第4章 海水的性质-2013

1、第四章 海水的性质n海水：是一种溶解多种无机盐、无机盐、有机物质和气体有机物质和气体以及含有许多悬悬浮物质浮物质的混合混合液体。主要成分主要成分溶解气体溶解气体营养元素营养元素有机物质有机物质微量元素微量元素海水的化学组成海水的化学组成海水是一种非常海水是一种非常复杂的多组分溶复杂的多组分溶液液指海水中浓度小于10-6mg/kg的成分来源有河流的来源有河流的输入、大气沉输入、大气沉降、海底热泉降、海底热泉等等等等与纯水相比，海水多了什么？水的重要作用n独特的化学性质q水具有溶解绝大部分物质的能力q水的化学性质是维持生命的根本所在。n实际上，所有生命体的主要部分都是水。例如，其重量占生命体总重量

2、，在65%（人类）至95%（大部分植物）间变化。水是促进人体内各种化学反应的理想媒介。我们的血液（输送营养物质到全身并排出我们身体的垃圾）中85%的是水。n特殊的热特性气候（天气）调控器q可以储藏极大的热量。q水控制了地球热量的分布，进而控制了地球的气候变化。一、海水的热特性l水分子的结构特殊水分子的结构特殊q水分子是高度极性分子极性键、水分子结构不对称q水分子之间又可因极性相互吸引，并通过氢键氢键相互连接在一起。q水分子的结构导致水的特性极为特殊n水的溶解能力强n水的密度随温度变化n水的热性质特殊温度：反映了物体内部分子运动平均动能的大小 热能： 是物体的所有分子无规则热运动的动能与相互之间

3、势能的总和 三态的变化实际上是热量的吸收和释放的过程.最根本的内在变化是其分子其分子结构的改变结构的改变1、水的三态（相）变化固态液态气态在什么情况下水在固、液、气三相之间变化？分子运动愈快,物体愈热，温度愈高;分子运动愈慢,物体愈冷,即温度愈低 吸收热量、温度升高的过程n物质的状态（固、液、气三相）改变其最根本的内在变化是其分子结构的改变其分子结构的改变物质分子之间的附结程度发生改变。 海水的热特性冰点冰点（溶解点）（溶解点）热容热容潜热潜热其它：其它：热膨胀热膨胀、热传导等、热传导等沸点沸点/压缩点压缩点水的热特性水的热特性水分子结构水分子结构温度、盐度、压温度、盐度、压力的函数力的函数纯

4、水：纯水：0度度海水更低海水更低纯水：纯水： 100度度海水更高海水更高水的温度上升一度所吸收的总的热量即为热容单位质量的海水温度上升一度所吸收的热量即为比热容水的热容最高，使得水（球）的温度的变化缓慢水的热容最高，使得水（球）的温度的变化缓慢n1kg海水气化为同温度的蒸汽所需要的热量，称为海水的比蒸发比蒸发潜热潜热，单位为“焦/千克”。n比蒸发潜热在所有已知物质中最大热膨胀系数会随会随温度与压力、盐温度与压力、盐度的升高而增大，度的升高而增大，比纯水略大比纯水略大二二 海水的压力海水的压力n海水的静压力主要是由水柱的重量产生，由静力平衡方程式知 zdzgzP0q海洋学中压力(P)多用分巴分巴

5、为单位（1 db= 0.1 bar = 105 dyn/cm2）q一个大气压（atm）=1.01325105帕= 1.01325106 dyn/cm2)一米海水柱所产生的海水压力近似于一分巴，一米海水柱所产生的海水压力近似于一分巴，而一个大气压相当于承受十米水柱的重量，而一个大气压相当于承受十米水柱的重量，所以海面下大约每隔十米压力增加一巴或是一大气压。所以海面下大约每隔十米压力增加一巴或是一大气压。图 水压的力量。照片上左右两侧原来是一模一样的两个保丽龙杯，右侧的杯子只不过被放到海面下2642米深处然后再取回，可见水压的力量有多大，海洋仪器往往需能承受更大的压力。三、海水的温度表层海水的温度

