第7章 海洋有机地球化学
海洋地球化学绪论课件
海洋地球化学的概念及研究内容海洋地球化学主要参考书1. 赵其渊等编，海洋地球化学，地质出版社，1989 （青岛海洋大学）2. Roy Chester, Marine Geochemistry(2nd ed.), Oxford: Blackwell Science Ltd, 19993. 张正斌、陈镇东、刘莲生、王肇鼎著，海洋化学原理和应用——中国近海的海洋化学，海洋出版社，19994. 张经主编，中国主要河口的生物地球化学研究，北京，海洋出版社，19965. 赵一阳、鄢明才，中国浅海沉积物地球化学，北京，科学出版社，19945. 宋金明著，中国近海沉积物-海水界面化学，海洋出版社，19976. 陈松等著，海洋沉积物-海水界面过程研究，海洋出版社，1999海洋地球化学的定义李法西（1987）研究海洋中化学物质的含量、分布、形态、转移和通量的学科。
它是地球化学中以海洋为主体的一个分支，也是化学海洋学的主体。
赵其渊（1989）海洋地球化学是地球化学的新兴的分支学科，是地质学、海洋地质学、海洋学和海洋化学相结合而形成的边缘科学，它集中研究海洋环境下的各种地球化学作用过程和在这些过程中化学元素的行为规律和自然历史。
胡明辉（1998）* 研究海洋中物质的来源、迁移、转化及循环过程* 研究全球海洋收支（budget）平衡（balance）* 研究各种界面过程及物质的输入输出通量例子1：海洋中Mg的收支不平衡（imbalance）问题海洋中Mg的通量(1012mol/yr) ：河流输入：+ 8.0大气再循环：-0.5 -6.3 （？）离子交换：-1.2问题：Mg到哪里去了？——海洋化学（溶液化学时代）长期未能解决的一个悬案70年代末~ 80年代初，MIT的Edmond等开展海底热泉活动的化学通量研究，发现镁的热液输出通量与河流通量相当，解决了长期未决的海洋主要物质不平衡（balance）的悬案，同时也补足了一份海洋物质收支平衡的较完整的清单。
地球化学中的有机地球化学
地球化学中的有机地球化学地球化学是一门研究地球化学元素的分布、运移、化学特性及其在地球圈层中的变化规律的科学。
有机地球化学则是研究有机物质在地球中的分布、特性、形成与演化的学科。
它是现代地球化学领域中的一个分支，与矿物地球化学、水文地球化学等有机结合，构成了地球化学研究的核心内容。
本文将从有机地球化学的研究对象、有机质的主要成分、有机地球化学古气候学、有机地球化学与环境科学等几个方面结合实例进行阐述。
一、有机地球化学的研究对象有机地球化学的研究对象包括石油、煤炭、天然气、沉积岩石等。
这些物质均含有不同程度的有机质，是现代人类社会生产生活的重要能源与原料资源。
石油、煤炭、天然气是含碳量极高的有机物，其成分除了含碳之外，还含有氢、氮、硫等元素。
石油和天然气是构成地球深部烃类资源的主要成分，而煤炭则是由大量的植物残骸在地质历史长期压缩和化学反应形成的，是地球上储量最丰富的燃料。
沉积岩石则是指岩石中含有可见的、经过生物化学反应后形成的化石和其他有机标志物的沉积物。
有机质最为集中的地方是深度较浅的沉积岩系。
研究沉积岩石中的有机质，有助于了解岩石的沉积环境、沉积旋回、海水温度、海平面变化等。
有机质通常包括一系列的生物标志物，如芳香烃、脂肪烃等，这些标志物具有结构独特、成分多样、稳定性高的特征，可以用来将岩石的沉积环境重建出来。
二、有机质的主要成分有机质的主成分是有机碳、有机氮、有机硫、有机氧等元素的有机物。
为了更好的理解有机质和岩石成因的关系，我们需要掌握有机质的具体特征。
（1）碳同位素组成燃料油、煤中的有机碳含量可以用碳同位素组成进行表征。
碳同位素组成是指不同样品中碳的不同原子量之间的比例，以表征碳源以及化学分馏过程。
同位素测量得到的结果是以δ13C ‰ (PDB) 的形式表示的。
其中δ13C为样品同位素组成相对于标准物质Pee Dee Belemnite（PDB）的偏移值，计算公式如下：δ13C ‰ (PDB) = [(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB - 1] × 1000‰（2）生物标志物分析生物标志物分析是有机地球化学中的重要研究手段之一。
第七章 生物地球化学循环(一)
第7章生物地球化学循环第1节土壤的组成第2节土壤的性质第3节物质循环与土壤形成第4节土壤分类与土壤类型第4节生态系统的组成与结构第6节生态系统的能量流动第7节生态系统的物质循环第8节地球上的生态系统引子：生物地球化学循环概述一、何谓生物地球化学循环？1.概念：生命有机体及其产物与周围环境之间反复不断进行的物质和能量的交换过程。
2.过程：物能的吸收-同化-排放-分解-归还-流失3.性质：非封闭的循环（进入土壤、岩层、海底）4.主体：生物和土壤5.循环的介质：水和大气二、人类对生物地球化学循环的影响1.大气、水体、土壤的污染2.污染物质的迁移、转化和集散3.对人类健康的威胁第1节土壤的组成引言：土壤与土壤肥力1. 土壤：在陆地表层和浅水域底部、由有机和无机物质组成、具有肥力、能生长植物的疏松层。
2.土壤的本质是肥力，指土壤中水、热、气、肥（养分）周期性动态达到稳、匀、足、适地满足植物需求的能力。
3. 土壤是一种类生物体代谢和调节功能比生物弱（如温度）不具有生长、发育和繁殖的功能不具有功能各异的器官一、土壤的无机组成1. 原生矿物：在物理风化过程中产生的未改变化学成分和结晶构造的造岩矿物。
土壤中各种化学元素的最初来源；土壤矿物质的粗质部分；经化学风化分解后，才能释放并供给植物生长所需养分。
2. 次生矿物：岩石在化学风化过程中新生成的土壤矿物，如粘土矿物。
土壤矿物质中最细小的部分；具有吸附保存呈离子态养分的能力，使土壤具有一定的保肥性。
二、土壤的有机组成1.原始组织：包括高等植物未分解的根、茎、叶；动物分解原始植物组织，向土壤提供的排泄物和死亡之后的尸体等。
