海水的化学特征

磷循环
海水中的微量元素
微量元素：在海水中含量很低，但又不属于营养元素者。 海水中除了14种主要元素（O、H、Cl、Ca、Mg、S、K、 Br、C、S、Sr、B、Si、F）浓度大于1×10-6mg/kg外， 其余所有元素的浓度均低于此值，因此可以把这些元素称为 “微量元素”。当然，这仅是对海水的组分而言，与通常意 义的“微量元素”不同。例如，Fe和Al在地壳中的含量很 高，而在海水中含量很低，它们是海水中的微量元素。
微量元素的来源
• 海水中微量元素的外部来源：大气或河流把陆地岩石风化
的产物输入到海洋中。
• 热液活动：海底高温的热液活动把微量元素引入海水中。 • 伴随中层、深层颗粒物质的氧化分解及浮游生物外壳骨骼
（硅酸、碳酸钙）的溶解而发生的再生过程。
• 伴随沉到海底的沉积物的重新溶解而发生的再生过程。
微量元素的迁移和消除
现在，淡水珍珠与海水珍珠均实现了人工养殖。海水珍珠 用的是有核养殖技术，因此有一个用贝壳或者骨头等做成的 核；而淡水珍珠采用的是无核养殖技术，因此其组成是 100%纯珠质。
5.1 概 述
海水化学成分不但对海水本身的性质 有影响之外，对生活在其中的海洋生物也 有很大影响，所以对海水化学成分的分析 和研究是非常必要的。
遮天蔽日的科伊边境石油大火 1991年的海湾战争造成的石油污染是至今最大的石油污染。进入 海洋的石油在水面形成一层油膜，影响氧气扩散进入水中，因而对 海洋生物的生长产生不良影响。石油污染对幼鱼和鱼卵危害极大， 油膜和油块黏附在幼鱼和鱼卵上；使鱼卵不能成活或使幼鱼死亡。 石油使鱼虾类产生石油臭味，降低海产品的食用价值。石油污染破 坏优美的海滨风景，降低了作为疗养、旅游地的使用价值。
海洋中不同形式的氮化合物，在海洋生物，特别是某 些特殊微生物的作用下，经历着一系列复杂的转化过程， 概括如图示。
图中包涵的具体转化过程分别为： １)生物固氮作用:分子态氮在海洋某些细菌和蓝藻的作用 下还原为NH3，NH4+或有机氮化合物的过程； 2）氮的同化:NH4+或NH3被生物体吸收合成有机氮化合物， 构成生物体一部分的过程； 3）硝化作用:在某些微生物类群的作用下，NH3或NH4+氧 化为NO3-或NO2-的过程； 4）硝酸盐的还原:被生物摄取的NO3-被还原为生物体内有 机氮化合物的过程； 5）氨化:有机氮化合物经微生物分解产生NH3或NH4+的过 程； 6）反硝化:NO3-在某些脱氮细菌的作用下，还原为气态氮 化合物（N2或N2O）的过程。
海洋化学污染物种类：
碳氢化合物（石油） 海洋中的重金属 合成有机化合物（农药） 营养物质―富营养化 放射性核素
碳氢化合物（石油）
每年大约有(5~10)×106t石油流入大海。其中2/3是 在运输途中泄漏的，1/3是由河流把炼油厂的废油和其 他工业废水中的碳氢混合物带入大海的。仅有一小部分 是由于海上事故泄漏的。尽管海难事故造成溢油引起众 多的报道，但是大部分的海洋石油污染却来自船用内燃 机燃料的不完全燃烧和油轮压舱水的排放。
• 表层浮游植物的摄取； • 有机颗粒物质的吸附清除作用； • 水合氧化物和粘土矿物的吸附并沉
降至海底，成为沉积物的一部分；
• 结合到铁锰结核上。
微量元素的测定
• • • •
测定方法：原子吸收、原子荧光法、阳极溶出法等。
分析准确度的影响因素：样品、环境、试剂、标准、 方法、分析者 。
注意问题：取样技术、传感器与探针、用于痕量分析 的实验室建设、实验室间的互相校正等。 测定意义：生物地球化学的循环、污染、毒性研究等。
死海不死
死海水含盐度高达 230-250 ‰， 为一般海水的6-7倍。因水中盐分 极高、生物无法在里面生存而而被 称为死海。由于这里湖水的浮力大， 人们在里面游泳不会下沉。一些不 会游泳的游客纷纷将死海当做了休 闲的好去处。
死海不死
死海含有极大量的矿物质， 各种盐的成分是普通海水的9倍， 其成分不仅仅是氯化钠。其他矿 物质与化学元素含量的成分也不 可忽视，其中富含钠、钾、钙、 溴、碘等40多种对人体有益的 矿物质和微量元素。
• 如果采用10cm/a，为4×104年。 • 如果利用海水总体积和径流量计算：
