第四章_海水的化学组成和特性

脂Байду номын сангаас
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硅 Silicon
主要以溶解硅酸盐和悬浮二氧化硅两种形式存 在。 硅是硅藻(Diatom)生长必需的营养盐。含硅海 洋生物的残体沉降到海底后，形成硅质软泥， 是深海沉积物的主要组分。
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营养盐平面分布
1、沿岸、河口水域的含量高于大洋－人类 活动和大陆径流 2、太平洋、印度洋高于大西洋－水文状况 和沉积作用 3、大洋中高纬度海域高于低纬度海域－生 物活动
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Importance of Humanproduced Greenhouse Gases This diagram shows the relative importance of the major humanproduced greenhouse gases to current warming. CO2 is the most important followed in descending order by methane, CFCs, ozone and nitrous oxide.
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海洋中重金属污染
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
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重金属污染
二类海水 一类海水
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重金属对海洋污染的来源、途径和污染危害趋势
元素 Ag As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Se V Zn 世界产量 103t/y 10 39 17 22 2800 6000 10 660 3000 1 12 5300 大气输入 103t/y 0.07 0.7 10 0.7 20 250 3.2 300 300 0.5 12 6700 河流输入 103t/y 10 37 1.1 15 240 250 3.5 170 150 7 312 600 残留时间a 103y 12.3 85 62 3.7 22 22 26 246 0.4 84 56 18.5 污染途径 河流 倾废 河流、大气 河流 河流 倾废、河流、大 气 河流、大气 河流 大气、河流 大气 大气 倾废、河流、大 气 污污危害趋 势b Ⅱ(L) Ⅲ(L) Ⅲ(L) I(L) I(L) Ⅱ(L) Ⅳ(R) I(L) Ⅳ(W) Ⅱ(L) I(W) Ⅱ(L)
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铁假说
面对日益严重的温室效应，科学家束手无策，人 心惶惶。却有 一位海洋学家，异想天开，提出 一个十分简单的解决之道：把100万吨的铁粉撒 在南极样上即可。这个【铁假说】引起学术界一 片哗然。 「你给我半条船的铁，我给你一个冰河时 代！ 」 ──馬丁
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海洋成为生命的摇篮
海水的pH值约为8.1，海水具备缓冲溶液性质，使得 pH值变化很小，因此有利于海洋生物的生长。 海水弱碱性有利于海洋生物利用CaCO3组成贝壳。 海水中溶解无机盐为植物生长提供必需营养盐、微 量元素。 大洋水体大，比热大，温盐变化小，生物环境较稳 定，洋流等水平（铅直）方向水交换，保证大洋水 体热盐较长时间内维持相对稳定。 海水的CO2含量足以满足海洋生物光合作用的需要， 因此海洋成为生命的摇篮。
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2、大洋深层营养盐水平分布
深层水经大西洋印度洋到达北太平洋。 运动过程中，接受上层沉降作用，营养盐不断富集，使 得流经海域海水营养盐含量增高。 31
3、中高纬度大于低纬度
营养盐 光照 营养盐 80°
光照随纬度升高而减弱； 营养盐随纬度升高而增大。
50°
光照 30°
冬季
春季
夏季
一般气体在海水中的溶解量与 其在大气中的分压成正比，但 CO2例外，CO2与水有反应， 因此提高了它在海水中的浓度。 藻类光合作用消耗CO2，产生 有机物和氧气。因此，大部分 地区的海水表层CO2是不饱和 的 深层水由于下沉有机物的分解 含有较多的CO2 临界深度-光照衰减至不能满足 光合作用需要 13
表层（0~80m）DO最高，随深 度增加DO（80~200）递减 表层光合作用较强，DO高 深层（200m下）含量较低且较 稳定 光照弱，光合作用弱，DO低 在某一深度，溶解氧的生产量等 于消耗量。该深度即为溶解氧的 补偿深度。 近岸补偿深度1~2m，马尾藻海 100m，平均20m。 O2测量：碘量法
秋季
冬季
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光、营养盐—影响初级生产力
营养盐
纬度
营养盐浓度
70 50
极地生产力
光照强度
营养盐 营养 盐
温带生产力 30 光照 热带生产力
冬季 春季 夏季 秋季 冬季
光照 光照 5 10
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中纬海域生产力季节变化
季节性温跃层3月形成，5月增强，7～8月强盛，9月消 衰；夏季跃层形成使得对流混合不能达到海底，表层 营养盐得不到及时补充，含量较低，成为生产力的限 制因子；冬季光照成为初级生产力限制因子 初级生产力即植物利用光合作用单位时间内合成有机 物能力，受光照、营养盐含量等多因素制约，只有当 各因素同时满足条件，初级生产力才能形成高峰 冬季光照较弱，限制初级生产力，对流混合深度较深 因此积累大量营养盐；春季光照逐渐增强，生产力形 成一次高峰；夏季由于跃层形成，对流混合深度变 浅，使得营养盐得不到补充，生产力逐渐降低；秋季 跃层逐渐消衰，对流混合深度增强，营养盐补充增 34 加，初级生产力出现第二次高峰。
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生物泵
海洋植物能够吸收大气中CO2，将CO2以有 机物形式固定在海水中，有机物经过食物链 传递，最后以碳酸钙形式沉降到海底，该过 程称为生物泵－减少大气中CO2含量 减轻温室效应途径之一—增加海洋中植物生 物量；
赤道、两极硝盐和磷盐丰富，生物量很低，可能
是因为铁的限制。向该海域中增加微量铁盐，可 以提高藻类的增殖速度，从而吸收更多的CO2。
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DMS与DMSP
二甲基硫，DMS，CH3-S-CH3, 二甲基硫丙酸，DMSP ，（CH3）2-S-（CH2）2-COOH