土壤有机部分的最初来源2.腐殖质：有机组织经由微生物合成的新化合物，或者由原始植物组织变化而成的、比较稳定的分解产物，呈黑色或棕色，性质上为胶体状（颗粒直径<1μm）。
具有极强的吸持水分和养分离子的能力，少量的腐殖质就能显著提高土壤的生产力。
土壤中生活的重要生物类群三、土壤水分1.土壤水分通常是以溶液的形式存在的。
海洋地球化学
海洋地球化学海洋地球化学是研究海洋中化学元素和化合物分布、运移、转化的科学。
它是地球化学的分支学科之一，涉及海洋与陆地、大气、地球内部之间的关系，研究的对象包括海水中的主要元素和微量元素、溶解气体、固体物质、有机物、微生物等。
海洋地球化学的研究对于了解地球历史演化和环境变化，以及探索海洋资源、保护环境具有重要的理论和实际意义。
一、海水成分及循环过程海水成分主要包括溶解的离子和混合的物质。
其中，主要离子有Na+、Cl-、Mg2+、SO42-、Ca2+、K+等，呈现明显的非均衡态分布。
海水中的物质不断受到陆源输入、沉积物物质释放、生物作用、大气输入等多种因素的影响，引起其成分和性质的变化。
海水循环包括大气输入、滨海带循环、深海底泥循环等过程。
二、海洋生物地球化学海洋生物地球化学是研究海洋生物和与环境之间的相互作用及其化学过程。
生物在海洋生态系统中起着重要的作用，海洋生物可以参与或调节一系列关键的化学过程，为世界的碳循环贡献重要的力量。
海洋生物地球化学研究涉及到海洋生态学、海洋微生物学等多个学科。
三、海洋污染与治理由于工业化和城市化的发展，海洋污染问题日益凸显。
海洋对于全球气候和环境的影响是极其重要的，其受到的污染严重影响着人类的生存和生态平衡。
海洋污染治理包括源头控制、处理和减轻、绿色海洋建设等多种手段。
海洋科学家要密切关注海洋污染的现状和趋势，积极开展治理工作。
综上所述，海洋地球化学是一门重要的学科，具有广泛的研究内容和实践意义，其研究成果对于维护海洋生态环境，提高生态气候变化认识等都有重要的作用。
这门学科相当复杂，需要多个学科的知识支撑，需要不断探索新的科学方法和技术手段，才能更好地推动海洋地球化学的发展。
海洋化学 复习重点
元素逗留时间:某元素以稳定速率向海洋输送，将海水胸该元素全部置换出来所需要的时间（单位:年）称为该元素的逗留时间。
前提条件 1.稳态 2. 元素在海洋中是均匀的海洋“稳态”原理: 海洋中各元素的含量（供给和从海水中去除）处于一种动态平衡的状态。
dA/dt=0 各元素含量不随时间改变保守性元素:海洋中的浓度表现为无变化或几乎无变化的元素。
非保守性元素:海洋中的浓度表现为随位置变化而变化的元素。
恒比规律: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。
海水盐度:是指海水中全部溶解固体与海水重量之比，通常以每千克海水中所含的克数表示。
海水氯度简称“氯度”:早期定义为：一千克海水中所含的溴和碘由等当量的氯置换后所含氯的总克数。
单位为“克/千克，符号为Cl‰。
为了使氯度值保持永恒性，便于相互比较，克努森和雅科布森在1940年提出新的定义：沉淀0.3285233千克海水中全部卤素所需银原子的克数，即为氯度。
标准海水:经过放置和严格的过滤处理，调整其氯度为19.38‰左右（其氯度值准确测定到0.001‰）的大洋海水。
中国标准海水由中国海洋大学生产，其氯度值与中国海平均氯度数值相近，在17—19‰左右。
实用盐度标度:将盐度为35的国际标准海水用蒸馏水稀释或经蒸发浓缩,在15℃时测得的相对电导比.绝对盐度:符号SA，定义为海水中溶解物质的质量与溶液质量的比值营养盐:一般指磷、氮、硅元素的盐类。
营养盐再生:在真光层内，营养盐经生物光合作用被吸收，成为生物有机体组成部分，生物体死亡后下沉到真光层以下，有机体分解、矿化，营养元素最终以无机化学形式返回到海水中的过程为营养盐再生。
铁假说:离子缔合:两个异号电荷离子相互接近到某一临界距离形成离子对的过程。
EH:通称氧化还原电位，氧化还原反应强度的指标。
PH:指氢离子浓度指数,是指溶液中氢离子的总数和总物质的量的比。
1.大气的气体组成可分为不变气体成分和可变气体成分两部分：不变气体成分（11种）主要成分：N2、O2、Ar 微量成分：He、Ne、Kr、Xe、H2、CH4、N2O；可变气体成分：CO2、O3、NO2、CO、SO2、NH3、H2O2.生源: CH4、NH3、 N2O、 H2、 CS2、 OCS 光化学: CO、 O3、 NO2、 HNO3、 OH、 HO2、H2O2、 H2CO 闪电: NO、HO2 火山: SO24.真实气体（ Vander Waals方程）式中，a、b为范德华常数。
《海洋生物地化循环》PPT课件
CaCO3骨 骼
钙化作用CaCO3
浮游动物和游泳动物
分 解
细菌
深海沉积物
游离溶解CO2
呼吸
浮游植物光合作用 溶解和颗粒性碎屑
可燃冰
4.3 提高海洋初级生产力的途径
马丁理论（the iron hypothesis ） John Martin(1935-1993)
“Give me a half tanker of iron, and I will give you an ice age. ”
Nitrogen (N), phosphorus (P) and Silicon (Si) is a major
nutrient requirement for phytoplanktons.
Why phytoplankton need Fe
Fe is required for efficient photosynthesis, as photosystem II requires 2 atoms of Fe. In low dissolved Fe conditions inactivation of photosystem II can be as high as 50%.