6、分布及变化明显受海洋中热量收支情况的制约 海水的温度海水所吸收的热量主要来自太阳辐射能 海水的温度受什么影响控制？海水所吸收或释放的热量地球热收支即为:约四分之一的太阳辐射散射,约有五分之一被大气层吸收。5%被地表反射，而只有总入只有总入射量的射量的45%被地表被地表（海水）吸收。（海水）吸收。 地表所吸收的太阳辐射能随纬度变化的原因n同样大小的太阳能照射下，单位面积上低纬度的辐射强度要大于高纬度。n同样大小的一束太阳能穿越高纬度的大气圈所损耗的太阳能比低纬度多；也即是说，高纬度直达地面的太阳能的总量已经小于低纬度。n高纬度反射回去的量比低纬度大，被海面直接吸收的较小。n综上所述，高纬度地区海

7、面最后能直接吸收的太阳能远小于赤道地区。太阳辐射能与水温的季节变化太阳辐射能与水温的季节变化 n南北纬40到60度的区域，地表太阳辐射强度的年内变化极为明显，这是因为太阳光线到达该纬度的角度随季节变化极为明显。n赤道地区的太阳辐射强度全年基本不变；n极地地区的太阳辐射能强度年内变化非常显著。赤道地区水温季节变化约02，中纬度地区约为5-8，极地地区约为2-4。 海水的温度水温水温水温在垂向上有什么变化特征？纬度变化纬度变化季节变化季节变化日变化日变化纬度变化纬度变化季节变化季节变化日变化日变化地球表面（包括海水）所吸收的热量有什么变化特征？热量海水的温度热量低纬高热量低纬高高纬低高纬低热量夏季

8、高热量夏季高冬季低冬季低WHY？水温的铅直分布水温的铅直分布 n中、低纬度海域水温大体上随深度的增加呈不均匀递减，上层为混合层，水温较高，混合均匀，中层为水温迅速减少层温度跃层，水温梯度大，最下层为深水层，水温低，基本保持温度。n高纬度海域水体混合均匀，温度跃层不明显 重点：温度跃层重点：温度跃层四海水的盐度海水的盐度n全球水量平衡全球水量平衡降水与蒸发；降水与蒸发；河流（地表径河流（地表径流）、地下水流）、地下水结冰或溶冰结冰或溶冰定义定义盐度将海水中一切碳化物（碳酸盐）、溴及碘化物等均代换为氯化物，同时将所有有机物完全氧化，则一公斤海水中所含有的固体物质总克数即为盐度。测量方法测量方法干燥

9、法（最不准）、化学滴定法以及间接法影响海水盐度的过程影响海水盐度的过程降水、地表径流（河流）、冰川融化、蒸发、结冰所有这些过程发生在海表层，影响表层盐度改变海水中溶解物改变海水中溶解物质的总量或者海水质的总量或者海水的总量的总量。硝酸银滴定法求硝酸银滴定法求出氯度出氯度（即每公斤海水中氯离子（包括碘与溴）克数），盐度盐度=0.03+1.80655氯度氯度整个大洋平均盐度为整个大洋平均盐度为35（）海水盐度的变化海水盐度的变化表层海水盐度的表层海水盐度的平面空间分布平面空间分布纬度变化纬度变化 WHY？取决于？取决于降水量和蒸发量降水量和蒸发量之比之比等等等等海水盐度的空间变化海水盐度的空间变化

10、海水盐度的垂直分布（从海表到海底的变化特征）盐度跃层：盐度在垂向上盐度在垂向上有一个明显的突变，这个突变有一个明显的突变，这个突变位置大约在水面下位置大约在水面下300m到到1000m之间，而通俗上将这个之间，而通俗上将这个盐度迅速变化的水深层（水面盐度迅速变化的水深层（水面以下以下300m1000m）称为盐跃）称为盐跃层层时空变化是永恒的主题时空变化是永恒的主题南北回归线附近表层盐度最大，南北回归线附近表层盐度最大，高低纬度地区盐度最小高低纬度地区盐度最小n以南北回归线为最高，以南北回归线为最高，随纬度增高（向极地）随纬度增高（向极地）和减少（向赤道），和减少（向赤道），表层盐度减少。表层盐