DMSP是海藻体内渗透剂，具有调节细胞渗透压的作用。 DMSP通过酶解或者直接释放到海水中，然后在碱性条件 下分解为DMS和丙烯酸。 DMS进入大气后，氧化生成二氧化硫、甲基磺酸、硫酸 等，对全球气候变化有重要影响，同时与酸雨、酸雾的形 成有关。 目前国际国内对DMS/DMSP的研究倍受关注。
2.2mmol/kg =CO32- + HCO3-+ H2CO3 + CO2
二氧化碳的电解方程使得海水具有一定缓冲 能力，确保海水保持相对稳定的pH值
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CO 气体
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CO2（mmol/kg） 200
深度（m）
海水中CO2铅直分布
大气中CO2含量
夏威夷和南极CO2含量近20 年增加了20个 ppm。 CO2可显著吸收海水和陆地 发出长波辐射而让太阳短波 辐射顺利通过，故CO2含量 高时易形成温室效应
第四章 海水的化学组成和特性
化学海洋学是用化学的原理和方法解决海洋 中有关问题的科学，基本内容就是研究海水 的化学组成和特性


掌握 : 主要成分 海水中CO2存在形式及浓度 营养盐分布及变化规律 海洋污染及种类
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第一节 海水化学组成
海水化学组成包括：
纯水：965.3‰ 溶质：34.7‰ 1、主要成分 2. 气体：氧气、氮气、二氧化碳、惰性气体 等 3.营养元素：N、P、Si等 4.微量元素：Ca、Mn、Zn等 5.有机物质：氨基酸、叶绿素等
用一部分溶解有机氮化合物(Dissolved Organic Notrogen ，DON)，但是吸收量甚少。
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磷 Phosphorus
溶解态无机磷酸盐 DIP
HPO42-,PO43-, polyphosphate（多磷酸盐）
溶解态有机磷酸盐 DOP 颗粒态磷酸盐 PP
颗粒态无机磷酸盐 PIP：磷矿-主要是磷灰石。 颗粒态有机磷酸盐 POP：核酸、ATP、细胞膜磷
石油等碳氢化合物－生态恶化； 重金属－易被生物体富集； 农药等合成有机物－难分解； 生活污水和有机废物－富营养化； 放射性物质； 热污染。
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碳氢化合物污染物
海上石油运输导致泄露: (5-10)X106t/y流入大 海，约2/3是在运输途中泄露，1/3是炼油厂的 废油和其他工业废水中的碳氢化合物流入海中。 大部分海洋石油污染则是来自船用内燃机燃料 的不完全燃烧和油轮压舱水的排放。 溢油对食物链中的大部分海洋生物有毒。
溶解氧（DO）在海水中分布 O2
200
补偿深度
深度
呼吸
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光合
海水中的气体－O2
生化需氧量（BOD）：需氧条件下有机物由 于微生物的作用所消耗氧气的量。 一般用20℃下培养5天－5日生化需氧量， 记为BOD5 化学耗氧量（COD）：向海水中加入氧化 剂，反应后将消耗的氧化剂的量换算成氧 的毫克数。
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海水主要成分
主要成分：浓度＞10-6mg/kg的成分，约占溶质 99.9%。
阳离子：Na+，K+，Ca 分子：HBO3
2+，Mg 2+，Sr 2+
阴离子：Cl-，SO42-， HCO3-， Br-，F-
• 这些成分在海水的含量较大，各成分的浓度比例 近似恒定，生物活动和总盐度变化对其影响不 大，也称为保守元素。


