10 海洋中微量元素和海洋重金属污染

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1.3 海水中微量元素的分类
• (7)与缺氧有关的最大值或最小值型
• 在水的循环受限制的区域,由于SO42--H2S氧化还 原电对能产生缺氧,即产生还原条件:例如卡里 亚科海沟和萨亚尼茨海湾。 • ①当痕量元素的还原形式比在氧化条件下存在的 形式更为易溶时就出现最大值,例如Mn(II)和 Fe(II); • ②当还原形式相对来说是比较难溶的,或易于与 固相结合的,就出现最小值,例如Cr(Ⅲ)。
Rb+、Cs+、MoO42Cd和As(V) Ba、Zn、Ge Ni、Se(浅水和深水混合再生循环) Pb、210Pb Mn、228Ra (1)保守型 (2)营养盐型 (a)磷酸盐(或硝酸盐)型 (b)硅酸盐型 (c)其他特殊型 (3)表层富集而深层耗尽型 (a)大气输送的表层富集型 (b)河流输送和陆架沉积物释放的表层富集型
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1.3 海水中微量元素的分类
• (2)营养盐型
• ②硅酸盐型分布可在深层观测到最大值,这是由于深层水 再生循环引起。属于这类分布的微量元素是Ba,Zn和Ge。
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1.3 海水中微量元素的分类
• (2)营养盐型
• ③从一些痕量元素的分布,例如Ni和Se的分布,推断出有 浅水和深层水相结合的再生循环。
• ⑷热水活动
• 海底地壳内部的热水,常常通过地壳裂缝注入深层的海水 中,形成海底热泉,它含有大量的微量元素,因而使附近 深海区的海水组成发生很大变化。
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第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染
• 1 海水中微量元素 • 2 海洋中微量元素的生物地球化学
2.1 海洋中的某些微量元素 2.2 微量元素的生物地球化学
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1.4 影响微量元素分布的各种过程
• ⑴生物过程
• 浮游植物通过光合作用和呼吸作用控制着营养元素的分布 及变化。 • 有些微量元素在海水中的分布,与某种营养元素十分相似, 如Cu和Cd的分布与N和P的分布相似,而Ba,Zn,Cr的 分布与Si相似。这都说明生物过程很可能是控制海水中Cu, Cd,Ba,Zn,Cr等元素分布的因素之一。
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1.3 海水中微量元素的分类
• (3)表层富集而深层耗尽型
• 这类痕量元素首先是由供给源输送给表层水,而后迅速永 久地从海水中迁出,它们在海洋中的停留时间相对于海洋 混合时间较短。
• 引起表层富集的过程有以下三种:
• ①主要由大气输送到海洋表层,紧接着在整个水体中被清 除。例如Pb和210Pb; • ②主要由河流输送或由陆架沉积物中释放出来,通过水平 混合进入表层水,从而引起表层的最大值,如Mn和228Ra; • ③在表层水内由于生物的调解还原过程与整个水体的氧化 还原平衡结合起来,使得某些元素的氧化态或颗粒态在表 层得到富集,例如Cr(Ⅲ),As(Ⅲ)。
1. 通过浮游生物的吸收、浮游生物的粪便或尸体 向海底的沉降,可将痕量元素从海水中迁出; 2. 有机颗粒物质的吸附和清除作用; 3. 水合氧化物和黏土矿物吸附并沉降至海底,成 为沉积物的一部分; 4. 结合到铁锰结核上。根据直接的化学分析,锰 铁结核吸收的相应顺序可能是Co> Ni> Cu> Zn> Ba> Sr> Ca> Mg。
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1.3 海水中微量元素的分类
• (7)与缺氧有关的最大值或最小值型
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第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染
• 1 海水中微量元素
1.1 微量元素的定义及特点 1.2 微量元素的输入与迁出 1.3 海水中微量元素的分类 1.4 影响微量元素分布的各种过程
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学 • 3 海洋重金属污染
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学 • 3 海洋重金属污染
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1.1 微量元素的定义及特点
•微量元素(或痕量元素): 海水中元素的含量低于1 mg/dm3的元素。不包括溶解气体、营养盐 和放射性核素。它们在海水中的含量非常低,仅占海水总含盐量的0.1%, 但其种类却比常量组分多得多。
•微量元素与常量元素的差异 常量元素含量高、性质稳定(保守性),与盐度关系密切,浓度随物 理过程变化。 痕量元素含量低而易变 (非保守性),大部分与盐度关系不密切,浓 度受进入或迁出溶液的各种物理、化学、生物及地质过程的影响。 微量或痕量是相对于常量元素而言的,因所处的体系不同而不同, 如Al在地壳中是主量元素,但它在海水中为微量元素
