化学海洋学 张际标重点.doc

第二章1. 原始海水与现代海水的化学特征是什么？原始还是因溶解原始大气的成分呈现酸性和还原性的主要化学特征，近似于0.5mol/dm-3HCl溶液，而现代海洋中的物质含量比原始海水丰富如主要成分：Mg2+ Ca2+ Na+ Cl-，且含量比值恒定，海水PH值8.0左右近似中性，海水中正负离子浓度相等。2. 原始海水经过哪些过程或作用向现代海水过度？沉淀-溶解作用、氧化-还原作用、酸-碱作用、络合作用3. 海水化学组成变迁的Sillen模型考虑了哪些反应？1存在着与各种沉积物相接触的间隙水2光解离作用3光合反应4氢损耗到外部空间5有机物腐烂和O2的消耗之逆向反应4.海洋中物质之汇主要是：海洋沉积物的生成；沉积物间隙水；成岩作用 等5.海洋中元素垂直分布类型：积聚型 中间最大值型 中间最小值型 表面富集和深海清除型 表面耗竭和深海富集型第三章1.恒比定律：全世界所有的海水水样都含有同样种类的成分，这些成分之间具有非常接近恒定的比例关系，而这些水样间只有含盐量总值不同的区别。2.影响海水主要成分恒定性的具体因素有：（1）河流 （2）结冰和融冰 （3）海底火山 （4）生物过程 （5）溶解度的影响 （6）大气交换 （7）盐卤水的流入3.盐度的定义：1000g海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐都转换成氧化物之后，其所含的无机盐的克数，以符号“S”表示，单位为g.kg-1.绝对盐度：海水中溶质质量与海水质量之比。实用盐度：在15。C 0.1mPa海水样品电导率与相同温度压力下，质量比为0.0324356的KCl溶液电导率的比值K15来确定。氯度的定义：在1000g海水中,若将溴和碘被当量的氯置换后所含氯的总克数,以cl表示。4.盐度的测定方法：（1）可通过化学滴定或电位滴定的方法测定氯度，再通过关系式换算出盐度。（2）可利用离子选择电极测定盐度。（3）将海水的折射率与已知盐度的标准海水进行比较，也可以估算海水水样的盐度。（4）直接比重发测定法，目前普遍使用的比重计测定盐度的方法。（5）海水电导是测定盐度最有效的使用参量。（6）现场盐度计测盐度。5.碱度的严格定义：在温度为20时，1dm海水中弱酸阴离子全部被释放时所需要氢离子的毫摩尔数。采用“moldm”为单位。6.标准PH缓冲溶液的电动势（Es）和测试溶液的电动势（Ex）；相应的PH值为PHs和PHx，它们之间的关系为：PHx=PHs+(Ex-Es)/(2.303RT/F)7.海水的PH值随温度的升高而略有降低；海水的静水压力增大，则其PH值降低；海水盐度增加，离子强度增大，海水中碳酸的电离度就降低，从而氢离子的活度系数及活度均减小，即海水PH值增加。8.海洋中的碳酸盐体系是海洋中最重要的平衡体系之一，为什么？碳酸盐体系是海洋中重要而复杂的体系，它涉及许多学科，如气象学、地质学和海洋学科。之所以成为最重要的平衡体系之一的原因如下：（1） 碳酸盐体系参与大气-海洋界面、海洋沉积物与海水界面以及海水介质中的化学反应，它控制着海水的PH值并直接影响海洋中许多化学平衡。（2） 在形成和维持生命的起源和生态环境方面，该体系也有重要作用。（3） 因为海洋可作为大气CO2的调节器,所以碳酸盐体系对控制CO2含量也有着重要的作用第四章1.海水中所溶解的气体主要来自大气、海底火山活动、海水中发生的化学反应和其他过程（例如生物过程特别是光合作用和呼吸作用、有机物的分解和放射性蜕变，以及地球化学过程等）。2.海-气界面上的气体交换模式有很多种，常用的有薄层模型和双膜模型。3.影响气体交换的因素：（1）温度的影响（2）气体溶解度的影响（3）风速的影响（4）季节的影响4.海洋中的溶解氧主要来源于大气和海洋中的光合作用。5.溶解氧的消耗过程主要由植物的呼吸作用、有机物的分解和无机物的氧化作用等控制。6.生物需氧量（BOD）：指在需氧条件下，水中有机物由于微生物的作用所消耗的氧量，通常使用单位为mgdm-。其测定方法是：采用20摄氏度是在含氧的条件下培养5天，称为5天生化需氧量，用BOD5来表示。可作为水体受到有机物污染的一个指标。化学需氧量（COD):指在一定条件下，1dm水中还原物质被氧化所消耗氧的毫克数。