在未来十年，我国将投入8.1亿元对这项新能源的 资源量进行勘测，有望到2008年前后摸清可燃冰 家底，2015年进行可燃冰试开采。
可燃冰的开采是一柄“双刃剑”！
甲烷与CO2一样，也是一种温室气体，但是甲烷的 温室效应几乎是CO2的10倍。
如果埋藏在海底下面的天然气水合物突然释放出 来，就可以在短时期大幅度改变大气中的温室气 体含量，引起气候突然变化；
第七章 海洋生物地化循环
第七章 海洋生物地化循环
海洋有机物的来源和作用研究
海洋有机物的来源和作用研究海洋与人类息息相关，占地球表面的71%都是海洋，而海洋中却存在着许多未知之物。
其中一项重要的研究领域便是海洋有机物的来源和作用。
一、海洋有机物定义和分类海洋有机物（Marine Organic Matter, MOM）指的是海洋水中、海洋沉积物及海洋生物残骸等中含有的各种碳化合物。
简单地讲，就是海洋中含有的有机物质，它们可以是沉积物、浮游生物、植物残留物和死亡生物体等。
海洋有机物可以分为两大类：溶解有机物和颗粒有机物。
其中，溶解有机物指的是分子小、溶于水中的有机物；颗粒有机物则指的是有机物粒子、藻类和浮游生物等。
两者在生物地球化学过程中都占据重要地位，由此引出了海洋有机物的来源与作用的研究。
二、海洋有机物的主要来源海洋有机物来源具有多样化特点，远不止是简单的生物体或生命过程带来的。
它们可以来自陆地、大气、深海和地下水等多种不同的渠道：1.陆地输入陆地输送是海洋有机物重要的来源之一。
地球大陆被很多大大小小的河流所侵蚀，经过千万年的水流冲刷，陆地上的生物体和植物、动物遗骸等，都会随着水流进入海洋，逐渐贡献一部分有机物。
因为溶解有机物与颗粒有机物之间的交换作用，颗粒有机物可以漂浮，若不被吞噬，会随海流进入深海，这实际上是一种吸附了有机分子的胶体。
2.海洋中自身产生海洋中还存在着多种有机物质的合成和分解反应，比如生物物质降解、光合作用、细菌代谢产物等等。
这些作用进一步影响着海洋环境中的有机质分布，这就是海洋有机物发生的一些自我生态过程。
3.深海和大洋中的有机物在海洋中，海底降解和深海喷流等不同的过程不断形成和释放新的有机物质。
正是这些过程使颗粒有机物比溶解性有机物的浓度高出很多，而颗粒有机物是深海中有机物的主要来源之一。
三、海洋有机物的生态作用海洋有机物虽然不是被大众所知的话题，但其作用却是相当的重要。
这里我们介绍几个方面的作用：1.海洋产生大部分的氧通过光合作用过程，海洋中的藻类和其他植物会释放氧，这种释放的氧量占据了地球大气层中一部分的氧供应。
《地球化学》章节笔记
《地球化学》章节笔记第一章：导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义：地球化学是应用化学原理和方法，研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支，同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象：- 地球的固体部分，包括岩石、矿物、土壤等；- 地球的流体部分，包括大气、水体、地下水等；- 地球生物体，包括植物、动物、微生物等；- 地球内部，包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容：- 地球物质的化学组成及其时空变化；- 地球内部和外部的化学过程；- 元素的迁移、富集和分散规律；- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用；- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法：- 野外调查与采样：包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等；- 实验室分析：包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）等；- 地球化学数据处理：包括统计学分析、多元回归、聚类分析等；- 地球化学模型：建立地球化学过程的理论模型和数值模型；- 同位素示踪：利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义：- 揭示地球的形成和演化历史；- 了解地球内部结构、成分和动力学过程；- 探索矿产资源的形成机制和分布规律；- 评估和治理环境污染问题；- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡；- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程：- 起源阶段：19世纪初，地质学家开始关注矿物的化学组成；- 形成阶段：19世纪末至20世纪初，维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础；- 发展阶段：20世纪中叶，地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展；- 现代阶段：20世纪末至今，地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉，形成新的研究领域。
中国海洋大学 化学海洋学(海洋化学) 课程大纲
附件2：中国海洋大学化学海洋学（海洋化学）课程大纲（Chemical Oceanography）【开课单位】化学化工学院【课程模块】专业知识【课程编号】【课程类别】必修【学时数】64 （理论64 实践）【学分数】 4一、课程描述本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。
