第八讲 海洋化学环境特征.doc

第八讲海洋化学环境特征一、化学海洋学的定义与内容1、海洋化学（marine chemistry） 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学科。 2、化学海洋学（chemical oceanography）用化学的原理和方法研究海洋各组成部分的化学组成、物质分布和海洋生物地球化学过程的学科。 研究海水的化学组成和特性，包括发生在海水中的各种均相化学过程、海水与大气界面上的各种气-液界面化学过程以及海水与沉积物、悬浮颗粒等固-液界面上的化学过程。 二、海水的化学组成 1.主要成分(大量、常量元素)：指海水中浓度大于1mg/kg的成分 2.溶于海水的气体成分，如氧、氮及惰性气体等 3.营养元素(营养盐、生源要素)：N、P、Si等 4.微量元素：在海水中含量很低，但又不属于营养元素者 5.海水中的有机物质：如氨基酸、腐殖质、叶绿素等。 （一）海水中的主要成份 有阳离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Sr2+五种 阴离子有Cl-、SO42-、Br-、HCO3(CO32-)、F- 五种上述各种物质以及H3BO3，其总和占海水盐分的99.9，所以称为主要成分 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，所以称为保守元素。 Si含量有时也大于1mg/kg，但是由于其浓度受生物活动影响较大，性质不稳定，属于非保守元素 海水中的主要成份 大致可以看到如下规律：除零族惰性气体外，周期表两端的元素含量较高。如A，A，A及A族；同族元素从第三周期开始随原子序数增加而减少。A，A和A三族元素的logC(C以mmol/kg表示)与原子序数成线性关系，化学海洋学的发展很大程度上依赖于分析化学技术的进步 元素在海水中的逗留时间 Barth(1952)提出海水中元素的逗留时间(T)的概念，其定义为 T的意义是：元素以固定的速率向海洋输送，把全部海水中该元素置换出来所需的平均时间。海水的成分被认为处于稳定状态，即 M为海水中某元素的总量，Q为输入速率，R为输出速率，于是有 海水中的元素输出与元素的含量成正比：R=kM(k为输出速率常数)，Q-kM=0，即 即元素的逗留时间等于元素输出速率常数的倒数 元素在海水中的逗留时间 海水中元素的逗留时间大致在102108年之间。海水的更新时间在温跃层(平均100m)以上平均为几十年，而在深层则为1000年左右。如果元素逗留时间大于更新的时间，则在整个海洋中的分布应当是均匀的；如果小于更新的时间，其分布应当是不均匀的 （二）海水中的微量元素 浓度低于1mg/kg外其它元素 “微量元素” ，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，而它们是海水中的微量元素 海水中的微量元素过去研究不多，现在则因为它们和环境污染有系，研究日益广泛，其来源主要有河流的输入、大气沉降、海底热泉等，它在海水中涉及的平衡有络合、螯合、氧化还原平衡、生物吸收、颗粒物的吸附与解吸等。 对海水微量元素的研究首先是分析测定问题。因为海水中微量元素的含量极低，有些甚至低于蒸馏水的含量，所以采样、储存，以及容器的污染都会产生很大的误差。为此，首先要避免沾污，采样过程要防止污染，样品的前处理和分析测定均应在洁净实验室进行，也要考虑容器、试剂等对测定结果的影响。另外，要经常进行实验室的互校工作，以保证测定质量 微量元素在海水中的存在形式和形态 不同的存在形式其性质也大不相同 1)弱酸在海水中的解离； 2)变价元素在海水中的氧化还原平衡； 3)微量元素在海水中的有机和无机络合物； 4)生物合成的有机物； 5)海水中的有机物及无机颗粒物。 海水中金属元素的存在形态 (=10-10m，小于氢原子直径)海水的氧化还原电位 通过对海水氧化还原电位可以推测平衡状态下变价元素的价态，假设海水是一个氧化还原的平衡体系 ，电极电位可以表示为 pE表示海水氧化还原能力的强弱，pE低，则电子活度大，还原能力强，海水处于强还原条件；反之则是处于强氧化条件对于O2H2O系统，海水的pE值与Eh和pH有关，pH变化0.1，pE变化0.1，PO2变化40，pE变化10 海水的Eh值通常采用惰性金属电极测定，最常用的是铂电极，把铂电极和参比电极放在被测溶液中，测定电位差值，扣除参比电极电位则得到Eh值，正常的通气良好的海水Eh大约为0.4V左右 （三）海水中的放射性同位素 来源于天然放射性核素和人工放射性核素 天然放射性核素：1.三大天然放射系，目前已发现计38种核素，它们属于铀系、锕系、钍系，浓度的表示有两种方法：g/L；apm/L。2.宇宙射线与大气元素或其它物质作用的产物。3.海洋中不成系的长寿命放射性核素 人工放射性核素：1.核武器爆炸。2.核动力舰船和原子能工厂排放的放射性废物。 3.高水平固体放射性废物向海洋的投放 4.放射性核素的应用和事故 （四）海洋化学污染物 一、定义与概念 1、1970年：GESAMP定义海洋污染 人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境，其中包括河口湾，以致造成损害生物资源，危害人类健康，妨碍包括捕鱼在内的各种海洋活动，损坏海水使用质量及减损环境优美等有害影响。 2、1982年：联合国海洋法公约定义海洋环境污染 “海洋环境污染”是指：人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境，其中包括河口湾，以致造成或可能造成损害生物资源和海洋生物，危害人类健康，妨碍包括捕鱼和海洋其它正当用途在内的各种海洋活动，损坏海水使用质量和减损环境优美等有害影响。 3、1999年:海洋科学导论定义 4、1999年：中华人民共和国海洋环境保护法 海洋环境污染损害，是指直接或间接地把物质或者能量引入海洋环境，产生损害海洋生物资源，危害人体健康、妨害渔业和海上其它合法活动、损害海水使用素质和减损环境质量等有害影响。 5、2000年：张德贤等定义 海洋环境污染是指：由于海洋环境污染行为或自然界力量，而导致减损海洋环境功能的后果，如损害海洋生态链，危害人体健康，损坏海洋使用质量以及减损海洋环境优美等影响。 6、2007年：海洋科技名词定义 海洋环境沾污（marine environmental contamination）：人类直接或间接地把物质或能量引入海洋环境，以致发生减损海洋环境质量，但尚未达到所定义的污染的程度。海洋污染(marine pollution)：人类直接或间接地把物质或能量引入海洋环境，以致发生损害生物资源、危害人类健康、妨碍包括渔业在内的海洋活动、损害海水使用素质和降低或毁坏环境质量等有害影响。 “海洋污染物”(marine pollutant)：由于人类活动而直接或间接进入海洋环境，并能产生有害影响的物质或能量。 海洋化学污染物(chemical pollutant in the sea)：引起海洋环境污染的各类化学物质。废弃物的产生与处理