海洋化学第3章海洋中的常量元素

海水主要成分（S＝35）
元素
主要存在形式
平均浓度（g/kg) 氯度比值
逗留时间 (年)
Na Na+
10.76
0.555 56 8.3×107
Mg Mg2+
1.294
0.066 80 1.3 ×107
Ca Ca2+
0.4117
0.021 25 1.1 ×106
K K+
0.3991
0.206 0 1.2 ×107
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
三、海水主要成分中的阳离子
à海水中的Ca2+
Ca2+ in the Pacific (16°40‘S, 172°10‘W and 17°58‘S, 172°01‘W; Brewer et al., 1975)
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
三、海水主要成分中的阳离子
思考题： 1）海水主要成分有哪些？浓度大于1 mg kg−1的元素都是主要成分吗？ 2）主要成分阳离子中哪个元素的含量最高、最低？逗留时间如何？ 3）主要成分阴离子中哪个元素的含量最高、最低？逗留时间如何？ 4）什么是海水主要溶解成分组成的恒定比规律？其原因是什么？ 5）影响海水主要溶解成分恒定比关系的因素有哪些？ 6）海水中Ca2+/Cl比值会受到哪些因素影响？
0.0038 0.0034~0.0038 0.00316~0.00344
— 0.0033
－ － 0.00347 － －
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
二、海水主要成分及海水组成恒定性
3. 海水组成恒定性 à海水组成恒定性的原因（请同学分析讨论，参考第二章）
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
界所有的海水水样都含有同样种类的成分，这些成分之间具有非常接 近恒定的比例关系，而这些水样之间只有含盐量总值不同的区别”。 ●W. Dittmar仔细地分析和研究了英国“挑战者”号在环球海洋调查航行期 间从世界各大洋中不同深度所采集的77个海水样品，结果证实了 Marcet观测的普遍真实性。
这就是著名的Marcet-Dittmar恒比规律（海水组成恒定性规律）。
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
四、海水主要成分中的阴离子和硼
à海水中的硼
存在形式
H3BO3＋H2O
B(OH)4－＋H＋
KB′
=
aH+
[B(OH)
− 4
]
[H3BO3 ]
= 1.9 ×10−9
海水pH=8，则
[B(OH)4− ] = 0.19 [H3BO3 ]
因此海水中硼的主要形式是H3BO3。
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
二、海水主要成分及海水组成恒定性
2. 海水主要成分的特点 ●含量大于1×10－6（w/w）或1 mg kg－1。 S＝35的海水中主要成分含量如表3.1（教材第53页）。 ●性质稳定 －在海水中逗留时间较长（C除外。海水中C的结合种类复杂，τ值 难以确定），lgτ=5.7－8。 －生物活动影响较小，为“保守元素”。 －海水各主要成分含量之间具有恒定比关系（海水组成恒定性）。
à按元素含量和存在状态等特征综合分类（化学海洋学通常采用） ●海水主要成分
含量大于1×10－6（w/w），占海水总盐量的99.9%，共11种元素。 （含量大于1×10－6（w/w）的元素共14个，不包括H、O和Si。） ●海水微（痕）量元素 含量小于1×10－6（w/w），但不溶解气体、营养盐和放射性核素。 ●海水中溶解气体 常温下以气态存在的成分，如O2、N2、Ar、Kr、Ne、CO2等。 ●海水中的有机物 ●海水营养盐 N、P和Si。 ●海水中的放射性核素
和阴离子。 ● τ短的元素，在海水pH条件下易水解，如Al、Fe、Cr等元素。 ● τ约在104年左右的过渡元素，主要为微量元素，如Cd、Zn、Hg、
Cu、Co、Ni、Se、Sb等，有以下性质： 易形成配位化合物； 存在形式复杂； 易被吸着，含量低。
●受生物作用影响， τ较长（约为104 －106年）的元素，具有不保守 性质。
Ca/Cl((10-3) —
0.02122~0.02126 0.02154
0.02058~0.02128
0.02099 —
0.02156 — － － －
0.02120 0.02130 0.02085
Sr/Cl((10-3) —
0.000420 —
0.000413~0.00042 0
0.000445 — — — － － －
北太平洋
0.5553
0.06632~0.06695
西太平洋
0.5497~0.5561
0.06627~0.0676
印度洋
—பைடு நூலகம்
—
地中海
0.5310~0.5528
0.06785
波罗的海
0.5536
0.06693
黑海
0.55184
—