（一）教学对象面向化学（海洋化学）国家理科基地3年级本科生开设。
也可作为化学（应用化学方向）、海洋科学、海洋技术等专业本科生选修课程。
（二）教学目标及修读要求1．教学目标通过课堂讲授和讨论，结合《化学海洋学实验》、《海洋学和海洋化学专业实习》等教学环节，使学生掌握海洋化学的基础知识、基本概念和基本理论，包括海洋中各种化学成分的含量、性质、特点、存在形式、分布、迁移变化规律以及相关研究方法等内容。
在此基础上，使学生了解海洋化学研究需综合考虑的因素以及与物理海洋学、生物海洋学和海洋地质学等其它海洋分支学科的联系，了解当前海洋化学研究的热点和发展方向，了解与资源、环境与可持续发展相关的问题，为学习其它海洋化学专业课程和将来从事海洋科学研究打下基础。
2．修读要求化学海洋学是化学与海洋学交叉的一门边缘学科，是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的科学，是化学（海洋化学）方向的专业基础课程。
学生应掌握无机化学、分析化学、有机化学、物理化学（上）和海水分析化学、海洋学II的理论知识，掌握无机化学实验、分析化学实验、物理化学实验（上）和海水分析化学实验的基本技能。
（三）先修课程海洋学II。
二、教学内容第一章绪论1．主要内容1.1 化学海洋学的内容和特点1.2 化学海洋学的历史与发展1.3 化学海洋学的研究意义和作用2．教学要求理解化学海洋学的主要内容和特点，了解海洋化学的历史与发展，及其研究意义和作用。
第二章海洋的形成和海水的组成1．主要内容2.1 海洋的形成与海水化学组成的演化2.2 海洋中元素的平衡和元素逗留时间2.3 海洋中元素的分布2．教学要求了解地球起源、海洋形成与海水化学组成的演化，理解海洋中元素的地球化学平衡，掌握元素逗留时间的概念，掌握海洋中元素保守性与非保守性以及混合过程中元素的行为，掌握海洋中元素分布类型和描述方法。
海洋生态系统的生物地球化学过程
海洋生态系统的生物地球化学过程海洋生态系统是地球上最大的生态系统之一，涵盖了广阔的海洋领域。
这些系统中的生物地球化学过程对地球的生态平衡和气候调节起着至关重要的作用。
本文将探讨海洋生态系统中的生物地球化学过程及其重要性。
一、海洋生态系统概述海洋覆盖了地球表面约71%，是地球上最大的水域。
海洋生态系统包括了各种生物群落、海洋食物链以及物质循环网络。
这些生态系统通过不同的生物地球化学过程保持着生态平衡，影响着全球的碳循环、氧气产生和气候变化等。
二、碳循环和海洋生态系统碳循环是海洋生态系统中最重要的生物地球化学过程之一。
海洋中的浮游植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，起着地球上氧气多数来源的重要作用。
此外，海洋中的浮游植物也是碳的关键储存库，通过死亡和沉积，将碳长期储存在海底。
三、氮循环和海洋生态系统氮循环是海洋生态系统中的另一个关键生物地球化学过程。
海洋中的浮游植物依赖于氮为营养物质，通过氮的固定与释放，维持着海洋食物链的稳定。
此外，海洋中也存在着硝化和反硝化等过程，参与着氮的转换和氮气的释放。
四、硅循环和海洋生态系统硅循环是海洋生态系统中还原硅酸盐的重要过程。
硅酸盐是海洋中重要的营养物质，对浮游植物的生长和生态系统的稳定至关重要。
硅循环通过硅酸盐的吸收、沉积和再循环，维持着海洋生态系统的稳定性。
五、磷循环和海洋生态系统磷是海洋生态系统中的另一种重要的生物地球化学元素。
磷存在于海洋中的有机和无机形式，对浮游植物和浮游动物的生长至关重要。
海洋生态系统中的磷循环通过磷酸盐的吸收和释放，维持着生物多样性和海洋食物网的稳定。
六、海洋生态系统的重要性海洋生态系统是地球上最重要的生物地球化学过程之一。
它们通过碳、氮、硅和磷的循环维持着生态平衡，对地球的气候变化和环境稳定起着重要的调节作用。
此外，海洋生态系统中的生物多样性也为人类提供了许多重要的资源，如食物、药物和能源等。
总结：海洋生态系统中的生物地球化学过程不仅维持着生态平衡，还对地球的气候变化和环境稳定起着重要的调节作用。
海洋生物地球化学循环与海洋污染
海洋生物地球化学循环与海洋污染作者：XXX概述：地球的表面约71%被海洋覆盖，海洋是地球上最大的生态系统之一，对维持地球生命的平衡起着至关重要的作用。
而海洋生物地球化学循环是指海洋中生物体与环境之间发生的物质和能量循环过程。
然而，近年来，随着人类活动的不断增加，海洋污染问题逐渐凸显，给海洋生态系统带来了严重的破坏。
本文将着重探讨海洋生物地球化学循环与海洋污染的关系。
一、海洋生物地球化学循环的重要性海洋中存在大量的生物体，包括浮游生物、植物、动物等，它们通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，起到了地球碳循环和氧气供应的重要作用。
海洋中的生物在生命周期内会摄取和释放各种元素，如氮、磷、铁等，参与到海洋的生物地球化学循环中。
这些元素的循环过程对维持生态系统的平衡至关重要，同时也为其他生物提供了养分和能量。
二、海洋污染对生物地球化学循环的影响然而，随着人类活动的不断增加，海洋污染问题逐渐引发关注。
海洋污染包括了化学品、塑料垃圾、油污等，这些污染物的大量排放对海洋生态系统带来了严重的破坏。
化学物质的排放会对海洋生物体造成毒性影响，破坏其生理功能，甚至导致生物死亡。
而塑料垃圾的堆积会对海洋生物的觅食行为产生干扰，造成误食和窒息，威胁其生存。
油污的泄漏则会对水生生物造成严重影响，油膜覆盖水面会阻断阳光进入水下，影响浮游植物的光合作用，破坏海洋食物链。
三、保护海洋生物地球化学循环的途径为了保护海洋生物地球化学循环，减少海洋污染的影响，人们需要采取一系列的措施。
