第八讲海水的化学组成与特征

❖ 举例：
❖ （１）海洋中水分子逗留时间：海水的总体积 和河流的径流量
❖
30，000年
❖ （２）海水中钙的逗留时间：海水中钙的总含 量、河水携钙入海的通量
❖
800，000年
*影响元素含量及分布的原因： ❖ 生物过程：动植物生命活动、死亡。营养元素 ❖ 吸附过程：粘土矿物、铁和锰的氧化物、腐殖质等颗
循环：图4-19 ❖ 生物固氮作用 ❖ 氮的同化作用 ❖ 硝化作用 ❖ 硝酸盐的还原作用 ❖ 氨化作用 ❖ 反硝化作用
❖ 4.2 磷
主要存在形式：
❖ 溶解无机磷酸盐：HPO42-，PO43❖ 颗粒态无机磷酸盐：磷酸盐矿物存在于海水悬浮物和海洋沉积物，丰度
最大的是磷灰石
❖ 颗粒有机磷化合物：指生物有机体内、有机碎屑中所含的磷
❖ 表层和深层海水之间存在的缓慢磷交换作用
❖ 少部分在底层未被分解的进入海底沉积物，经过漫长的地质过程返回陆 地，参加新一轮的磷循环
❖ 4.3 硅 ❖ 主要存在形式：溶解硅酸盐和悬浮二氧化硅
❖ 循环：
❖ 春季：因浮游植物繁殖而被吸收，海水中的硅被消 耗。
❖ 夏、秋季：植物生长缓慢，海水中的硅有所回升
第八讲海水的化学组成与特征
海洋资源
❖ １海底矿产资源：锰结核、磷矿、砂矿、热液矿 ❖ 2 海水及海水化学资源：海盐、溴、碘、钾、镁、
铀、重水 ❖ 3 海洋能资源 ❖ 4 海洋空间资源 ❖ 5 海洋生物资源：
❖ 1.1.3元素在海水中的逗留时间
❖ *概念：如果要把海水中全部该元素置换出来 所需的平均时间
2.3 影响海水吸收二氧化碳的因素： ❖ 海水的静态容量，达到平衡后海水中的二氧
化碳含量增加多少，热力学问题 ❖ 大气海洋之间 二氧化碳交换速度有多快 ❖ 海水铅直混合速率
3 海气界面的气体交换
溶解度：取决于气体的性质，气体的分压、海水的温 度和盐度
气体在大气和海洋之间的交换，取决于： ❖ 气体在两者之间的分压差.若气相分压P‘G>液相分压
女儿国之谜
❖ 曾在广东某一山区的村寨里，数年前连续出生的尽是女孩， 有位风水先生开言道：“地质队在后龙山寻矿，把龙脉破坏了” 原来是在探矿的时候，钻机把地下含铍的泉水引了出来，扩散 了铍的污染，使饮用水的铍含量大为升高，长时间饮用这种水， 而导致了生女不生男。
❖ 放射性核素危害：20世纪50年代中期完成的《征服者》
❖ 惰性气体：化学性质稳定，在水体中不参加化学反 应。可通过其在海水中的分布了解海水的物理过程
4 营养元素பைடு நூலகம்
❖ 植物营养素：海水中由氮磷硅等元素组成的某些盐 类，是海洋植物生长必需的营养盐。又称为微量营 养盐，痕量营养素，生物制约元素。
❖ 4.1 氮 主要存在形式：溶解氮（N2），无机氮化物、
有机氮化合物等多种形式
❖ 二硫化碳水溶性较差
❖ 海洋浮游植物活动中的代谢产物二甲亚砜DMSP，在酶的催 化下分解得到DMS
甲烷：
❖ 缺氧水中较多，细菌可以把一氧化碳和二氧化碳还原为甲烷
❖ 含量最高值在南极辐聚区，随深度增加而降低
氮和惰性气体
❖ 氢气：表层海水中处于饱和状态，因为微生物的问 题。
❖ 一氧化二氮：发现在高纬度处于不饱和状态，在中 低纬度处于饱和状态
1.2 微量元素
❖ 1.2.1在海水中浓度小于1x10-6mg/kg的成分 ❖ 1.2.2来源：陆地输入（河流点源输入和面源输
入 ）、大气沉降、海底热泉 ❖ *1.2.3目前研究面临的主要问题：分析测定 ❖ 1.2.4在海水中的存在形态： ❖ （1）弱酸在海水中的解离 ❖ （2）变价元素在海水中的氧化还原平衡 ❖ （3）微量元素在海水中的有机无机络合物 ❖ （4）生物合成的有机物 ❖ （5）海水中的有机物及无机颗粒
❖ 溶解有机磷化合物
循环：图4-20 ❖ 富含营养盐的上升流，真光层磷酸盐的主要来源
❖ 在真光层，磷酸盐通过光合作用进入生物体，并向下沉降
❖ 下沉的生物颗粒在底层或浅水沉积物中被分解，所产生的磷酸盐直接返 回真光层，再次被生物利用
❖ 在表层未被分解的部分颗粒沉降至深层，其中大部分在此被分解，参加 再循环。
2.1海水的PH值 ❖ 约为8.1，其值变化很小，有利于海洋生物的生长 ❖ 弱碱性有利于海洋生物利用碳酸钙组成介壳 ❖ 海水中的二氧化碳含量足以满足海洋生物光合作用的需要 ❖ 海水中二氧化碳含量高的原因：与水有反应
2.2二氧化碳的分布随深度增加而浓度增大： ❖ 表层因为藻类光合作用而不饱和 ❖ 深层有机物分解，溶解度随压力增加而增加
❖ 当地居民长期饮用被镉金属污染的河水和食用此水灌溉的含 镉稻米。
拿破仑之死和自贡恐龙绝灭之谜