11、度减少。n海表盐度的分布取决海表盐度的分布取决于淡水的注入量与蒸于淡水的注入量与蒸发量的对比发量的对比 n全球盐度分布的差异性，大西洋更高，太平洋偏低 2）垂向上盐度变化n从海表到海底的层结结构：浅表层均匀，中上层盐度显著变化，到一定水深后（海洋深层）盐度又近似均匀分布。q高纬度地区和低纬度地区海水盐度在垂向水深上的变化有其明显不同的特征。n低纬度地区, 表层盐度相对较高, 从水面往下，随着水层深度的增加，盐度减小，到一定深度后水层盐度趋向于一个中间值.n而在高纬度地区，海表层盐度较低，水面以下，盐度有所增加，与高纬度地区相同深度处的盐度也趋向于同样大小的中间值。盐度层结的原因是影响海水盐度的

12、各类盐度层结的原因是影响海水盐度的各类过程如降水、径流等都发生在海洋表层，过程如降水、径流等都发生在海洋表层，而对水面以下的深水部分影响很小。而对水面以下的深水部分影响很小。五海水的密度五海水的密度温度增加，密度会相应温度增加，密度会相应减少（由于热膨胀的影减少（由于热膨胀的影响）；响）；盐度增加，密度则增加盐度增加，密度则增加（这是因为增加了更多（这是因为增加了更多的溶解物质，质量增的溶解物质，质量增加）；加）；压力增加，密度也增加压力增加，密度也增加（这是由于压力的对体（这是由于压力的对体积的压缩效应）。积的压缩效应）。概念概念所谓海水状态方程所谓海水状态方程是描述海水状态的是描述海水状态

13、的参数温度、盐度、参数温度、盐度、压力与密度或比容压力与密度或比容之间相互关系的数之间相互关系的数学表达式。学表达式。什么情况海水密度什么情况海水密度最大？最大？什么温度下海水的什么温度下海水的密度最大？密度最大？海水的密度比纯水的密度大23%，开阔大洋中的海水密度为1.0221.030g/cm3。不同水体间所存在的不同水体间所存在的密度差异会导致水体密度差异会导致水体下沉或上浮，引起水下沉或上浮，引起水团间的相互运动团间的相互运动密度随纬度的变化n海水密度是温度、盐度和压力的函数。在大洋上层，特别是表层，主要取决于海水的温度和盐度分布情况。 温度低、盐度高的海水是世界大洋密度最大的水体最大密

14、度出现在寒冷的极地海区最大密度出现在寒冷的极地海区 密度垂向上变化n垂向具有明显的跃层结构，但纬度差异明显：垂向具有明显的跃层结构，但纬度差异明显：q低纬度地区低纬度地区，n表层密度相对较低，这是因为低纬度地区海表温度高；n海表以下直到水深300m处，密度无变化或变化很小（这是因为海水表层及一定深度受海流、波浪、潮汐等动力的混合作用，使上层密度及盐度等混合良好，温度和密度在垂向上变化很小，故又称该层海水为混合层）；n而在海面下3001000m处，海水密度迅速增加（低纬度海区海面下密度低纬度海区海面下密度发生显著变化的水层称为密度跃层发生显著变化的水层称为密度跃层）；n而在水深1000m以下，海

15、水密度又维持一定的值不变，直到海底。q高纬度海区高纬度海区，海水密度在垂向上的变化很小或没有变化，密度的垂向变化曲线近似为一条直线。 重点：密度跃层重点：密度跃层温、盐、密海水的圈层结构温度：温度跃层（中低纬海域）温度：温度跃层（中低纬海域）盐度：盐度跃层盐度：盐度跃层密度：密度跃层（中低纬海域）密度：密度跃层（中低纬海域）海水中密度跃层一旦建立起来，就会阻止跃层上层的低密度海水与下层的高密度海水进行混合盐跃层是海面下一定深度范围内盐度迅速变化的水层，而温跃层和密度跃层是指温度和密度迅速变化的水层。密度的差异造成了海水在垂向上的层化六六 海水的声学特性海水的声学特性n声波（听到的声音）、光波（

16、看到的）和电磁波（如收音机和电视机接收的）等都可在海水中传播，但唯有声波衰减较小，所以水声技术被广泛应用于海洋研究、海洋开发和军事活动中。n声波在海水中传播速度比在空气中快。约为空气中四至五倍，平均1450m/s。海水的声学特性海水的声学特性传播速度（声速传播速度（声速或音速）快，或音速）快，其传播速度受温其传播速度受温度、盐度、压力度、盐度、压力的影响的影响声音在海水中的传播传播过程中会反传播过程中会反射、散射、折射。射、散射、折射。介质或介面：海介质或介面：海面、海底、不同面、海底、不同密度面、悬浮物密度面、悬浮物质质海水介质的吸收；海中气泡、浮游生物和海水悬浮物质的散射；波动海面的反射与