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1.3 海水中微量元素的分类
• (5)中层深度有最大值型
• 中层深度最大值是由于热水活动引起的,Mn和 3He是呈现这种分布的最典型例子。
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1.3 海水中微量元素的分类
• (6)中层最大值或亚氧化层最小值型
• 在东部热带太平洋和北印度洋发现有典型的少氧 化层的广泛分布。这意味着在水柱或在邻近陆坡 沉积物中,还原过程普遍存在,在这种区域经常 出现痕量元素的最大值或最小值。 • ①如果元素的还原形式相对它的氧化形式来说是 易溶的,出现最大值,例如Mn(II)和Fe(II); • ②当元素的还原形式相对来说是比较难溶的,或 易于与固相结合的,就出现最小值,例如Cr(Ⅲ)。
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溶解态 4.2 Gt y-1 河流(占90%) 固态 18.3 Gt y-1 入海洋物质总量 ~25 Gt y-1 大气输入 0.006 Gt y-1
冰川输入 2 Gt y-1(90%来自南极大陆)
(Garrelsand Macknzie, 1971)
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1.2 微量元素的输入与迁出
• 海水中微量元素的迁出(吸附和沉淀)
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海水中微量元素的特点
4. 研究难度大 • 含量低
微量元素的含量(10-9~10-12, w/w)小于测定方法或仪器检出限;
• 取样沾污问题严重
采水器需要使用具有TPFE衬里的或是由TPFE制作,…;
• 样品贮存或固定难度大
样品贮存或固定不当,会造成沾污或损失;
• 分析测定环境的要求较高
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海水微量元素的研究历史
• ⑵吸附过程
• 悬浮在海水中的黏土矿物、铁和锰的氧化物、腐殖质等颗 粒在下沉过程中,大量吸收海水中各种微量元素,将它们 带至海底进人沉积相,这也是影响微量元素在海水中浓度 的因素。
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1.4 影响微量元素分布的各种过程
• ⑶海-气交换过程
• 有几种微量元素在表层海水中的浓度高,在深层海水中的 浓度低。 • 如Pb在表层海水中浓度最大,在1000 m以下的海水中浓 度随深度的增加而迅速降低,这是受到海-气交换过程所 控制。
(c)生物调解还原过程与水体氧化还原平衡相结合的表层富集型
(4)中层最小值的分布 (5)中层最大值的分布 (6)中层最大值或亚氧化层最小值分布 (a)最大值 (b)最小值 (7)与缺氧水体有关的最大值或最小值型 (a)最大值 (b)最小值
Cr(Ⅲ)、As(Ⅲ)
A1、Cu Mn、3He Mn(II)、Fe(II) Cr(Ⅲ) Mn(II)、Fe(II) Cr(Ⅲ) 15
• 从50年代开始才对海水微量元素进行地球化学研究。 • 1952年Barth(巴尔特)提出并计算了元素在海水中的停留时 间; • 1954年Goldberg(戈德堡)发表了微量元素从海水向海底转 移的研究结果; • 1956年Krauskopf(克劳斯科普夫)对海水中13种微量元素 的浓度和影响因素,进行了实验室模拟试验。 • 但是早期测定的数据,有一些是不可靠的,只有在P.G. Breuer(布鲁尔)于1975年总结并发表了海水微量元素的含 量、可能的化学形式和停留时间的估算表之后,微量元素 的测定,才有一些准确度很高的结果。
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1.3 海水中微量元素的分类
• (3)表层富集而深层耗尽型
大气输送(Pb) 河流输送或由陆架沉积物中释放(Mn)
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1.3 海水中微量元素的分类
• (4)中层深度有最小值型
• 中层深度最小值是由表层输入, 在海底或海底附近再生被清除 而造成的。已报道Al和Cu呈 现这种类型的分布。
大西洋和太平洋溶解态Al的垂直分布
• 1 海水中微量元素
1.1 微量元素的定义及特点 1.2 微量元素的输入与迁出 1.3 海水中微量元素的分类 1.4 影响微量元素分布的各种过程
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学 • 3 海洋重金属污染
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Байду номын сангаас
1.2 微量元素的输入与迁出
• 海洋中微量元素的输入途径:
1. 2. 3. 4. 5. 河流把陆地岩石风化的产物输入到海洋中 大气输入 冰川运动 海底火山作用、热水作用 其他输入:人类工业排放、外海区沙漠尘暴等