1.4×1021/(4.6×1016)≈3×103
示 例：钙元素
• 海水中总Ca2+含量为5.61×1020g，河水中钙
的平均浓度为15×10-3g/dm3，河流径流量 为4.6×1016kg/a， t = 5.61×1020 /(15×10-3× 4.6×1016) = 0.8×106（年）
• •
船体侧翻
正在下沉
沉没瞬间
平静下的不安
海底“定时炸弹”
• “威望和马尔皮卡间 的海域造成严重污染。
• 在污染最严重的海域，泄漏的原油有几十厘米
深，一眼看去海面上一片黑，
• 由于数十万鸟类都在事发海域过冬，原油的泄
漏将对当地的生态环境造成毁灭性打击。
一、蒸发
二、溶解
三、乳化作用 四、光化学氧 化作用 五、微生物降 解作用
石油在海洋环境中的运动和迁移
• 2003年，载有7.7万吨燃料
油的“威望号”油轮13日 在西班牙加利西亚省海域搁 浅，船体破裂，有4500吨 料油泄漏，形成一条巨大的 污染带。 更为糟糕的是，油轮最后断 裂成两半，造成更为严重的 污染。 图为“威望号”油轮的断裂 过程回放。
海水中的有机物质
海水中的成分—主要成分
主要成分：指海水中浓度大于1×10-6mg/kg的成分。
属于此类的有阳离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Sr2+五 种，阴离子有Cl-、SO42-、Br-、HCO3-（CO32-）、F五种，还有以分子形式存在的H3BO3，其总和占海水 盐分的99.9％。
中国死海
海水组分对对虾的影响 对使用相同饲料喂养的海水和淡水养殖凡纳滨对虾进行 比较。海水养殖对虾感官评价总体得分高于淡水养殖对虾, 海水养殖对虾在鲜味、甜味上优于淡水养殖对虾,而淡水养 殖对虾带有明显的土腥味。海水养殖对虾的灰分高于淡水养 殖对虾粗蛋白、水分及有机酸含量两类对虾差异不大。通过 分析氨基酸、核苷酸、甜菜碱和有机酸等呈味物质,发现主 要是谷氨酸、AMP、IMP、甜菜碱这几种物质对两类对虾的口 味差异起着重要作用。
死海的海水可以治病，科学家研究发现，海底蕴含丰富矿物 质的黑泥，具有“活化细胞”的疗效。由于死海特殊的高盐成 份、高矿物质含量，可加速肌肤细胞新陈代谢和强化细胞膜表 层，因此浸泡在死海海水里或是将死海黑泥涂抹在身上，人体 的分泌物如汗和油脂都容易被吸出，加速了体内废物从皮肤排 出，并且有愈合伤口的功效。一些患有皮肤病和风湿病的患者 更是经常光顾死海。 也有开发死海黑泥保养品的例子，能使肌肤获得充分的滋润， 并保护肌肤不失水，不受外界环境侵害；令肌肤抵抗紫外线， 呈现美白效果。
第五章 海水的化学特征
5.1 概述
5.2 主要成分
5.3 海洋化学污染物
5.4 海水淡化
5.1 概
述
研究海水成分的重要性
海水成分及其主要参数
海水成分对海水本身的性质有很大影响
海水成分对对生活在其中的海洋生物也 有很大影响，例如对虾、珍珠贝等。
5.1 概
常识—海水不能喝
述
这与海水成分有关系，海水 中含有高浓度的氯化钠及其他 矿物盐，所以味道又咸又苦。 由于海水中盐的浓度比人的体 液的浓度大，喝下后会析出体 液中的水分而使人体失水，所 以不能喝。
海水中的成分—有机物质
有机物质：如氨基酸、腐殖质、叶绿
素等。
海洋腐殖质的含义
在海洋环境中，在微生物和其它自然条件作用下，死
后生物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)经过化学和生物化 学的合成作用，而形成的一类性质稳定的高分子量复 杂有机物，称为HS。在海洋中形成的HS称为海洋HS 或海水HS。海洋HS能抵抗细菌的进攻和化学的氧化 作用，是海水有机物质的一种主要组分。
海水中的成分—气体
气体成分：如氧、氮及惰性气体等。
溶解氧
来源：大气、海底火山活动、海水中所发生的 化学过程及其他过程。
溶氧量：与温度压力海水深度都有关系。
容氧量对海洋生物的生长发展是一个很重要的 参数。
在溶解氧低于4mg/L时，鱼类就难以生存。