17、散射；海底沉积层的反射和吸收海水中测量结果表明，盐度每增加1，声速值增加1.14m/s当温度变化当温度变化1时，声速的变时，声速的变化是化是5m/s 。海水的温度在017范围内每升高每升高1其相其相应的声速度增应的声速度增加加4.21m/s。当深度变化100m时，声速约增加3.19m/s，海水中实测当深度变化100m时，声速约增加1.75m/s影响声音传播速度的因素温度盐度压力音速音速V是是海水温度、盐度、深度的函数海水温度、盐度、深度的函数，随空间位置不同其值亦变经验公式可得，当海水深度变化经验公式可得，当海水深度变化245m时，其声速变化值相当于温度变化时，其声速变化值相当于温度变化1或盐

18、度变化或盐度变化4温度对声音在大洋中的传播影响最大温度对声音在大洋中的传播影响最大表表 声波在不同温度、盐度海水中的传播速声波在不同温度、盐度海水中的传播速度度 注：适用深度约1020m。温度对声音在大洋中的传播影响最大温度对声音在大洋中的传播影响最大声音从海面向海底传播声音从海面向海底传播声速铅直剖面声速铅直剖面温度（密度）从海面向下减小温度（密度）从海面向下减小压力从海面向下增加压力从海面向下增加盐度从海面向下增加或减小盐度从海面向下增加或减小声速先随温度减小而变得缓慢，随后随压力增加而增加，海面以下某个位置出现一个声速极小值(a)声速随深度变化的情形，注意在750m左右声速为最慢，(b)

19、左图所对应的海水温、盐度垂直剖面分布。 声速最小层位置n在大西洋约12001300m，n太平洋则只有9001000m左右，n某些热带海域可深达2000m，n而温带海域则在温带海域则在200500m，n在两极海域，因水温随水深的两极海域，因水温随水深的变化不大，声速最小层位于海变化不大，声速最小层位于海面附近面附近。 声速为正梯度时水下声源发出的声线向海面弯曲；声速为负梯度时声线向海底方向弯曲。声线没有经过海底而弯向海面反射回来，在此情况下不存在海底吸收和散射，这种声线传播路径称为海洋中声的波导传播波导传播。海洋声音传播中有意思的现象声速最小层声音的波导传播水下声学通道图将声源放在声速极小值区内

20、则声波可以传到很远的地方，这个区域称为声学信道或是SOFAR(SOund Fixing And Ranging)信道，可替水下物体定位。 Sound Channel（声学通（声学通道）：道）：海洋水层中声速有一极小值区，在此会形成波导现象(Wave guide)，声波在此层中传播时能量不易发散，往往可传至数千公里外。如果中央水层声速快，则声波会在表层产生导管效应(Sound duct)，水面船舶声纳所发出的声波在表层可以传播很远，但却无法穿入中层海水因此形成了荫影区，见下图。从声能方面分析，自声源辐射的大部分声线都没有经过海底和海面的反射，除去小部分由于传播过程中海水介质的吸收和散射外，总能量

21、损失极小，因而可以传播较远距离。即由于声波能量相对集中于该层上下，损失很小，故可使其传播距离大大超过通常的传播距离，甚至可达数百倍，这一水层称为大洋声学通道。另一现象水下散射层DSL (Deep Scatter Layer)n海中许多小型节肢动物（如小型虾类）常结群聚集，此等生物具有避旋光性，其所处深度会随时间变动。这些生物对音波会产生强烈的散射作用。图 测深仪的回迹信号，中层的强烈散射回迹(棕黑色)即为DSL，下方连续回迹则为海床以及海床的二次回迹。n大量以声波为主的海洋探测设备相继问世。例如，q利用回波强度和回波时间遥测海洋参数的声波测深仪和回声鱼探仪；q用水下爆炸回波勘探海底分层结构及石