爱尔兰海
0.5495~0.5562
－
皮吉特海湾
0.5484
－
西伯利亚海
－
－
南大洋
逗留时间(年) Goldberg Broecker
(1971) (1982) 6.8×107 8.3×107 1.2 ×107 1.3 ×107 1 ×106 1.1 ×106 7 ×106 1.2 ×107 4×106 5.1×106
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
三、海水主要成分中的阳离子
逗留时间 (年)
1×108
7.9×106 7.9×104 1×108 5.2×105 1.3×107
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
四、海水主要成分中的阴离子和硼
阅读教材P61－63（包含了部分阴离子分析方法），请考虑：
●含量
●氯度比值及变异
●逗留时间
●存在形式（§4-3）
●影响恒定性的因素
àGoldschmidt分类（按元素地球化学平衡分类，详请回顾第二章） ●风化易溶解、性质较稳定，在海水中存留量较大的阳离子。 ●存留量大于0的阴离子。 ●存留量较低的微量元素。 ●易变价元素（过渡元素）。
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
一、海水中元素的分类
àBarth分类（按逗留时间分类，详请回顾第二章） ●τ≥105年，元素周期表中第一、二、六、七主族元素，包括阳离子
Sr Sr2+
0.0079
0.000 41 5.1×106
Cl Cl－
19.35
0.998 94 1×108
S SO42－，NaSO4－，MgSO4 2.712
C HCO3－, CO32－, CO2 Br Br－
0.142 0.0672
F F－, MgF+
0.00130
0.140 00 0.007 35 0.003 74 0.000 067
7.9×106 7.9×104 1×108 5.2×105
B B(OH)3, B(OH)4－
0.0256
0.001 32 1.3×107
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
二、海水主要成分及海水组成恒定性
3. 海水组成恒定性 －什么是“海水组成恒定性”规律/原理？ ●1819年，A. Marcet根据全世界各大洋不同海域的分析结果，提出“全世
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
一、海水中元素的分类
àBroecker分类（按生物作用的大小分类） ●生物制约元素：N、P、Si。 ●生物中等制约元素：Ca、C、Ba、Ra等。 ●生物非制约元素：Na、K、Rb、Cs、Mg、Cr、B、S、F、Cl等。
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
一、海水中元素的分类
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
一、海水中元素的分类
海水中已检出的元素有80多种，含量差异很大（见教材第436页 附表）。
对海水中化学元素，从不同研究角度有不同分类法。
例如 ●Goldschmidt分类 ●Barth分类 ●Broecker分类
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
一、海水中元素的分类
Chemical Oceanography
第三章 海洋中的常量元素
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4
海水主要成分和海水组成恒定性 海水盐度和氯度 海水主要成分存在形式：海水化学模型 海水碳酸盐体系
第三章 海洋中的常量元素
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
z海水中元素的分类 z海水主要成分及组成恒定性 z海水主要成分中的阳离子 z海水主要成分中的阴离子和硼 z影响海水组成恒定性的因素
0.000467 － －
SO42-/Cl(10-3） —
0.1393 0.1396~0.1397
0.1399
0.1399 0.1396 0.1414
— 0.1397
－ － － 0.1394 －
Br/Cl((10-3) 0.00337~0.00341 0.00325~0.0038
0.00348
0.0033
三、海水主要成分中的阳离子
元素
主要 存在形式
自由离子 %
平均浓度 （g/kg)
Na
Na+
Mg Mg2+
Ca
Ca2+
K
K+
Sr
Sr2+
82.78 47.70 43.0 78.11
10.76 1.294 0.4117 0.3991 0.0079
氯度 比值
0.555 56 0.066 80 0.021 25 0.206 0 0.000 41
§3-1 海水主要成分和海水组成恒定性
五、影响海水组成恒定性的因素