第三章海水中的溶解气体介绍

大气的气体组成
现代大气的气体组成
大气中的常量气体组分含量变化较小（H2O、 CO2除外）； 微量气体主要来自生物学过程、人类活动和光 化学过程，含量有一定的变化； 痕量气体由于主要来自人类活动和生物过程， 故含量变化很大。
大气气体的分布
大气各种气体的分布受控于它们的分子量与停留时间。 一般而言，分子量大的气体（Xe、Kr）相对富集于接近 地表的大气中，而分子量小的气体（H2、He）则在高空 中含量较高。 停留时间长的气体（如CH4停留时间为7a），其在大气 中的分布比较均匀，而停留时间短的气体（如H2O停留时 间为6-15d），其含量空间变化较大，受其来源与迁出作 用的影响比较明显。
常量气体（N2、O2、Ar、H2O、CO2，含量>100ppm）； 微量气体（Ne、He、CH4、Co等，含量为ppm）； 痕量气体（O3、NO、N2O、SO2、CCl2F2、CF4、NH3等， 含量为ppb或ppt）； 自由基（如OH•等）组成。 除气体外，大气也含有一些凝结相，如云团、气溶胶等，它 们由H2SO4、HNO3等组成。
大气含硫组分
由含硫燃料的燃烧和地球生物产生的还原硫组分 在大气中会被氧化成H2SO4，进而促进云冷凝核的 形成，影响大气对阳光的反照率，从而影响地球气 候。 海洋中的鞭毛虫、颗石藻和藻青菌等生物也会产 生二甲基硫（DMS）并释放到大气中，进而促进云 的形成，导致地球气候的变冷。
几种温室气体的特性
大气的气体组成
大气层的结构
火箭，人造卫星 所在高度
臭氧层在平流层 飞机飞行高度
大气的气体组成
大气气体组成的历史演化
距今约45亿年，地 球大气组分主要由 N2、CO2、H2O、 CH4等构成。 距今约25亿年，地 球大气组分演化成 以N2、O2、Ar等构 成。
大气的气体组成
现代大气的气体组成
道尔顿气体分压定律
一定体积的混合气体，其总压力等于各组成气体分压之和。
PT=PN +PO +PAr+PH O +……
2 2 2
假设这些气体服从理想行为，则每种气体的分压为:
Pi=niRT/V
干空气中，各种气体的组成可以用摩尔分数表示：
xi=ni/nT=Pi/PT
对于非理想状态下的气体，可用范德华状态方程来描述：
二氧化碳
CO2是人类排放的“温室”气体的代表，其对人为 “温室”效应的贡献约占64%。 工业革命前，大气中的CO2含量为280ppm，现在大 气中的含量已达到约370ppm。 大气中CO2的人为来源主要包括：森林砍伐（贡献 约3.5%）、其他的土地利用变化（贡献约19.1%）、 煤炭燃烧（贡献约31%）、石油燃烧（贡献约31.4% ）、天然气燃烧（贡献约12.9%）以及化学品制造（ 贡献约2%）。
第三章
海水中的溶解气体
内 容
引言 大气的气体组成 气体的溶解度 海-气界面气体交换 海洋中的非活性气体 溶解氧 微量活性气体
引 言
气体参与了海洋生物地球化学循环的方方面面
海洋有机物的生物地球化学循环在很大程度上受控于光合 作用与代谢作用之间的平衡。 除生物光合作用现场产生O2外，大气中O2的溶解也会向 海洋表层水提供O2。表层水溶解O2能力的强弱对于深海 中的生命具有重要的影响。 CO2等气体会通过海面进行海—气交换，海洋吸收CO2的 能力将直接影响全球气候，而另外一些气体在海—气界面 的交换将有可能影响臭氧层。 了解这些气体组分的循环对于阐明地球环境变化机制具有 重要意义。
氟氯烃（CFCs）
氟氯烃（CFCs）不是自然产生的，而是人类活动 产生的化合物，在1950年以前几乎不存在。 最常见的CFCs包括CCl3F（CFC-11）、CCl2F2 （CFC-12）、CCl3F（CFC-113）和CCl4，它们在 现代大气中的浓度分别为280 pM、503 pM、82 pM 和132 pM。
甲烷
工业革命前含量为0.28 ppm，现在约为1.8 ppm， 增加了5倍多； 它目前的增长速度为每年0.7%，比CO2增加得快， 但其增长速度在过去10多年中不断减少； 大气CH4的来源并不固定，其可能主要通过生物量 燃烧、稻谷耕种、反刍动物肠内发酵及随后的肠内瘴 气排放等，此外，煤的开采、天然气钻井及其输送以 及地下垃圾发酵等也会释放CH4。
大气各组成气体随高度的变化
温室气体
H2O CO2 CH4 O3 NO 氟氯烃（CFCs） ……
水蒸汽
水蒸汽是大气中最重要的“温室”气体，其“温 室”驱动效应较任何其他气体来得强，当它凝结成 液相时，就产生了云、雾或霾，会对地球大气的辐 射收支产生明显影响。 大气中水蒸汽的浓度一般在0.2%-2.5%之间，在 热带极端潮湿的环境中可达3%。
(Pi+ni2a/V2)(V-nib)=niRT
尽管空气中主要气体组分的摩尔分数不会随地理 位置和高度（95 km以下）而变化，但水蒸汽的含 量会有明显的变化，因此，要计算给定温度下空气 中各种气体的分压，必须对湿度进行校正，把湿空 气换成干空气。
臭氧
既有用又有害，它不仅发射长波辐射充当一种“ 温室”气体，而且截Βιβλιοθήκη Baidu和吸收太阳的紫外辐射。 紫外辐射中具有显著生物效应的成分被分为三部 分： 315-400 nm UVA（长波紫外线） 280-315 nm UVB（中波紫外线） 100-280 nm UVC（短波紫外线） O3吸收的紫外线波峰在250-350 nm，它与大气颗 粒和云一起将有害的UVB辐射降低至不危害地表生 物的水平。
•表
主要排放温室气体对温室效应的贡献(%)
CO2 55 CH4 15 N2O 6 CFC 24
专家采用全球变暖潜能值GWP(Global Warming Potentail) 表达其对温室效应的贡献 各种温室气体的增温效应比较
气体 二氧化碳（CO2） 甲烷（CH4） 氮氧化合物（N2O） 氟氯碳化物（CFCs） 全氟碳化物（PFCs） 六氟化硫（SF6） 增溫效應（以二氧化碳作為基準） 1 23 310 140~11700 6500~9200 23900