22、油蕴藏的地震剖面仪；q用旁视声呐测绘海底地貌图的地貌仪、潜艇冰下导航的探冰仪；q测海面变化和波浪的波高仪以及利用声在不均匀介质上散射来监测内波；q利用声在运动介质中传播速度变化的多谱勒海流计q放置水下接收极远处传来次声的风暴和海啸次声预报系统。n世界各国对声学在海洋中的应用和设备研制投资也越来越多。 七七 海水的光学特性海水的光学特性n海洋光学是光学与海洋学之间的交叉学科和边缘学科。主要研究海洋水体的光学性质、光在海中的传播规律海洋水体的光学性质、光在海中的传播规律、激光与海水的相互作用以及光学波段探测海洋的方法与技术。 n日光辐射进入大气层后，经层层剥削（O3吸收， CO2、H2O吸收、散射

23、、反射）到达海面时，一部份反射回大气层，另部份漫射回大气层，其余部份则穿入表面水层，进入海洋内部部份则穿入表面水层，进入海洋内部。1、基本概念n海水的透明度：19世纪初，人们在进行海洋调查时，用一个直径30cm的白色圆盘(透明度盘)垂直沉入海水中，直到刚刚看不见为止时的深度，这一深度叫海水的透明度。n海水的颜色水色：将透明度盘提升至透明度一半深度处，俯视透明度盘之上水柱的颜色，称为海水的水色。 n海水颜色的概念：海色和水色海色和水色。q海水的颜色简称水色，它是指为了最大限度地减少反射光(白光)的成分而从海面正上方所看到的海水的颜色；q而海色则是指以反射、散射等多种光谱从海面映射出来的色彩，它与

24、太阳高度、天空状况、海底、地质和海洋水文条件等有着密切关系。 2光在海水中的衰减光在海水中的衰减特征：光进入海特征：光进入海水中后，其光能水中后，其光能迅速衰减；清水迅速衰减；清水可见光谱中可见光谱中以波长介于0.40.75间的蓝光衰减最慢，红光最快。光在海水中的衰减光在海水中的衰减原因：海水的消原因：海水的消光作用：即海水光作用：即海水对光的吸收和悬对光的吸收和悬浮物质的散射作浮物质的散射作用用图 海水对可见光的消光作用日光入射海面后，红光在最浅的几公分水层内便被吸收光了，黄色光与绿色光可达到较深水层，蓝光与紫外光可穿至更深水层。消光作用海水的散射和吸收n光在海水中传播时，因受介质微粒作用，

25、会偏离原来直线传播的方向而发生散射。海水中含有许多悬浮物质，其直径远大于光波的波长，所引起散射效应明显。吸收使光在海水中衰减，但与散射过程有着本质的不同。n散射作用主要改变了光的传播方向，使光柱能量变得散乱而不集中，而吸收作用则使能量的存在形式发生了变化，将光能转变为热能（光能转变为热能，是海洋中的主要吸收机制）或化学能（例如光合作用，是海洋生命维系的重要环节）。散射作用与吸收作用合称为消光作用(Extinction)。图 在不同的海域里，不同颜色的光所能 穿透的深度 某一波段的光被海水吸收，看不见，可看见的是被反射或散射回来的光。试验表明，近岸地区海水浑浊，含有大量的腐质壤，这些黄质(Yel

26、low Substance) 所造成的散射与吸收作用对短波部份较强，故近岸地区的海水其消光作用与纯海水或纯水又有所不同，短波（蓝光）部份甚易被吸收。浑浊海水的消光作用：海水中的悬浮物质对光的吸收作用有很大影响3 海水的颜色海水的颜色n请大家告诉我，你看到过什么颜色的海呢？比如张惠妹有一首“听海”写信告诉我，今天海是什么颜色？夜夜陪着你的海，心情又如何？灰色是不想说，蓝色是忧郁，n那在你们的眼中，海应该是什么颜色呢？为什么会是这种颜色？东北季风期间石油平台在外海作业情形。海的颜色变了没有？东北季风期间，中国石油公司所租用的船 OSA Ostend外海待命作业情形。跟上一张图片比较，海水是不是变得

27、更绿了。海又是什么颜色呢 直升机在外海空中所摄，海面漂浮着泥浆状物质。颜色如何？ 傍晚时刻的海域，海面反映日落天空色彩，照片左侧海面略呈金黄色直升飞机上所摄海岸景色，近岸海水为黄褐色，远岸则为蓝绿色 冬季东北季风盛行时(拍照时风力约7至8级)所摄，注意海水的颜色呈蓝绿色，这是冬季大陆沿岸海水典型的颜色。n真正海水的颜色是由于日光经过海水的吸收与海水中悬浮物质的散射、吸收与反射后所生的结果。n我们所看到的颜色还受到云彩或天空的反射（如日出、日落、天际云彩变幻所产生海水颜色的变化）n世界上有四个海是以海色命名的，即黄海（黄色物质）、红海（红色早、黑海和白海。n如悬浮粒子甚小，因短波光线最易散射，故