COD的测定方法：向一定量的水样中加入氧化剂（如KmnO4,K2CrO7或KIO3）,氧化后，把消耗氧化剂的量换算成02的毫克数。可作为一种快速测定氧消耗量的方法，已成为我国海洋污染检测的一项指标。7.何谓温室气体，什么说CH4是温室气体？破坏大气层与地面间红外辐射正常关系，吸收地球释放出来的远红外辐射，就像温室一样，促使地球气温升高的气体称为温室气体。甲烷跟二氧化碳一样可以让太阳短波辐射自由 通过，同时强烈吸收地面和空气放出的长波辐射（红外线）， 从而造成近地层增温 。甲烷可分解成二氧化碳和水，也是二氧化碳的间接排放物。第五章1.海水营养盐的主要来源是什么？大洋水的营养盐有何分布规律？海水营养盐的来源主要为大陆径流带来的岩石风化物质、有机物腐解得产物及排入河流中的废弃物。营养盐的分布可分为四层：（1）表层，营养盐含量低，分布较均匀 （2）次层，营养盐含量随深度增加而迅速增加 （3）次深层，500-1500m，营养盐含量出现最大值 （4）深层，厚度虽大，但磷酸盐和硝酸盐含量变化很小，硅酸盐含量随深度增加略为增加。2.海水中的无机氮有何分布规律？（含一般分布规律、水平、垂直、季节等分布规律）一般规律：（1）随纬度增加而增加 (2)随深度增加而增加 (3)太平洋、印度洋含量大于大西洋含量 (4)近岸线海域的含量一般大于大洋水含量3. N/P=16(原子数)；N/P=7（质量）.N/P升高导致P的供给相对不足，成为浮游生物生长的限制因子。4.海水中磷化学物的存在形式有哪些，主要存在形式是那一种？哪些形式可被浮游植物直接吸收？海水中磷的化学物有多种形式，如溶解态无机磷酸盐、溶解态有机磷化物、颗粒有机磷物质和吸附在悬浮物上的磷化物。通常以溶解态无机磷酸盐为主要形式。浮游植物通过光合作用吸收海水中的无机磷和溶解有机磷。5.什么是海水的富营养化？引起富营养化的主要元素是什么元素？富营养化得评价方法有哪些？富营养化是水体老化的一种现象，由于地表径流的冲刷和淋溶，雨水对大气的淋洗水及废水、污水带有一定的营养物质向湖泊和近海水域汇集，使得水体的沿岸带扩大，沉积物增加，N、P等营养元素大量增加，造成水体富营养化。引起富营养化的元素有：C,N,P,S,Si,Mg,K等20种,其中N,P最为重要。富营养化评价方法：（1)单项指标法 (2)综合指标法 (3)富营养质量指数法(NQI法)水体富营养化的解决方法：往水体中加入适量的CaCO3.随着CaCO3的沉淀，可能转化成溶解度更小的羟基磷灰石沉淀，可以使部分有效磷离开水体。6.什么是赤潮，引起赤潮发生的主要原因是什么？赤潮在国际上也称有害藻类，指在一定条件下，海洋中的浮游微藻、原生动物或细菌等在短时间内突发性链式增殖和聚集，导致海洋生态系统严重破坏引起水色变化的异常现象，多数学者认为，富营养化是形成赤潮的主要原因，但不唯一，温度，盐度，PH值，光照，海流，风速，细菌量和微量元素等条件都有影响。第六章1.重金属元素具有“两性”：一方面它们是生物体生长发育所必需的元素，如作为催化剂可激发或增强生物体中酶的活性；另一方面，这些必需元素一旦过量会对生物体产生毒性效应。2.海水中微量元素的主要来源和清除途径有哪些？来源：（1）大气或河流把陆地岩石风化的产物输入到海洋中；（2）在海脊顶部扩张中心处，通过高温热液的活动，海水与新形成的洋壳玄武岩的互相作用以及低温下于新形成的地壳的互相作用而引入；（3）热液活动，海底高温的热液活动吧痕量元素引入海水中，（4）伴随中、深层颗粒物质的氧化分解及浮游生物外壳骨骼的溶解而发生的再生过程，（5）海底沉积物的重新溶解而发生的再生过程。 清除途径：（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。3.影响海水中微量元素的含量和分布的主要过程有哪些？（1）生物过程，（2）吸附过程，（3）海-气交换过程，（4）热液过程，（5）海水-沉积物界面交换过程4.痕量元素的主要分布类型有哪7类基本类型？（1）保守型（2）营养盐型（3）表层富集而深层耗尽型 （4）中层深度有最小值型 （5）中层深度最大值型（6）少氧化层具有中层深度最大值或最小值型（7）与缺氧水体有关的最大值或最小值型5.