首先，应加强对化学品的管理和监控，严格限制其排放量，避免毒性物质进入海洋。
其次，加强塑料废物的回收和处理，遏制塑料垃圾污染。
同时，加强对油污的预防和响应，加强海上油污事故应急处置能力。
此外，加强对海洋环境的监测和评估，及时发现并解决污染问题。
最重要的是，提高公众的环保意识，加强教育宣传，呼吁人们减少对海洋的污染。
总结：海洋生物地球化学循环对维持地球生命的平衡具有重要意义，而海洋污染给这一循环带来了严重的破坏。
海洋地球有机化学
海洋地球有机化学
海洋地球有机化学是研究海洋中有机物的组成、结构、来源、转化、生物地球化学过程及其环境效应等方面的科学。
海洋地球有机化学旨在深入了解海洋有机物的性质、生物地球化学循环、海洋生物圈和全球碳循环等重要科学问题。
海洋中的有机物主要来源于陆地输入、海洋生物活动和海洋降解等过程。
陆地输入的有机物包括河水、悬浮物、沉积物中的有机物等，它们通过河流输运进入海洋。
海洋生物活动产生的有机物主要包括藻类所释放的游离和胶体有机物、浮游生物的残骸和分泌物等。
海洋降解是指有机物在海洋中经历光合作用、微生物代谢、化学变化等过程而降解。
海洋中的有机物具有多种结构，包括蛋白质、多糖、脂类、腈类、生物碱等。
它们对海洋生物圈的结构和功能具有重要作用，同时也对全球碳循环、物种多样性、气候变化等产生重要影响。
海洋有机物还可以通过光合作用吸收和释放大气中的二氧化碳，影响全球碳循环的平衡。
海洋地球有机化学的研究方法包括分析化学技术、分子生物学技术、同位素示踪技术、光谱技术等。
研究人员通过分析海水、沉积物、浮游生物等样品中的有机物组成和结构，揭示海洋有机物的来源、演化和影响机制。
海洋地球有机化学的研究成果对于了解海洋生态系统的运行机制、预测全球气候变化、生物资源的开发利用等具有重要意义。
海洋化学第七章
1、海洋中有机物的形态有哪些（DOC, COC）？其主要来源？颗粒态 (POC) 主要来源：生物生产溶解态（DOC）主要来源：河流输入、大气沉降、生物生产2、海洋中有机物的分类特征。
基于分类学海洋中哪种有机物最多？分类特征：来源、溶解性、分子量、稳定性、（生物）化学类别最多的有机物：海源有机物3、海洋中颗粒有机碳的循环规律、分布特征？循环规律：海洋中浮游植物通过死亡分解向海洋中输入颗粒有机碳，颗粒有机碳通过细菌分解、代谢为溶解性有机碳，未被生物降解的部分结合入沉积物，低分子有机组分分泌至水体很快被细菌所利用。
如此不断参与地球化学循环。
分布特征：与河水、湖水相比，海水中POC浓度较低。
受陆源有机物影响，河口与近岸海域海水中POC浓度比开阔大洋高。
对于开阔大洋，水体中POC浓度总体随深度增加而降低。
在光合作用强烈的真光层中，POC浓度高且变化大。
4、海洋中有机物有哪些特点？它们对海水物理化学性质有哪些影响？含量低、组成复杂、分布不均匀、容易形成金属－有机络合物。
影响：●对水色的影响（改变表面活性和张力）。
●对海－气交换的影响：表面微层及其作用。
●对多价金属离子的络合作用。
●改变一些成分在海水中的溶解度。
●对化学过程的影响：影响氧化－还原作用●对成岩作用的影响（干酪根）5、熟悉氨基酸、蛋白质、腐殖质有关内容。
（1）氨基酸：是一种有机酸，通用分子式为RCHNH2COOH。
海水中的氨基酸类化合物包括各种酸性的、中性的和碱性的氨基酸，在海水中通常以肽的形式存在，主要由动物蛋白和植物蛋白降解而来。
海水中氨基酸大部分为结合氨基酸（也即肽）。
海水中氨基酸类化合物无论游离的或结合的，其种类都以甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、鸟氨酸等的含量居多。
氨基酸类化合物在大洋水中总含量为5－90微克/升，但在近海或生物生产力高的海域，总含量可达400微克/升。
（2）蛋白质：对于海洋生物而言，蛋白质的氮约占浮游植物总氮的60%~70%。
海洋生物的生物地球化学循环
海洋生物的生物地球化学循环地球上约70%的面积被海洋所覆盖，海洋是地球生态系统中最为广阔和复杂的环境之一。
海洋生物在其中发挥着重要的角色，不仅仅是物种的栖息地，同时也参与着生物地球化学循环的过程。
本文将从氮、碳、硫、铁等要素的循环方面，探讨海洋生物在生地化学循环中的作用。
一、氮的循环氮是构成生物体蛋白质和核酸等生命物质的重要元素，在自然界中以不同形式存在，包括氮气、氨、硝酸盐等。
海洋中氮的循环主要通过硝化和脱硝作用实现。
硝化作用由氨氧化细菌和硝化细菌完成，在此过程中，硝化细菌将氨氧化成亚硝酸，再经过亚硝酸氧化成硝酸盐，进而被海洋生物吸收。
而脱硝作用则由脱硝细菌完成，将硝酸盐还原成氮气释放到大气中。
这些过程中，海洋中的浮游植物起到了重要的媒介作用，通过光合作用吸收二氧化碳，同时吸收和释放底层水体中的氮元素，维持了海洋中氮的循环平衡。
二、碳的循环碳是生命起源和维持的基础元素之一，海洋是全球最大的碳储库之一。
海洋中碳的循环主要包括海洋生物的光合作用吸收二氧化碳、有机碳的沉积和沉积物中的生物作用等过程。
海洋中的浮游植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机碳，这些有机碳可以通过食物链转运至其他海洋生物，并最终沉积到海底形成有机质。
同时，有机质在沉积过程中可能经历一系列的生物地球化学转化过程，其中最重要的是腐殖质的形成。
腐殖质对于碳的储存和循环起到了重要的作用，同时也影响了海洋中的生态系统结构和功能。
三、硫的循环硫是构成蛋白质、酶和维生素等生命物质的重要组成元素之一。
海洋中的硫主要以硫酸盐形式存在，通过一系列的生物地球化学循环过程实现循环。
硫依靠海洋中的浮游植物和微生物参与循环过程。
浮游植物吸收硫酸盐并将其转化为有机硫，而微生物则通过还原有机硫来释放硫酸盐。