❖ 法兰西第一帝国君主拿破仑于1821年在圣赫勒拿岛死去。
❖ 结果发现拿破仑的头发里砷的含量比正常人高出40倍，而圣 赫勒拿岛上的食用水中含有较多的砷。死于慢性砷中毒。
❖ 无独有偶，近年来我国科学家在研究国内外罕见的十分壮观 的我国四川省自贡市恐龙遗址时，发现这里大量石化了的恐龙 骨骼与残骸重重堆积的奇异景象竟同样是由微量元素砷所造成 的。
粒在下沉过程中吸附某些元素， ❖ 海气交换：某些元素在表层浓度高，深层浓度降低。
如Pb。 ❖ 热液过程：1965年在红海中央裂缝区域深达2000米
的海水中，出现了热盐水，其最深处的温度达到59.2 C，其中微量元素的组成和一般海水有很大的差异； 东太平洋的加拉帕戈斯裂缝，有海底热泉喷射，向海 水输送了大量的各种元素，使东太平洋海隆和加拉帕 戈斯裂缝附近的观测站处，海水中溶解态的锰的总含 量，明显地随深度的增加而升高。 ❖ 海水－沉积物界面交换过程：在海洋沉积物间隙水中， Ba、Mn、Cu等的浓度高于上覆的海水。这种差异， 促使其从间隙水向上覆水中扩散。
❖ 1.4.1海洋污染：直接或间接由人类向大洋和河口排放的各种 废物或废液，引起人类生存环境和健康的危害，或者危及海 洋生命的现象。
❖ 1.4.2海洋化学污染物： ❖ （1）碳氢化合物：主要指石油 ❖ 产生：运输中的泄漏；炼油厂废油输入海洋；海上事故；船
用内燃机燃料的不完全燃烧和邮轮压舱水的排放 ❖ 防治：化学分散剂；化学凝油剂；引燃法； 细菌分解法 ❖ （2）海洋中的重金属：汞，铅，镉（Cd），铬（Cr），铜 ❖ （3）合成有机化合物（含农药）：脂溶性，不断富集 ❖ （4）营养物质：富营养化，水华，赤潮 ❖ （5）放射性核素
❖ 长期食用被污染的鱼贝类引起的甲基汞慢性中毒。
痛痛病”
❖ 日本又一怪病。初期，患者只是感到腰部和手足等处关节疼痛， 后来又发展为神经痛、及至骨骼软化、萎缩、自然骨折、在剧 痛难忍中丧生。对死者进行尸体解剖发现，他们全身多处骨折， 有的竟达到73处，身高也缩短了几十厘米。这种病因不明的疾 患，就被称为“痛痛病”。
P海G洋,由进大入气大进气入. 海洋;若气相分压P‘G<液相分压PG,由 ❖ 海面状况等,如风速。扩散系数与风速的平方成正比 ❖ 气体种类：相同分压情况下，氧气的交换速率比氮
气快一倍 ❖ 温度：从5度到25度，扩散系数大致增加2倍
❖ 3.1 氧气 ❖ 溶解氧的补偿深度：从海水的一个水柱看来看，光
合作用的强弱取决与光线的强弱，在近表层光合作 用大于呼吸作用，随着深度的增加，光合作用减弱， 呼吸作用增强，在某一个深度下，溶解氧的生产量 恰好等于消耗量时，该深度称为溶解氧的补偿深度
❖ 生化需氧量（BOD）:在需氧条件下水中有机物由于 微生物的作用所消耗氧气的量。
❖ 化学需氧量（COD） ❖ 以上可以反映水体受有机物污染的情况
3.2 含硫气体和甲烷 海水中硫的主要存在形式是二甲基硫（DMS），是一种负温室
气体
❖ 原因：硫化氢具有较强还原性，在天然海水中往往会以重金 属硫化物形式沉入海底，而在海水中不占主要成分
1.3 放射性元素
❖ 来源： 天然放射源： ❖ 三大天然放射系 ❖ 宇宙射线与大气元素或其他物质作用的产物 ❖ 海洋中不成系的长寿命放射性核素
人工放射源： ❖ 核武器爆炸 ❖ 核动力舰船和原子能工厂排放的放射性废物 ❖ 高水平固体放射性废物向海洋的投放 ❖ 放射性核素的应用和事故
*1.4 海洋化学污染物
❖ 冬季：生物死亡，其残体缓慢下沉，随着深层回升 压力增加，有利于硅酸盐的再溶解作用，又缓慢释 放出部分溶解硅。
❖ 最后，未溶解的硅下沉到海底，加入硅质沉积中， 经过漫长的地质年代，重新通过地址循环进入海洋。
到了80年代初，原剧组220人中竟有91人患上了癌症，其中 有46人离开了人世。 他们用圣乔治沙漠的沙子布置内景，而 在圣乔治沙漠200千米以外的内华达州，有个美国原子弹试验 基地，腾空而起的蘑菇云，将放射性物质四处扩散，严重污 染了，才导致了众影星罹难的惨剧。
2 海水中的二氧化碳系统
重要性：海水中二氧化碳系统是维持海水有恒定酸度的重要原 因。海水的缓冲能力主要受二氧化碳的控制。
“疯猫跳海” ❖ 从1953年到1956年，在日本熊本县水俣湾附近的小渔村，一
向温顺的猫变得步态不稳，抽筋麻痹，最后疯狂地跳入水中溺 水而死，当时人们谓之“自杀猫”。
❖ 人群中出现了大批口齿不清、步态不稳、面部痴呆的患者，进 而发展为耳聋眼瞎，全身麻木，最后精神失常，他们时而酣睡 不醒，时而兴奋异常，身体弯曲成弓，高叫而死。