重金属迁移转化（1）重金属污染的海洋中物理迁移过程主要指，海-气界面重金属的交换及在海流、波浪、潮汐的作用下，随海水的运动而经历的稀释、扩散过程 （2）重金属污染在海洋中化学迁移过程主要指，重金属元素在富氧和缺氧条件下发生电子得失的氧化还原反应及其化学价态、活性及毒性等变化过程 （3）重金属污染在海洋中的生物迁移过程，主要指海洋生物通过吸附、吸收或摄食而将重金属富集在体内外，并随生物的运动而产生水平和垂直方向的迁移。6.海洋环境中重金属污染物有何分布规律？（1）河口及沿岸水域高于外海；（2）底质高于水体；（3）高营养阶生物高于低营养阶生物；（4）北半球高于南半球。7.重金属污染的防治措施有哪些？其处理方法一般有哪两类？应预防为主，控制污染源、改进生产工艺、防止重金属流失、回收三废中的重金属以及切实执行有关环境保护法规、经常对海域进行监测和监视。方法：a，使溶解态的重金属转变成不溶性重金属化合物或单质；b、将重金属在不改变其化学形态的条件下从废水中进行浓缩和分离。8.海洋中痕量元素的生物地球化学平衡过程的控制因素与颗粒物质的作用；在水合氧化物胶体上的吸附作用；与生物体的互相作用；与有机物配位体的互相作用形成金属有机络合物。9. martin提出铁假设：“在世界海洋高营养盐-低叶绿素（生产力）的海区，铁的可利用性限制了浮游植物生长的比率（单位生长率）。”铁假定有两个必然结果：铁的可利用性限制了浮游植物对营养盐和碳酸盐的摄入；因为铁限制、控制了浮游植物的生长，而从大气中移出CO2;大气CO2的水平则随铁输送到海表面而变化。10. 重金属的再循环：颗粒的再生作用海底通量及再生过程清除和再循环模型第七章1. 腐殖质是地球表面分布最广的天然有机物质之一，它广泛存在于土壤、煤炭、沉积物和天然水中，是一类结构复杂的高分子聚合物。腐殖质一般分成：腐殖酸（简写为HA，又名黑腐酸），他是一种从海洋沉积物、土壤、煤炭等中提取出的不溶于稀酸而溶于碱的深色物质；富里酸（简写FA，又名黄腐酸），是用来酸化除去HA后留在溶液中的有机物质；吉马多美朗酸（简写为BHA，又名棕腐酸)它是HA的可溶于醇的部分。2.海水有机物对海水性质有何影响？（1）对多价金属离子的络合作用；（2）改变一些成分在海水中的溶解度；（3）对生物过程和化学过程的影响；（4）对海-气交换的影响；（5）对水色的影响；（6）对海洋生物生理过程的影响3.海水中有机物有何特点？（1）含量低；（2）组成复杂；（3）在海洋空间分布不均匀；（4）容易形成金属-有机络合物4.有机碳分类：溶解有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）和挥发有机碳（VOC）3种形式。溶解有机碳(DOC)在操作上的定义为：通过一定孔径玻璃纤维滤膜（0.7m）或银滤器（0.45m）的海水中所含有机物中碳的数量。5.海水中DOC的主要来源和去除途径是什么？来源：外部来源：河流、大气、和海洋底质；内部来源：海洋内部生物过程和化学过程产生的。去除途径：（1）由于物理形态改变而而导致的移出；（2）化学移出；（3）生物学移出。6.海水中DOC的垂直分布有何规律、为什么出现此类规律？分布规律：在上层100 m以内的浓度比深水高30%50%，在6591u moldm-3 C范围内。在100m左右，有一个大的浓度跃层，跃层以下，浓度缓慢降低，到500m以下，浓度较低且相对恒定，在4050umoldm-3C之间，不同海区略有差别。原因：（1）由于受人类活动的影响，营养盐比较丰富造成该海区生物活动比较旺盛，且人类活动也向海水排放大量有机物；（2）河流输入也是造成近岸DOC浓度较高的一个重要原；（3） 平流作用，近岸DOC会向远洋迁移，由于沉降和涡轮扩散作用，DOC又会由表层向深层转移；（4）对于大洋水，随着浮游植物的大量繁殖，有机物含量增高。对于受陆地影响较大的水域，季节不同，河流的流量不同，也会造成海水中有机物浓度的变化。 6.1由于海水中的有机物主要来自浮游生物。因此，一般认为有机物的季节变化与浮游植物的盛衰有关。7.海洋中DOC的测定方法有哪些？ （1）过硫酸钾法（2）紫外/过硫酸钾法（3）高温燃烧法（HTC）亦称高温催化法（HTCO）8.在溶解有机物中，含有一部分分子量较高的大分子化合物，粒径通常在1nm1u m之间，这部分称为胶体有机物。为何说COC有较强的动力学活性？