硫的循环对于维持海洋中微生物和浮游植物的生态功能具有重要意义，同时也影响着海洋生态系统的稳定性。
四、铁的循环铁是海洋生物体内多种酶和蛋白质的重要成分，是细胞呼吸、DNA合成等过程的必需元素。
有机地球化学
腐殖酸成分变化由沉积环境、有机母质类型、聚合 程度和成熟度决定。如海洋和湖泊腐殖酸主要来自 藻类；泥炭和煤源于高等植物。腐殖酸中元素组成 幅度很大，总体分子量很大
2、腐殖酸的物理-化学性质
腐殖酸通常呈黑色、棕色、黄色胶体状 态，具有很强的吸附性和吸水性
1.胶体性质—强吸附功能 2.有明显的酸性 3.亲水性
主碳峰n-C15、n-C17和n-C27、 n-C29，前者为燥类后者为高等 植物，混合源
（2）指示沉积物的成熟度（CPI值）
（3）指示环境的氧化-还原条件
正烷烃偶碳优势出现在强还原环 境或有蒸发盐、碳酸盐产出环境。
以伊利石和蒙脱石为催化剂时， 形成奇碳优势正烷烃。
7.2 可燃类矿床的有机地球化学
➢3.石油化合物组成：这些烃类可以划分为3
个系列：①链烷烃（石蜡）；②环烷，环状类 型的烃类；③苯型的烃类。
➢4.石油的热力学条件。 ➢5.石油的原始母质
7.2.2.2 我国海相石油地球化学研究
石油主要产在海相沉积盆地，我国以湖相沉积盆地 为主。但碳酸盐在我国分布非常广泛，尤其是东部 地区，大面积分布的海相新元古宙至三叠纪碳酸盐 地层累计厚度超过10km。新疆寒武纪、二叠纪和 第三系海相岩层中含有碳酸岩，在这些碳酸盐岩为 主的海相沉积中广泛产出石油、气苗，而且已发现 许多属于原生成因工业油、气藏。针对这套地层海 相碳酸盐岩地层，尤其是南方碳酸盐岩地层具有有 机质含量低、热演化程度高的特点，许多研究单位 对其进行了有机地球化学研究，对碳酸盐岩生油与 碳酸盐岩生油评价等有关问题进行研究。
7.3.1 有机质对金属的富集作用
7.3.1.1 7.3.1.2 7.3.1.3 7.3.1.4 7.3.1.5
第七章 流体地球化学
第七章流体地球化学第一节地壳中的流体一、流体的定义我们采纳Fyfe(1978)[6]的建议，用流变学的术语，并从地质情况来进行考虑如果一个体系在应力或外力的作用下能发生流动或变形，并且与周围物质处于相对平衡，我们就把它叫作流体。
换句话来说，当一个应力作用到一个物体上时，这个物体会改变它的大小、形状、组成和位置。
按照流变学的定义，流体是由应力和应望率所确定的。
对于地球中的物体来说当一个压力作用到该物体时，根据其应变率的不同可以分为牛顿流体(图7．1曲线A)和非牛顿流体(图7．1曲线B)。
为对比起见，也在图7．1中列出了固体的特征曲线(C和D)。
二、地球中的流体流体对地球中的所有地质作用都是十分重要的，但流体在地球的地质过程中所起的全部作用至今并不完全清楚。
地壳中的流体的总质量，我们可以从以下数据中估计出来。
现在的海洋质量为1.4×1024g，地壳的平均质量是2.3×l025g。
如果我们假定地壳中的含水量与海水的质量相似的话，那么地壳中的含水量也是1.4×1024g，约占地壳总质量(1.4×1024/2.3×l025)的6％左右。
大多数人的估计是地壳中流体的量约占总质量的3％-6％，如果占3％，则为6.9×1023g。
地幅中流体的含量，有人认为约占地慢的0.03％，即为1.2×1024g 与地壳中的含水量相当(地慢总质量为4×l027g)。
海水、地壳中、地慢中流体的质量是十分相近的。
现代板块的研究告诉我们，当板块俯冲时，把地表水带到了地下数公里，甚至数十公里的地方，这些水(至少是一部分)又通过循环回到了地表，其中另一部分可能在地下深处被固定在含水的矿物如滑石、金云母、角闪石以及其它相中。
从上面的叙述我们可知海水(水圈)、地壳和地慢中的流体处于相对平衡状态，并且又是互相循环的。
地球中主要有以下几种流体：1．岩浆：各种成分的岩浆，从酸性到超基性，以及碱性岩浆，主要是一种硅酸盐熔融体，含H2O一般＜5％。
海洋生态系统中的生物地球化学循环
海洋生态系统中的生物地球化学循环生物地球化学循环是指通过生物和地球化学过程相互作用而形成的元素和化合物在地球系统中的循环过程。
而其中海洋生态系统作为地球表面最大的生物地球化学过程的交互场所之一，扮演着至关重要的角色。
一、海洋生态系统的重要性海洋占地球表面积的70%，是地球上最大的生态系统之一。
海水中蕴含着丰富的生物资源，并且对调节全球气候具有非常重要的作用。
此外，海洋中的生物群落是维持地球生态平衡的重要组成部分。
二、海洋生物对地球化学循环的贡献1. 海洋中的植物浮游生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，并释放出氧气。
这个过程称为海洋生物固碳。
海洋生物固碳过程中所释放的氧气是地球上重要的氧源之一。
2. 海洋中的浮游生物和底栖生物在呼吸过程中释放出二氧化碳。
海洋生物呼吸作用释放的二氧化碳量与海洋生物固碳作用相近，维持了二氧化碳的平衡。
3. 海洋中的浮游生物通过死亡和下沉将固定在体内的有机碳逐渐下沉到深海，形成海洋沉积物。
这个过程被称为生物泵作用，对维持海洋中的碳循环具有重要影响。
4. 海洋中的生物也参与了氮、磷等元素的循环过程。
浮游生物通过摄取海洋中的无机氮和无机磷，将其转化为有机氮和有机磷，并通过食物链传递给其他生物。
这个过程中有机氮和有机磷有时会被底栖生物重复转化为无机氮和无机磷，从而形成了生物地球化学循环中的氮循环和磷循环。
三、海洋生物地球化学循环的意义1. 维持碳循环平衡：海洋中的生物固碳和生物呼吸作用的平衡维持了地球大气中二氧化碳的浓度，并影响全球气候变化。
2. 调节氮、磷循环：海洋中的生物参与了氮、磷等元素的循环，对地球上的生物多样性和生态系统的健康起到重要作用。
3. 影响海洋酸化：随着全球变暖和二氧化碳浓度的升高，海洋酸化成为了一个全球性问题。