3.1 海洋重金属的来源 3.2 海洋重金属的危害 3.3 重金属在海水中的迁移过程 3.4 重金属在海水中的分布特征 3.5 海洋重金属污染
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第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染
• 1 海水中微量元素
1.1 微量元素的定义及特点 1.2 微量元素的输入与迁出 1.3 海水中微量元素的分类 1.4 影响微量元素分布的各种过程
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海水中微量元素的特点
1. 非保守性 海水微量元素的含量随地理位置、深度、季节等 变化而变化(氯度比值不恒定)。因为: • 地球化学活性较大
海洋微量元素广泛参与元素地球化学循环;
• 区域性变化大
河口区(河流)、火山周围(火山活动)、表层(大气输入)等;
• 生物活性大
生物利用:如Fe、Cu、Zn、Mn、Co等正常浓度是生物体基本成分, 生物富集:如Fe富集倍数(硅藻1×105、贻贝2×105、鱼类6×105);
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当今海水中微量元素相关的国际研究
• The GEOTRACES Program (www.geotraces.org) • GEOTRACES 指引性的目标:通过控制在海洋中 关键微量元素和同位素的分布来确定变化过程和 通量的量化,并建立对这些分布的敏感性变化的 环境条件 。
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第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染
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第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染
• 1 海水中微量元素
1.1 微量元素的定义及特点 1.2 微量元素的输入与迁出 1.3 海水中微量元素的分类 1.4 影响微量元素分布的各种过程
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学 • 3 海洋重金属污染
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1.3 海水中微量元素的分类
• Bruland(1983)根据海水中微量元素垂直分布的特点,将其分成7类。
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痕量元素研究方面的两大改进:
1. 仪器分析和分析化学的重大改进:从1975年以 来,重新测量的痕量元素的浓度已被证实比以 前工人的浓度低10~100倍,并发现这些痕量元 素的垂直分布图与海洋中已知的生物、物理和 地质过程相一致。 2. 在取样、贮存和分析期间污染的消除和控制: 在海洋断面地球研究计划(GEOSECS)期间,许 多学者利用装在一个罩盘上的30升的尼斯金采 水器采集样品,已在海洋学上获得许多痕量元 素的一致结果。
1.3 海水中微量元素的分类
• (1)保守型
• 这类微量元素在海水中比较稳定, 反应活性低,其浓度与盐度的比 值恒定,从表层到底层均匀分布, 与主要成分一样可视为保守型元 素。 • 属于这一类分布的微量元素有水 合阳离子Rb+和Cs+以及钼酸根阴 太平洋MoO42-的垂直分 2离子(MoO4 )。 布
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1.3 海水中微量元素的分类
• (2)营养盐型
• 这类元素的垂直分布类似于营养盐的分布,呈现 表层耗尽而深层富集。 • ①浅水再生——磷酸盐(硝酸盐)型 • ②深水再生循环——硅酸盐型 • ③浅水与深水再生结合
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1.3 海水中微量元素的分类
• (2)营养盐型
• ①磷酸盐(或硝酸盐)型分布可在中层深度观测到最大值, 这是由于在浅水再生循环引起,属于这类分布的微量元素 如Cd和As(V)。
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海水中微量元素的特点
2. 含量低
海水中微量元素的含量小于1 mg kg-1,其总量小于总盐量 的0.1%。
3. 循环和迁移变化复杂
• 水动力迁移 物理因素,如潮汐、海流和涡动扩散等多变量综合作用。 • 化学过程引起的迁移 物理(界面)化学、光化学过程 • 生物地球化学作用与生物迁移 生物地球化学过程
第八章 海水中微量元素和海洋重金属污染 • 1 海水中微量元素
1.1 微量元素的定义及特点 1.2 微量元素的输入与迁出 1.3 海水中微量元素的分类 1.4 影响微量元素分布的各种过程
• 2 海洋中微量元素的生物地球化学
2.1 海洋中的某些微量元素 2.2 微量元素的生物地球化学
• 3 海洋重金属污染
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