，其中包含了丰富的成分，了解海水的主要成分及其特点可以帮助我们更好地理解海洋生态系统和地球的水循环。
1. 主要成分
海水的主要成分包括水分子和溶解在其中的无机盐、气体以及微量元素。
其中，水分子占据海水的绝大部分，约占体积的96.5%。
无机盐主要包括氯化钠、硫酸盐、碳酸盐等，占据了海水的溶解物质中的大部分。
气体主要是氮气、氧气和二氧化碳，微量元素则包括铁、锰、铜等。
2. 特点
•高盐度：海水的平均盐度约为35‰，高于淡水。
这是因为海水中溶解了大量的盐类物质，使得海水呈现咸味。
•高密度：海水的密度通常比淡水高，大约为1.025g/cm³。
这是由于海水中的盐类物质增加了水体的质量，使得海水比淡水更加密集。
•含氧量高：相比淡水，海水中溶解氧气含量更高，这对海洋生物的生存和繁衍起着至关重要的作用。
•含微量元素：海水不仅含有常见的盐类和气体，还包含各种微量元素，这些微量元素是维持海洋生态系统平衡的重要因素。
•pH值稳定：海水的pH值通常维持在约8.1左右，呈碱性，这是由于海水中的碳酸盐溶解平衡的结果。
综上所述，海水作为地球上最重要的水体之一，拥有独特的成分和特点。
深入
了解海水的成分及其特点有助于我们更好地保护海洋环境，维护地球生态平衡。
海水的化学组成
海水的化学组成
海水是地球上最丰富的水体资源之一，其化学组成复杂多样。
海水主要由水和溶解在其中的各种物质组成，下面将详细介绍海水的化学组成。
主要成分
1.水：海水的主要成分是水，占据了海水总重量的绝大部分，约为
96.5%。
2.盐类：盐类是海水中的重要组成部分，主要包括氯化钠、硫酸镁、
硫酸钠、硫酸钙等。
这些盐类在海水中以离子的形式存在。
3.溶解气体：海水中还含有各种气体，如氧气、氮气、二氧化碳等。
这些气体的含量会受到温度、深度等因素的影响。
主要离子
1.氯离子(Cl-)：是海水中最主要的阴离子，占据了海水中离子总浓度
的绝大部分。
2.钠离子(Na+)：与氯离子在海水中呈现最主要的正负配对，氯离子和
钠离子的浓度比例基本稳定。
3.镁离子(Mg2+)、钙离子(Ca2+)：海水中还含有少量的镁离子和钙离
子，但它们对海水的理化性质有一定影响。
其他物质
1.硅酸盐：海水中含有少量的硅酸盐，这些物质对海洋生态系统尤为
重要。
2.微量元素：海水中还含有各种微量元素，如锰、铁、铜等，这些元
素虽然含量较少，但在海洋生态系统中扮演着重要的角色。
总的来说，海水的化学组成是一个相对稳定且复杂的体系，其中水和盐类是海水的主要组成部分，各种离子和溶解物质共同构成了海水独特的化学特性。
以上是对海水化学组成的简要介绍，希望能对你有所帮助。
海洋学导论
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
海水分析化学
用目视法观测透明度的大小。透明度盘是一 目视法观测透明度的大小。 观测透明度的大小 块漆成白色的木质或金属圆盘，直径 块漆成白色的木质或金属圆盘，直径30cm， ， 盘下应拴有约5Kg的铅锤，盘上系有绳索 的铅锤， 盘下应拴有约 的铅锤 （上面标以米为单位的长度记号），一般长 上面标以米为单位的长度记号），一般长 ）， 度为30～ 度为 ～50m。 。
16
（2）营养元素 N、P、Si（Mn、Fe、Cu、Co、Mo）。 、 、 （ 、 、 、 、 ）。 N、P、Si以复杂的离子形式或以有机物的形 、 、 以复杂的离子形式或以有机物的形 式存在于海水中，含量低、受生物影响大 式存在于海水中，含量低、受生物影响大— —“非保守元素”或“生物制约元素”。 非保守元素” 生物制约元素” 非保守元素 Mn、Fe、Cu、Co、Mo等微量元素也与生 、 、 、 、 等微量元素也与生 物生长有密切关系——“微量营养元素”。 微量营养元素” 物生长有密切关系 微量营养元素
22
海水中还有许多有机物， 海水中还有许多有机物，据分析发 有机物 现，世界大洋中的有机物以其含碳量来计 毫克碳， 算，每升海水中约含有1毫克碳，那么整个 每升海水中约含有1毫克碳 世界大洋中总有机碳约有14000亿吨。这些 亿吨。 世界大洋中总有机碳约有 亿吨 有机物质相当于海洋生物总量的500倍，与 倍 有机物质相当于海洋生物总量的 整个陆地上的煤、碳泥和表层 ～ 米深的 整个陆地上的煤、碳泥和表层0～30米深的 有机碳总量差不多 。
15
3.海水的化学组成 海水的化学组成