海洋中的生物地球化学过程与海洋酸化之间存在着密切的关系。
综上所述，海洋生态系统中的生物地球化学循环是维持地球生态平衡的重要过程之一。
海洋中的生物通过固碳、呼吸、死亡和下沉等过程参与了碳、氮、磷等元素的循环，对全球气候变化和生态系统的健康起着重要作用。
天然产物化学第七章 海洋天然产物
• 卡拉胶还用于牙膏、水溶涂料、农药乳剂和固定
化酶等的生产和制备中。
19
• 卡拉胶稳定性强，干粉长期放置不易降解。它在
中性和碱性溶液中也很稳定，即使加热也不会水
解，但在酸性溶液中（尤其是pH值≤4.0）卡拉胶
易发生酸水解，凝胶强度和黏度下降。值得注意 的是，在中性条件下，若卡拉胶在高温长时间加
5
•
海洋天然产物的研究虽然已有40多年的历史，但与来源 于陆生植物的15万多种天然产物相比，海洋天然产物至今 才一万多种；从资源范围角度看，已被研究过的海洋生物 才几千种，只占整个海洋生物的极小部分，因此．相对陆 地生物而言，海洋生物资源远未得到有效的开发和利用。 另外，由于受样品采集条件的限制，研究工作目前大多局 限于沿海、近海和浅海。从普通易得的海洋生物中获得有 价值的活性产物已变得越来越困难，远海、深海等地较难 获得的海洋生物样品因此备受青睐，成为目前海洋天然产 物研究的一大特色。
于医疗保健上，应用范围广阔，具有很高的开发、 利用价值。
25
• 藻胆蛋白主要存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻 中 ,其主要功能是作为光合作用的捕光色素复合体 ,在一些 藻类中藻胆蛋白也可以作为储藏蛋白,以使藻类在氮源缺 乏的季节得以生存。
藻胆蛋白的分类
• • • • • 已知的藻胆蛋白主要可以分为以下４大类 1、藻红蛋白(Phycoerythrin,PE) 2、藻蓝蛋白(Phycocyanin,PC) 3、藻红蓝蛋白(Phycoerythrocyanin,PEC) 4、别藻蓝蛋白(Allophyxoxyanin,APC)
26
• 藻胆蛋白是一种新型的荧光标记物，在荧光免疫 分析方面有着广阔的应用前景。其应用领域主要 包括荧光激活细胞分类、流式细胞荧光测定、荧 光免疫检测以及单分子检测等。在可溶性抗原、 抗体检测方面的研究则开展较少。
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在； 有机组分是不同来源、不同年龄、不同反应 历史生源物质的集成产物。
如何鉴别、定量出每一种有机组分？
第2节 海洋有机物的组成
一、海洋有机组分的分析
1. 采用简单的分子式：
C106(H2O)106(NH3)16PO4 表征有机物的平 均分子组成 2. 有机组分的浓度通常是操作性定义： 微孔过滤、超滤技术
三类混合物的化学组成相似，主要差别在于分子 量的分布，且一般随着分子量的增加，溶解度降 低。
海水的DOM中，40~80%以腐殖质存在，其
中富里酸含量一般大于腐殖酸。 腐殖质浓度与分布很大程度上受海洋初级生 产过程与陆源物质输送的影响。
6、有机组分的元素组成
不同的生化功能团通常会有不同的元素 比值（如H/C、O/C、N/C原子比等）：
2、碳水化合物
通用分子式为Cn(H2O)m，仅由C、H、O元素构
成，且H、O原子的摩尔数比与水分子相同。 重要性
所有活体细胞生化反应的能量来源
占海洋生物干重的比例可高达60~70% 海洋颗粒有机物的重要组成部分 分类：单糖（仅一个碳链）、双糖和多糖。
单糖（monosaccharides）
海洋溶解态碳水化 合物的含量与分布
溶解态碳水化合物 占海水碳水化合物 总量90%~95%， 含量一般为几毫克 每升； 开阔大洋溶解态碳 水化合物的垂直分 布未观察到存在明 显的规律。
3、类脂
类脂包括一系列的有机组分：
（1）烃类 （2）脂肪酸与脂肪 （3）甾醇 （4）链烯烃
（1）烃类
烃类的化学式为CnHm，其在海水中占DOC的份额 不足1%，浓度范围为1~50 mg/m3，平均浓度为 10mg/m3。 烃类可分为饱和、不饱和和芳香族三类。
POM转化路径
三、POM垂向输送通量
1、颗粒有机碳输出 通量存在海域变化
（1）沉降颗粒有机 碳在不同海域的 输出通量存在变 化，与海域初级 生产力存在关系。
秘鲁上升流
加利福尼亚沿岸流
大西洋E 站
北太平洋环流区P站
不同海域颗粒有机碳输出通量
（2）不同海域沉降 颗粒有机碳输出通 量与初级生产力之 间的协变关系不一 致 原因：
醛糖（如葡萄糖） 在其中一端具有醛 功能团。
酮糖（如果糖）具有一 个酮基，一般在第2个C 原子上。
典型多糖
纤维素 淀粉 果胶 褐藻酸 甲壳素
海洋颗粒物中碳水化 合物的含量与分布
海洋颗粒物中碳水
化合物表层含量一 般低于几百微克每 升。 颗粒态碳水化合物 含量整体随深度增 加而降低。
（4）链烯烃
含有37个碳与2~4个双键的直链链烯烃：
仅由少数几种海洋黏着性浮游藻类（如Emiliania
huxleyi、Gephyrocapsa oceanica）合成产生； 所合成链烯烃的双键丰度与藻类生长的水温有关。
4、色素
色素拥有碳、氮双
键的共轭系统；可 选择性地吸收可见 光（400-700 nm） 一般难溶于水，没 有挥发性，对热敏 感。 叶绿素由植物和 细菌合成。
蛋白质的氨基酸组成千差万别，但绝大多数
活体生物中的氨基酸组成非常类似
浮游生物蛋白质中最丰富的氨基酸
自由氨基酸可存在于活体细胞，也可以由细
菌对多肽和蛋白质的酶水解在海水中产生。 结合态氨基酸存在于溶解态、胶体态和颗粒 物中。 海水中氨基酸的浓度介于20~250 μg/L之间， 占DOC的2~3%。 蛋白质的氮组成几乎是恒定的(16%) 。 海洋浮游生物蛋白质的氮约占浮游植物总氮 的60~70%。