28、最易显现光谱中短波部份（蓝光），如深海悬浮粒子小，海水颜色常呈蓝色。n如悬浮粒子体积加大，则散射光会聚集，加成为白光，而使海水基本色（蓝色）变浅而呈绿色。大形悬浮质点甚多的海洋，质点表面易发生反射与吸收上层的穿透光，故多呈质点本身颜色，如黄海的黄色（泥沙），波斯湾的绿色以及红海的红色（因有束毛藻繁盛而使海水呈红褐色）则是由于浮游生物（大型粒子）密集之故。 n由此可见，海水消光作用和海水中悬浮物质的存在对海水颜色多样化的影响。 n海水的颜色同时也因为天空颜色以及海面状况的变化而发生变化。q例如：热带或亚热带海水为深蓝色（如黑潮海域），高纬度地区为蓝绿色，涌升流区域或是高纬度陆棚区域多为绿色，海岸

29、边的混浊海水则为淡绿色，河流出口处多为黄绿色或浊黄色，冰河入海的峡湾则因岩石粉悬浮水中，同时表层盐度较低，多呈灰白色。 n总的来说，造成海水具有多种色彩的原因如下(1)云彩或天空的反射（如日出、日落、天际云彩变幻所产生海水颜色的变化）。(2)海水悬浮物质的影响。(3)上节所述选择性消光作用的影响。八 海洋的化学特性主要成分溶解气体溶解气体营养元素有机物质微量元素海水的化学组成海水是一种非常复杂的多组分溶液指海水中浓度小于10-6mg/kg的成分来源有河流的输入、大气沉降、海底热泉等等海水的主要组成部分指海水中浓度大于10-6mg/kg的成分，其总和占海水盐分的99.9%定义定义保守元素：各大洋

30、主要成分浓度之间的比值近似保持恒定Marcet原理： “全世界一切海水水样，都含有同样种类的成分，这些成分之间只有盐含量总值不同的区别”。WHY?1ppm=1mg/kg=1mg/L=110-6 百万分率 保守元素大洋形成及长时间演化过程中，大洋形成及长时间演化过程中，海水溶解或接纳的各物质总量巨大海水溶解或接纳的各物质总量巨大M；海水通过环流、潮流、垂直流等运动，连续不断地进行混合，整体上化学组分混合均匀，形成现在的大洋化学组分的比例而要想改变这种比例关系怎么办？而要想改变这种比例关系怎么办？大量增加或去除某一物质；大量增加或去除某一物质；同时海水体积极大，它所拥有的多种成分的总量也十分巨大，

31、外界的影响（如大陆径流等）很难使其相对组成发生明显的变化。即使海水的蒸发以及大气降水，也只能使海水的浓度在局部区域增加或减少，但对于主要成分相对比例的影响是极微小的。海洋经过长时间与外界交换及充分的混合后，海水主要元素的浓度已达到稳定状态2、 溶解于海水中的气体成分大气中的气体通过海面进入海水并被海水溶解，通过海流、波浪、潮流等动力的混合作用而分布在整个水体中。溶解气体溶解气体主要溶解气体：主要溶解气体：溶解氧和二氧化碳大气中的气体有哪些？海洋中溶解的气体有哪些？海、气交换表：盐度为36、温度为20时海水中气体组分的含量气体气体Symbol大气中的气体大气中的气体含量含量表层海水中的气体含量表

32、层海水中的气体含量整个大洋中的气体组整个大洋中的气体组分含量分含量NitrogenN278.084811OxygenO220.95366Carbon DioxideCO20.0331583Neon Helium等Ne0.951总计100100100海水中浮游植物的光合作用 ：浮游植物在有光的环境里，通过光合作用，吸收二氧化碳和海水营养盐，制造有机体和释放氧；动物的呼吸作用：在无光环境里，通过呼吸作用使一些有机体被氧化，消耗氧而释放二氧化碳。溶解氧的饱和浓度随海水的温度温度、压力、盐度、压力、盐度的变化而变化。温度、盐度降低温度、盐度降低，饱和浓度增加，饱和浓度增加；压力降低，饱；压力降低，饱和