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§4.4 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 “生源要素”。
海水中痕量Fe，Mn，Cu，Zn，Mo，Co，B等元素，也 与生物的生命过程密切相关，称为“痕量营养元素”。
营养元素在海水中含量很低，在海洋表层成为海洋初级生 产力的限制因素，又称它们为“生物制约元素”(the biological limiting elements)。
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第二节 海水中的二氧化碳系统
二氧化碳溶解于海水中，存在电解方程
CO2+H2O → H2CO3 → H++HCO3- → 2H++CO32-
Ca2++CO32-=CaCO3 CO2在海水中存在形式：CO32-、HCO3-、H2CO3+ CO2 浓度： HCO3- >CO32-> CO2 （pH值8.1） 海水总二氧化碳中含量约2.2mmol/kg
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氮、磷、硅的主要存在形式
氮 nitrogen的主要存在形式：

在各种形式的氮化合物中，能被海洋浮游植物直接利用
的是溶解无机氮化合物(Dissolved Inorganic Nitrogen， DIN)，包括硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐。
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氮是构成海洋生物体内蛋白质、氨基酸的 主要组分。
海水中无机氮化合物被同化为植物细胞中的氨基酸。 此外，近年来的一些研究表明，还原浮游植物也会直接利
来源：岩石风化产物、河流径流 含量：周期表两端元素较高（除惰性气体）
微量元素：海水中除了14种主要元素浓度大于 10-6mg/kg外，其余元素浓度值均低于此值，这 些元素即为微量元素
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海洋污染
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，引起对人类生存环境和 健康的危害，或者危及海洋生命的现象。 分为：
AMPLIFIED GREENHOUSE EFFECT
Higher concentrations of CO2 and other "greenhouse" gases trap more infrared energy in the atmosphere than occurs naturally. The additional heat further warms the atmosphere and Earth’s surface.
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海水中的气体
气体 与生物相关:CO2、O2 与生物无关：N2、惰性气体
决定海水中气体含量首要因素是大气中气体含 量，如果没有生物活动，海水中气体含量应与大 气中该气体含量成正比。 实际含量因生物活动会产生显著变化，两者之差 反映海水中生物活动。
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海水中的气体－O2
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合成有机化合物- DDT杀虫剂
化学名为双对氯苯基三氯乙烷，化学式 (ClC6H4)2CH(CCl3)。是有效的杀虫剂。为20世 纪上半叶防止农业病虫害，减轻疟疾伤寒等蚊蝇 传播的疾病危害起到了不小的作用。 1948年，瑞士科学家米勒因合成高效有机杀虫剂 DDT获诺贝尔生理学或医学奖。 在环境中非常难降解，并可在动物脂肪内蓄积。 从70年代后滴滴涕逐渐被世界各国明令禁止生产 和使用。