海水的化学特征

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）
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。
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。
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
• 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）
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％。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Байду номын сангаас
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。
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。
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
• 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）
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。
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。
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。
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。
• •
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”号油轮上共载有7万多吨原油，泄漏的
原油对西班牙境内腓尼斯特雷角和马尔皮卡间 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。