（1）常量成分 含量≥1mg/Kg（即1ppm） Na、Mg、Ca、K （ 含量 ） 、 、 、 、Sr、B、Cl、Br、F、SO42-、CO32-等11种成 、 、 、 、 、 种成 分。一般不因生物作用而产生浓度变化，称为 一般不因生物作用而产生浓度变化， 恒量成分” 保守成分” “恒量成分”或“保守成分”。
化学高一海水知识点归纳总结
化学高一海水知识点归纳总结海水是地球上最重要的水资源之一，其中蕴含着丰富的化学成分。
了解海水的成分和性质，对于学习化学知识以及环境保护具有重要意义。
本文将对高一化学中与海水相关的知识进行归纳总结，帮助读者更好地理解海水的组成和特性。
一、海水的组成1. 盐类成分：海水中含有多种盐类物质，主要包括氯化物、硫酸盐、碳酸盐等。
其中，氯化钠（NaCl）是最主要的成分，占海水中盐类总量的约85%。
2. 溶解氧：海水中含有溶解氧，这对海洋生物的生存至关重要。
溶解氧的含量受到温度、盐度和水动力等因素的影响。
3. 微量元素：海水中还含有一些微量元素，如铁、锌、铜等。
这些元素虽然含量很低，但对生物的生长和代谢具有重要作用。
二、海水的性质1. 密度：海水的密度通常比纯水高，这是因为海水中的盐类和其他溶质增加了其质量。
海水的密度与温度和盐度密切相关，一般随着温度升高密度下降，随着盐度升高密度增加。
2. 味道和呈色：海水的味道较咸，这是因为其中的氯化物和硫酸盐等盐类成分。
此外，海水呈现蓝绿色，这是由于水分子吸收了较长波长的红光，而反射了短波长的蓝绿光。
3. 冰点和沸点：由于海水中的盐类以及其他溶质的存在，其冰点和沸点较纯水要低。
一般情况下，海水的冰点约为-2°C，沸点约为100.7°C。
4. pH值：海水的pH值一般介于7.5至8.4之间，表明其为碱性溶液。
这是由海水中的碳酸盐和其他碱性物质引起的。
三、海水与环境保护1. 淡化海水：由于淡水资源的不足，科学家们研发了海水淡化技术。
这种技术可以将海水中的盐类和其他杂质去除，从而得到可供人们使用的淡水资源。
然而，由于淡化海水的能耗较高且成本较高，因此目前主要用于海岛、沙漠地区等特殊地域。
2. 海水污染：近年来，随着工业化和城市发展的加速，海洋污染问题日益严重。
海水污染主要包括水体中溶解氧降低、富营养化、重金属污染等。
这对海洋生态系统和人类健康产生了重大影响，因此需要加强海水环境保护和治理工作。
海洋学导论教学大纲
《海洋学导论》课程教学大纲总学时： 40 学分：2.5理论学时：40 实验学时：0面向专业：水产养殖学课程代码：B4900003先开课程：高等数学、物理等课程性质：必修课执笔人：杨宁审定人：付国庆潘庆杰第一部分：理论教学部分（黑体小三号）一、说明（黑体四号）1、课程的性质、地位和任务（黑体小四号）（内容，宋体五号）海洋学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及开发利用海洋的知识体系。
《海洋学导论》是一门研究和阐述海洋学基本理论的基础课程。
本课程重点介绍海洋科学的基本理论，通过学习，使学生更加客观的了解海洋，从而形成保护海洋的意识，为以后利用海洋资源打下基础。
2、课程教学和教改基本要求（黑体小四号）（内容，宋体五号）本课程从地球科学系统看海洋科学体系，以海洋科学体系为主线，系统阐述海洋科学的基本概念、基础理论和主要成果。
通过学习，使学生掌握主要海洋学的基本理论知识，提高学生环境保护意识和可持续发展观念。
二、教学内容与课时分配（黑体四号）要求列出各章节的具体内容，并在每章内容后列出重点、难点、建议教学方法和思考题等（内容，宋体五号）第一章绪论（2学时）第一节地球科学1.地球科学体系2.海洋科学定义、研究的对象及其特点第二节海洋科学的发展史1.海洋科学的发展史2.中国的海洋科学发展史本章重点：地球科学包含的学科、海洋科学的定义、研究对象及特点本章难点：海洋科学的研究对象及特点建议教学方法：课堂讲授思考题：1.海洋科学的研究对象和特点是什么？2.海洋科学研究有哪些特点？第二章地球系统与海底科学（4学时）第一节地球的基础知识1.地球的宇宙环境2.地球的形状、圈层结构3.地球的起源与地质时代第二节海与洋1.地表海陆分布及海洋的划分2.海水的起源与演化第三节海底的地貌形态及海底构造与大地构造学说1.海底的地貌形态：海岸带、大陆边缘、大洋底2.构造学说：大陆漂移、海底扩张、板块构造等第四节海洋沉积1.滨海沉积2.大陆架沉积3.大陆坡-陆隆沉积4.大洋沉积第五节海底矿物资源1.海底矿物资源：砂矿、海底石油和天然气、磷钙石和海绿石等本章重点：地球的圈层结构、海洋的划分、海底的地貌形态、海洋沉积本章难点：海底的地貌形态、滨海沉积建议教学方法：课堂讲授思考题：1.海与洋的特点2.海洋沉积物质、沉积环境的种类及滨海沉积的种类3.三角洲形成的条件、按形状及水动力分类。