（1）所有有机组分输出 通量均随深度增加而 降低； （2）不同组分垂向上降 解速率的差异，导致 不同水层所采集颗粒 物的组成不同。
深 度
POC通量
氨基酸通量
脂肪酸通量
POC、氨基酸、脂肪酸输出 通量随深度的变化
北太平洋环流区沉降颗粒物中 生源组分百分含量的垂直变化
东北太平洋沉降颗粒物C、N、P比的垂直变化
加，碎屑有机物的贡献逐渐增加。 (4)由于富氮有机组分的降解速率比贫氮组分快， 导致碎屑颗粒有机物中C/N比值随深度增加而增 加，蛋白质相对丰度随深度 0-200m悬浮颗粒 200-5000m悬浮颗粒 沉积物
核酸 类脂 碳水化合物 残渣相碳水化合物 残渣相非碳水化合物 海洋浮游生物、悬浮颗粒物、沉积物中有机组分百分含量的变化
总初级生产力（gross production）：单位时间光
合作用生物所固定碳的总量。 净初级生产力（net production）：单位时间光 合作用生物所固定的总碳量减去其代谢过程所消 耗的碳量。
新生产力（new production）：由光合作用区域
以外所提供营养盐支持的净初级生产力份额，称 为新生产力， 再生生产力（recycledproduction）：由光合作用 区域内再循环营养盐所支持的净初级生产力份额， 称为再生生产力。 输出生产力（export production）：从光合作用 区域迁出的净初级生产力份额，称为输出生产力。 在稳态条件下，输出生产力等于新生产力。
浮游动物 细菌
溶解态
胶体态
碎屑
浮游植物
三、有机组分的类别
1、氨基酸和蛋白质
氨基酸是一种有机酸，其 -COOH功能团中的alpha 碳与 -NH2功能团相结合， 其通用分子式为 RCHNH2COOH。 蛋白质由一系列氨基酸通 过肽键结合而成，一般将 分子量大于10000的多肽 聚合物称为蛋白质。
动物及它们的卵和幼体； 各种生物的碎屑与他们的粪便； 生物骨架结构、陆源或大气沉降组分的有机物； 由海水溶液沉淀、吸附至颗粒物的有机物。
二、POM的含量、分布与组成变化
1、POC的含量与
变化
开阔大洋表层海水
POC浓度低于河水、 湖水等陆地天然水。 受陆源输送有机物 的影响，河口与近 岸海域海水POC浓 度比开阔大洋水来 得高。
第4节 溶解有机物
一、DOM的来源
（1）大陆径流输入； （2）大气沉降输入； （3）有机物的内部来源。
（1）大陆径流输入
河水DOC浓度高于开阔大 洋，河流是海洋DOC来源 之一； 通过河流输送进入海洋的 总有机碳（TOC）为 33×1012 molC/a，其中 POC、DOC约各占一半； 陆源有机物进入河口区后， 由于絮凝作用及沉淀作用 等，部分有机物沉淀在近 岸海域。
真光层POC、氨基酸、脂肪酸输 出通量与初级生产力的关系
2、颗粒有机碳输出 通量存在时间变化
（1）浮游植物水华与 下覆水体颗粒输出通 量的极大值之间往往 存在滞后的对应关系， 证明生源物质垂向上 的快速输送。
上层水体 色素通量
3200m有 机物通量
马尾藻海3200m深度POC与上层 水体光合色素的时间变化 滞后约1个月
2、海洋有机物生物地球化学循环的重 要性
① 探索地球生命的起源
② 构成生物组织、主要食物来源。
③ 联系中介：信息素、毒素、解毒剂等
④ 影响痕量元素地球化学行为与生物活性 ④ 生源要素埋藏的主要载体 ⑤ 影响海洋沉积物的性质 ⑥ 反演海洋演化历史
海洋有机地球化学的最大挑战：
有机组分通常以痕量、复杂的混合物形式存
生物食物网差别的影
初 级 生 产 力
响 季节性变化的影响
颗粒有机物输出通量与初级生产力的关系
（3）沉降颗粒有机碳 中不同有机组分输出 通量与初级生产力之 间也存在协变关系， 但关系更为复杂多变 原因：
浮游生物种类差异导致
初 级 生 产 力
POC通量
氨基酸通量
的 有机物生化组成的差 别 微生物降解作用的差别 脂肪酸通量
海水中最常见的烃类是烷烃和烯烃，芳香族烃类至少含
一个苯环，一般认为它们主要由非生物过程产生。
受来源影响，烃类组分会拥有不同的碳环、双键和 支链结构。 因此某些烃类可用于鉴别其生物来源：
（1）不饱和烃类主要来自浮游生物； （2）海洋藻类一般合成相对短链（<C24）的烃类，陆地
高等植物则合成较长链的烃类； （3）动物体内的烃类主要来自其摄食的食物。
（2）脂肪酸和脂肪
脂肪酸、脂肪至少含有一个羧基功能团（-
COOH），属于羧酸的一类。 来自植物的脂肪酸主要以单数的碳原子链为 主。 与烃类类似，陆地高等植物产生的脂肪酸碳 链长度一般大于海洋浮游植物产生的脂肪酸。
（3）甾醇
甾醇是去甲基三萜醇的一类有机组分，存在
于各种活体生物中，起到激素与稳定类脂双 分子层等作用。 植物所合成的甾醇与植物种类有关，具备作 为植物标志物的潜力。 麦角甾醇指征真菌 黑海甾醇指征鞭毛虫 β-固甾醇指征高等植物
典型腐殖酸的假设结构
腐殖质具有如下性质：
黄色或棕色、无定形、疏水性、非均相、高度络
合等，往往拥有一系列芳香组分与脂肪组分的功 能团。
在海洋学上通常根据溶解性质将腐殖质分为
三类：
富里酸（fulvic acid）：溶于酸和碱 腐殖酸（humic acid）：不溶于酸，但溶于碱 胡敏素（humins）：不溶于酸和碱。
叶绿素a/b
叶绿素c
菌绿素a/b
叶绿素a普遍存在于各种海洋浮游植物中； 叶绿素b主要存在于绿藻和高等植物； 叶绿素c主要存在于硅藻和鞭毛虫； 菌绿素存在于紫色、绿色和棕色硫光合细菌 中。
5、腐殖质
海洋腐殖质是海洋生物的代谢产物、死亡
后残留物的简单成分或分解作用的中间产 物（如糖类、氨基酸、酚类、类脂物等） 在微生物和其它自然条件作用下，经过化 学和生物化学的合成作用，而形成的一类 性质稳定、不易分解、分子量较高、结构 复杂的有机物。 腐殖质的形成过程也叫做“腐殖化作用” （Humification）.
典型海域的（净）初级生产力