隐形眼镜的隐患 材料的透氧系数或者透氧量不合格：人眼角膜所需 要的氧气80%来自外界空气，空气中的氧溶解在泪液 里面，透氧不足，造成角膜缺氧，产生角膜水肿，视 力下降等问题 含水量指标与表示值不符：氧的透氧率与含水量呈 正比。 隐形眼镜的溶液：水、盐分、pH值、防止细菌、清 除蛋白质沉淀。
珍珠有海水珍珠和淡水珍珠。 海水珍珠在我国有一种，即产于 广西、海南的马氏珠母贝所产的 珍珠，称为“南珠”。淡水珍珠 主要产于长江中下游地区，由蚌 科动物三角帆蚌或褶纹冠蚌)产出。
珍珠贝
珍珠饰品
在药典中，海水珍珠和淡水珍珠是同等入药的。在《日本 化妆品原料规范》中，亦未对珍珠的来源加以区别。为什呢？ 多种分析发现，淡水珍珠与海水珍珠的成分没有根本性的 区别，如《中国药学杂志》翁林福等对淡水珍珠粉和海水珍 珠粉的化学成份进行了分析比较，结果表明，淡水珍珠和海 水珍珠的化学成份基本一致。
海水中一些元素的逗留时间
元素
H Li Be
logτ
4.5 6.5 （2）
元素
Cl K Ca
logτ
7.9 6.7 5.9
元素
As Se Br
logτ
5 4 8
元素
Hg Pb Ra
logτ
5 （2.6） 6.6
B
B N O F Na Mg Al Si
7.0
4.9 6.3 4.5 5.7 7.7 7.0 2 3.8
海洋HS和陆地HS的差别
特 性 海洋HS 低 低 高 -22— -24 低（海水） 高（沉积物） 陆地HS 高 高 低 -24— -29 高 高
芳香度 酚含量 氮含量 δ
13C（‰）
分子量
5.3 海洋化学污染物
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接 由人类向大洋和河口排放的各种废物或废热，引起对人类 生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命（如鱼类）的 现象。
由于这些成分在海水中的含量较大，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都不 大，故称为保守元素。
海水中的成分—营养元素
营养元素：主要是与海洋植物生长有关的要素，
通常是指N、P、Si等。这些要素在海水中的含量 经常受到植物活动的影响，其含量很低时，会限 制植物的正常生长，所以这些要素对生物有重要 意义。
• 定 义（又称滞留时间，逗留时间）：
t = 海水中某元素的总量 / 该元素每年 进入海洋的量
• 意 义：元素以固定的速率向海洋输送，
如果要把全部海水中该元素置换出来所 需的平均时间。
示 例：水分子
• 海洋的平均深度为4000m，全球河流的径流
量折算为海洋水位是13cm/a， t = 4000/0.13 = 3×104（年）
5.1 概
述
研究海水成分的重要性
海水成分及其主要参数
海水中溶解有各种盐分，海水盐分的成因是一个复 杂的问题，与地球的起源、海洋的形成及演变过程有关。 一般认为盐分主要来源于地壳岩石风化产物及火山喷出 物。另外，全球的河流每年向海洋输送5.5×1015g溶解 盐，这也是海水盐分来源之一。从其来源看，海水中似 乎应该含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所 限，目前已经测定的仅有80多种。
Sc
Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu
4.6
4 5 3 4 2 4.5 4 4
Rb
Zr Mo Ag Cd Sb I Cs Ba
6.4
5 5 5 4.7 4 6 5.8 4.5
Th
U
（2）
6.4
P
S
4
6.9
Zn
Ga
4
4
La
Au
6.3
5
5.2 海水的化学组成
海水的主要成分 海水中的营养元素 海水中的微量元素 海水中的气体成分
pH值
海水的pH值变化幅度不大，表层海水通常稳定在 8.1±0.2左右。 个别海区由于水生植物特别茂盛，有时高达8.9。 海水的pH值变化幅度不大的原因，主要是因为海 水中含有弱酸与弱酸阴离子的缘故，如碳酸和碳酸 氢根离子，硼酸和硼酸氢根，硅酸和硅酸氢根离子， 都产生一定的缓冲作用。
元素在海水中的逗留时间（t）