33、浓度随之降低和浓度随之降低化学作用、生物作用及物理作用共同决定海水中溶解氧的分布；冷水富氧，南北两极海水溶解氧含量高海水中的溶解氧影响因素重要作用空间分布溶解氧有两个主要来源:大气;海水中浮游植物等的光合作用表层之下，由于下沉的生物残骸和有机体在分解过程中消耗了氧，使氧含量急剧降低，通常在 7001000米深处出现氧含量的极小值(此深度因区域不同而异)。风浪的搅拌作用和垂直对流作用，使氧在表层水和大气之间的分配，较快地趋于平衡。个别海区在50米深的水层之上，由于生物的光合作用，出现了氧含量的极大值氧含量随深度而增加原因：两极高密、富氧的海水下沉并流动到各大洋的深处溶解氧的空间分布铅直分布表层最

34、大中层小底层大化学过程、生物过程、物理过程n海洋深处较高含量的氧，主要靠高纬度下沉的表层水来补充。q在太平洋和大西洋南纬50度处，都有富氧的表层水下沉，形成南极中层水，它一直向北延伸，可到达南纬20度的 800米深处；q在北大西洋北纬60度处的表层水，下沉而成深层水，它向南运动，一直延伸至南大西洋。q这些从高纬度下沉而成的中层和深层海水，其氧含量在流动过程中都逐渐降低。n如果没有这种表层水的补充，仅靠氧分子从表层向深处扩散，其速度很缓慢，难以满足有机物分解的需要，势必造成深层水缺氧甚至于无氧。n就 3大洋的平均氧含量来说，大西洋最大，印度洋其次，太平洋最小。这主要是 3大洋的环流情况不同所造成

35、的。溶解氧的时间变化周日变化：周日变化：当温度和当温度和盐度变化不大时，其盐度变化不大时，其日变化取决于海水中日变化取决于海水中浮游植物的光合作用浮游植物的光合作用，因而在受到光照的，因而在受到光照的水层中，可以观察到水层中，可以观察到在午后不久溶解氧含在午后不久溶解氧含量最高、黎明前最低量最高、黎明前最低的周日变化情况。的周日变化情况。随时间的变化随时间的变化周年变化或季节周年变化或季节变化：变化：同一海区同一海区溶解氧含量的年变溶解氧含量的年变化，则取决于该海化，则取决于该海区温度和盐度的变区温度和盐度的变化、生物活动情况、化、生物活动情况、氧化作用过程、海氧化作用过程、海区的环流特点等。

36、区的环流特点等。 溶解氧对海洋生物及环境的重要影响被污染的海水溶解氧含量较天然海水低，甚至完全缺氧被污染的海水溶解氧含量较天然海水低，甚至完全缺氧 水质污染：生物耗氧量（微生物呼吸作用）和化学耗氧量水质污染：生物耗氧量（微生物呼吸作用）和化学耗氧量在缺氧的海水中，海水的氧化还原电位降低，在缺氧的海水中，海水的氧化还原电位降低，形成了还原环境，使一些变价元素处于还原态形成了还原环境，使一些变价元素处于还原态 在富氧的海水中在富氧的海水中,形成一个氧化环境，形成一个氧化环境，使水体中一些变价元素处于氧化态使水体中一些变价元素处于氧化态 海水中溶解氧的存在，为海洋生物提供了生存的环境海水中溶解氧的存

37、在，为海洋生物提供了生存的环境 大量赤潮生物死亡后，在尸骸的分解过程中要大量消耗海水中的溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类的大量死亡 2）海水二氧化碳与酸碱度（海水二氧化碳与酸碱度（PH)n海水中二氧化碳形式：q包括溶解在海水中的二氧化碳溶解在海水中的二氧化碳、碳酸、碳酸氢根离子、碳酸根离子及碳酸钙等碳酸盐类。n这些成分之间的化学反应和平衡关系，左右着海水中的PH值，影响着全球的二氧化碳循环及分布。海水中二氧化碳全球二氧化碳循环中的一个重要组成部分n海水中二氧化碳的含量，受下列因素影响：q海-气交换q大陆径流q海洋生物的分布（呼吸作用）q固体悬浮物质和海洋沉积物（碳酸钙类）等海水中的二氧化碳海