海水化学组成的特点
海水化学组成的特点
海水是一种成分复杂的混合溶液，主要包含以下特点：
1. 海水中常量元素占总量的99%以上，这些元素主要包括氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、硅和氟等。
这些主要化学元素在海水中的含量比例几乎恒定，对计算海水盐度具有重要意义。
2. 海水中溶解的物质不仅包括各种盐类、有机化合物，还有溶解气体。
其中，大部分溶解元素以离子形式存在。
3. 海水的pH值大约是，呈弱碱性。
4. 海水中主要元素组成之比值大体上恒定不变，这是海水化学组成的另一重要特点。
此外，海洋总体积中，约有96%～97%是水，3%～4%是溶解于水中的各
种化学元素和其他物质。
如需获取更多关于海水化学组成的信息，建议查阅资料或咨询海洋学专家。
第4章-海水的性质-2013概要
海水的声学特性
声音在海水中的传播
海水介质的吸收；
海中气泡、浮游生物和海水悬 浮物质的散射； 波动海面的反射与散射； 海底沉积层的反射和吸收
传播速度（声速 或音速）快，
其传播速度受温 度、盐度、压力 的影响
传播过程中会反 射、散射、折射。
第四章 海水的性质
海水：是一种溶 解多种无机盐、 有机物质和气体 以及含有许多悬 浮物质的混合液 体。
与纯水相比，海水多了什么？
海水是一种非常 复杂的多组分溶 液
溶解气体
营养元素
主要成分
海水的化学组成
微量元素
指海水中浓度小 于10-6mg/kg的 成分
有机物质
来源有河流的 输入、大气沉 降、海底热泉 等等
图将声源放在声速极小值区内则声
波可以传到很远的地方，这个区域 称为声学信道或是SOFAR(SOund Fixing And Ranging)信道， 可替水下物体定位。
Sound Channel（声学通 道）：海洋水层中声速有 一极小值区，在此会形成 波导现象(Wave guide)， 声波在此层中传播时能量 不易发散，往往可传至数 千公里外。
海表盐度的分布取决 于淡水的注入量与蒸 发量的对比
全球盐度分布的差异 性，大西洋更高，太 平洋偏低
2）垂向上盐度变化
从海表到海底的层结结构：浅表层均匀，中上层盐度 显著变化，到一定水深后（海洋深层）盐度又近似均 匀分布。
高纬度地区和低纬度地区海水盐度在垂向水深上的变化有其 明显不同的特征。
图 水压的力量。照片上左右两侧原来是一模一样的两个保 丽龙杯，右侧的杯子只不过被放到海面下2642米深处然后再 取回，可见水压的力量有多大，海洋仪器往往需能承受更大 的压力。
第四章 海水的化学组成和特性
Ca
A B .02127 .02123 .02128 .02126 .02121 .02121 .02130 .02126 .02124 .02122 .02131 .02123 .02115 --.02123 --.02127 --.02118 --.02122 --.02126 .02128
106Sr
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
生物对重金属的富集作用重金属污染一类海水二类海水一类海水二类海水重金属对海洋污染的来源途径和污染危害趋势元素世界产量大气输入河流输入残留时间污染途径污污危害趋ag1000710123河流la39073785倾废l元素世界产量103ty大气输入103ty河流输入103ty残留时间a103y污染途径污污危害趋势bas39073785倾废lcd17101162河流大气lco22071537il河流cr28002024022河流ilcu600025025022倾废河流大气l气hg10323526河流大气rni660300170246河流ilpb300030015004大气河流wse105784大气lv121231256大气iwzn53006700600185倾废河流大气倾废河流大气l水俣病
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 海洋的结构与海水的
有限振幅波动