首先，胶体有机物具有较大的比表面积，且含有多种有机配体，可与痕量元素发生吸附或络合作用，从而影响痕量金属元素在水体中的迁移、毒性和生物利用性。其次，大部分胶体物质在水体中的逗留时间短，它可通过絮凝作用转化成大颗粒，而后者可参与生物和地质过程，因此，COC在有机碳的生物地球化学循环中具有重要作用，此外，COC存在于溶解态和颗粒态之间，是两者进行迁移转化的重要介质。9.海洋中COC分离最有效的手段是什么方法，它有何优点？最有效的手段是：切向超滤技术。 优点：（1）切向超滤中的切向流动避免了胶体浓度在膜表面的增加，最大限度地降低了胶体物质在膜表面的吸附，从而不会引起胶体物质的丢失，也不会引起由粒子累计所导致的膜孔径变小；（2）分离出的胶体粒子被浓缩到小体积的溶液中，而不是附着在滤膜上，因此，胶体粒子还是分散的，较好地保持了其胶体特性。10.海洋生产力：是海洋中生物通过同化作用生成有机物的能力海洋净生产力：单位时间内单位面积（或体积）中所同化有机物总量扣除消费之后的余额。初级生产力：是单位时间内单位面积（或体积）水体生产有机碳的量新生产力：是真光层以外（如深层水、大气和陆地）输入的营养盐导致的初级生产。11.一般有机物的污染主要表现在：覆盖夺氧致毒海洋化学上除了用测定有机物浓度来表示有机物的污染程度外，通常还用到两个参数，即化学耗氧量和生化耗氧量。12.海水中POC分布有何规律？其分离方法有哪些？测定方法有哪些？规律：（1）真光层：由于光照充足，光合作用强，POC的浓度极高，为深水层浓度的10倍，活体量多，并且绝大部分的有机碳活性高，处于迅速的再循环中，估测得到浮游植物对深水有机碳的输入量仅相当于生产量的10%（2）深水层：由于光合作用减弱，呼吸作用增强，POC的浓度随深度的增加而缓慢降低，到达某一深度后浓度近于恒定。（3）沉积物水界面：海底有一部分沉降下来的POC，它们逐渐向上覆水溶解，形成水体中的POC。分离方法有：（1）离心法（2）过滤法（3）沉积物捕捉器测定方法有：1、重量法。2、化学法，又分为两种 a、湿式氧化法，b、干式燃烧法（快速、准确，式目前广泛应用的方法）3、颗粒计数和粒度分析 4、直接测定法第八章1.同位素为具有相同质子数，不同中子数（不同质量数）同一元素的不同核素为互为同位素。其一般特征是化学性质基本相同，物理性质稍微不同。2.海水在蒸发和凝结时，含有18O同位素的水分子与含16O的水分子发生明显的分馏，这种现象为同位素的分馏。同位素的分馏机理主要有热力学分馏和动力学分馏两大类。3.同位素分馏作用使海水中的18O呈现明显的迁移特征：（1）赤道和低纬度海域表层海水有较高的18O和盐度，（2）高纬度海域表层海水的18O好盐度都比较低，（3）来源相同的大洋表层海水，18O和盐度有线性关系。4.海洋中放射性核素有哪三类？放射性衰变遵循什么规律？放射性核素在海洋学上有何应用？原生放射性核素及其子核素 宇宙射线产生的放射性核素 人工放射性核素放射性核素在衰变过程中，该核素的原子核数目会逐渐减少。应用：作为海流运动的示踪剂、海水年龄的测定、沉积物的沉淀速率的测定第十二章1.海洋在全球环境变化中的作用，主要体现在两个方面：海洋生态环境问题；海洋在长期气候变化中的作用。 2.海洋、大气、生物、岩石四大层圈3.海洋浮游生物为C:N:S:P=106:16:1.7:1;海洋底栖生物为C:N:P=550:30:14.在本书中讨论C,N,P,S循环，我们推荐两种模型：Bolin等的模型；Mackenzie等的模型5.在海洋碳循环中的垂直方向上包含哪三个泵，具体涵义是什么？答：由上到下有3个泵：、溶解泵：是大气中CO2溶解在海水表面、物理泵：是海水表层中物理混合作用，使HCO3-向海洋中扩散和传递、生物泵;是海洋生物在表层和真光层下通过光合作用和呼吸作用，使无机碳与有机碳的相互转化。6. 大气氮有6种主要形式：NH3（气），NH4（气溶胶），N2(气)，N2O（气），NOx（NO+NO2）和NO3（气溶胶）。7. 磷在海水中的四种形态：活的生物体（LOP）、溶解无机磷（DIP）、溶解有机磷和颗粒磷（POP）。8. 硫循环的两个特点：它由若干氧化-还原反应组成；微生物和细菌在硫循环中起着重要的作用。9.不同深度海洋沉积物颜色有何特征，与什么物质有关