38、-气交换n当表层海水中二氧化碳的分压大于大气中二氧化碳的分压时，海水向大气放出二氧化碳，反之亦然。通常高纬度海域的海水吸收大气的二氧化碳，低纬度海域相反。总的结果是海洋吸收大气的二氧化碳。二氧化碳平衡示意海水中的二氧化碳大陆径流的影响n大陆径流不断向海洋输送含有机碳和碳酸钙等物质，使河口和近海海水的总二氧化碳的比值（见海水主要溶解成分）常常比大洋高。插入：全球二氧化碳循环人类活动引起CO2浓度上升n工业革命以来，由于大量使用矿物燃料，排放大量CO2，使大气CO2浓度上升，形成所谓“温室效应”，影响了全球气候变化(图46)。因此近年来对大气与海洋的CO2交换过程十分重视，开展了广泛的国际合作，进

39、行了大量研究工作。CO2海气交换的研究是JGOFS(全球海洋通量研究计划)的重要组成部分。 海水中的二氧化碳海洋生物的影响n在真光层内，海洋植物进行光合作用时吸收二氧化碳、合成有机物；有的动物和植物，还利用海水中的二氧化碳和钙，生成躯体的碳酸钙质的组织。因此，在真光层海水中，二氧化碳的含量较低。n另一方面，由于动物呼吸作用及含有机碳和碳酸钙的生物残骸下沉至中层和深层之后，一部分有机碳被氧化，分解出的二氧化碳溶入海水中。海水中的二氧化碳海水中的化学过程的影响n海水中溶解的二氧化碳与海水会发生化学反应，形成碳酸碳酸是弱酸，并不稳定，易分解出H离子和碳酸根离子等影响海水的酸碱度PHq海水中氢离子的浓

40、度以酸度表示，氢氧根离子的浓度则以碱度表示。最终以海水呈酸性或碱性来描述，且以PH值的大小来衡量。 PH值大于7水体呈碱性，PH值小于7水体呈酸性。q大洋会因此呈现酸性吗？大洋会因此呈现酸性吗？化学过程碳酸对大洋PH值的缓冲作用n溶解二氧化碳与水形成碳酸，弱碳酸易分解出H离子和碳酸氢根离子或碳酸根离子，相反，碳酸根离子也会与海水中的H离子反应形成碳酸氢根离子或碳酸。q碳酸氢根离子或碳酸根离子会根据海水的酸性或碱性以发生相应的作用。海水过酸，H离子的浓度大，碳酸氢根离子即会与H离子结合，形成碳酸，削弱海水的酸性；海水过碱，H离子浓度偏少，亚碳酸则可进一步分解出氢离子和三氧化碳离子，增加海水中H离

41、子的浓度，海水的PH值降低。这即是碳酸的缓冲作用。n碳酸的缓冲效应使海水的PH值维持在8.1左右n海水的PH值一般在7.58.2之间变化，略偏碱性，其大小主要取决于二氧化碳的平衡。n海水的PH值变化很小，有利于海洋生物的生长，因此PH值的大小分布也是研究海洋生物、生产力的重要参数。海水中的二氧化碳碳酸盐类悬浮物质及沉积物的影响n碳酸钙形成储存二氧化碳n碳酸钙溶解释放二氧化碳q大洋中，碳酸氢根离子进一步分解出的H离子和碳酸根离子，而碳酸根离子与钙离子发生化学反应，形成碳酸钙。q碳酸钙溶解：碳酸根离子与H离子形成碳酸。图4-10 碳酸的缓冲作用n由于溶解的二氧化碳与海水作用形成碳酸，这是不是意味着在大洋深水处的碳酸浓度将更高，深层水体的酸性将更高？n而在深水大洋中，由于溶解死亡的海洋微生物壳所释放的钙离子与碳酸根离子发生化学反应，将中和掉深水海洋中过酸性。也即是说，在深水海洋中，这些微生物壳起着调节深水海洋中的酸碱性的作用。nNOTE：海洋中碳酸化合物的化学反应对于大洋来说是一个缓冲器，它调节海洋中的酸碱度，使海洋PH的均值维持在8.1（略呈碱性）左右。二氧化碳浓度的垂向分布n海水二氧化碳含量由表层到底层随水深增加，原因：q表层：海洋表层水和大气之间的