• 有限振幅波有正弦波（摆线波）、斯托 克斯波、椭圆余弦波和孤立波4种类型。 • 斯托克斯波 ：是一种无旋转的、表面呈 周期性起伏的波动 。 • 小振幅前进波是斯托克斯波的一种特殊 情况，如果取斯托克斯波的最低阶段 （一阶）近似，它就是小振幅前进波。
正弦波（摆线波）
• 其外形与斯托克斯波类似，波面呈现周 期性的起伏，它是在水质点轨迹为圆 （深水情形）或椭圆（常深度水域情形） 的假定之下推导出来的。 • 另外一个重要特点是波动流场为有旋流 场。
• 风浪离开风区向外传播时，不再得到能量，并 且常经过风力平衡或风向不同区域，受到海水 粘滞摩擦、散射和空气阻力作用，能量消耗很 大，从而涌浪的波高远较原来风浪的波高小。
• 涌浪的波高是衰减的，而其周期和波长却在增 加，这是由于波长长的速度大，短的速度小， 波长长的越来越在前面，短的越来越落后。同 时，波长短的衰减快，所以，最后剩下一些周 期和波长都大的涌浪。这些周期和波长大的涌 浪传播速度快，比大风的速度还要快，传播的 距离远，每昼夜能穿越2000公里。
孤立波
• 它只有一个波峰或波谷，而ห้องสมุดไป่ตู้只出现于 浅水水域中。 • 孤立波研究结果常用来分析近岸的海浪。
椭圆余弦波
• 特点是用椭圆函数来描述波面的形状。 它属于浅水波理论范畴。 • 浅水的小振幅波和孤立波都可以作为椭 圆余弦波的极限情形而得到。
风浪和涌浪
• 风浪
风浪是在风的作用 下所产生的波浪。
风供给波浪能量的规律随着波浪发展的不同阶段而异, 波速（C）和风速（W）之比值（即C/W）可做为标志 各种波浪变化的指标。 当比值小于0.3—0.4时，波浪吸收风能的强度最大，因 而波高增加很快，风浪处于发展阶段； 当这个比值等于0.7—0.8时，波浪达最大高度，以后波 高增加很小，但波长和波速仍在继续增加，因而波浪变 得越来越平坦。
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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
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：
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。
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 l
8 108 yr 180000 50000 7000 2000 100
Distribution 分布
Nutrient-type
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：
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
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
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
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。
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
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
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
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。
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
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
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
Photosynthesis 106CO2+16HNO3+H3PO4 +122H2O (CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2 Redfield Ratio (atomic) C: N: P: O=106 :16 :1: 276 Respiration