2007第10课海水中微量元素和海洋重金属污染

1、第八章海水中的微量元素及海洋重金属污染，第一章海水中的微量元素1.1概述1.2海水中的微量元素来源和1.3微量元素的去除地球化学过程1.4海水中的微量元素分类2.1海洋重金属污染来源2.2海洋重金属污染来源2.3海洋重金属的危害2.3海水中重金属迁移过程2.4重金属的分布特征2.5海洋重金属污染，第八章海水中的微量元素及海洋重金属污染， 1海水中的微量元素1.1概述1.2海水中的微量元素来源和1.3微量元素消除的地球化学过程1.4海水中的微量元素分类2海洋重金属污染，1.1概述，微量元素或微量元素：海水中元素含量低于1 mg/dm3的元素。 海水的含量很低，在海水的总盐分中只占0.1%，但其种

2、类比常量成分多得多。地球化学中的微量元素是指除构成物质的常量元素或主要元素外，用现代分析技术可以检测到的所有其他化学元素。微量元素有很多同义词，如微量元素、微量元素、次要元素、少量元素、杂质元素、附属元素、稀有元素、分散元素等。1.1概述，微量元素和常量元素的差异：高常量元素含量，稳定的特性(保守)，与盐分的密切关系，根据物理过程的浓度。微量元素含量低，容易变化(非保险)，大部分与盐分不密切接触，浓度受进入或流出溶液的各种物理、化学、生物学及地质过程的影响。微量或微量元素在地壳中以卵为主，而在海水中微量元素1.1概述，50年代开始对海水微量元素进行地球化学研究等一定元素的变化。1952年，瓦尔

3、特提出并计算了元素在海水中停留的时间。1954年，戈德堡发表了将微量元素从海水移至海底的研究结果。1956年，克劳斯科普夫在实验室模拟测试了海水中13种微量元素的浓度和影响因素。但是早期测定的数据中有不可思议的，也有1975年p.g .布鲁尔总结并发表海水中微量元素的含量、可能的化学形态、停留时间的估算表后，微量元素的测定才非常准确的结果。1.1概述，微量元素研究的两大改进：仪器分析和分析化学的主要改进取样、储存和分析过程中的污染去除和控制，第8章海水中的微量元素和海洋重金属污染，第1章海水中的微量元素1.1概述1.2海水中的微量元素来源和1.4海水中的微量元素分类2海洋中的重金属污染，1.2

4、海水中的微量元素来源和去除通过海水的相互作用，从山脊扩张中心引入矿物，形成海洋地壳玄武岩，通过高温热水活动和低温相互作用重新生成微量元素。1.2海水中微量元素的来源和去除，热水活动，海底热水活动将微量元素吸引到海水中。随着中深层颗粒物质的氧化分解和浮游生物外皮骨骼(硅酸盐，CaCO3)的溶解而发生的再生过程。海底沉积物再溶所伴随的再生过程。1.2海水中微量元素的来源和去除，1.2.2去除。通过浮游生物的吸收，浮游生物的粪便或尸体沉到海底，可以从海水中转移微量元素；对有机颗粒物的吸附和去除；水合氧化物和粘土矿物在海底吸附和沉淀，成为沉积物的一部分；结合铁锰结核。根据直接化学分析，锰铁结核吸收的相

5、应顺序可能是Co Ni Cu Zn Ba Sr Ca Mg。第八章海水中的微量元素及海洋重金属污染，1海水中的微量元素1.1概述1.2海水中的微量元素来源和1.3微量元素去除的地球化学过程1.4海水中的微量元素分类2海洋重金属污染，1.3微量元素的地球化学过程，1.3微量元素的地球化学过程，1.2海水中的微量元素。生菌作用浮游植物通过光合作用和呼吸控制营养物质的分布和变化。海水中释放的微量元素，Cu和Cd的分布类似于n和p的分布，Ba，Zn，Cr的分布类似于Si。这表明生物过程很可能是控制海水中Cu、Cd、Ba、Zn、Cr等元素分布的因素之一。1.3微量元素的地球化学过程，通过吸附过程漂浮在海

6、水中的粘土矿物，铁，锰的氧化物，腐殖质等粒子在下沉过程中大量吸收海水中的各种微量元素，并带到海底的钟摆的沉积物中，这也是影响海水中微量元素浓度的因素。1.3微量元素的地球化学过程，海-气交换过程中，多种微量元素对表层海水的浓度高，深层海水的浓度低。Pb在地表海水中浓度最高，在1000米以下的海水中随着深度的增加而迅速减少，这由海-气交换过程控制。1.3微量元素的地球化学过程，热水移动海洋地壳内部的热水，经常通过地壳裂缝注入深海水，形成海底热泉，其中含有很多微量元素，大大改变了附近深海地区的海水构成。第八章海水中的微量元素及海洋重金属污染，1海水中的微量元素1.1概述1.2海水中的微量元素来源和

7、1.3微量元素去除的地球化学过程1.4海水中的微量元素分类2海洋中的微量元素污染，1.4海水中的微量元素分类，布鲁兰(1983年)根据海水中微量元素垂直分布的特点，分为7类。1.4海水中的微量元素分类(1)保守型这种微量元素在海水中比较稳定，反应性低，对盐分的浓度恒定，从地表到底部均匀分布，像主要成分一样被视为保守型元素。属于这些分布的微量元素是水合阳离子Rb和Cs，以及钼酸盐阴离子(MoO42-)。太平洋MoO42-的垂直分布，1.4海水中微量元素的分类，(2)养分类型的垂直分布类似于显示地表耗竭和深度富集的养分分布。养分的分布又可以分为磷酸盐型(硝酸盐型)、硅酸盐型和铜型。1.4海水中的微

8、量元素分类，磷酸盐(或硝酸盐)类型分布在中等深度，可以观测到最大值，因为这是属于这种分布的微量元素，例如在浅水深再生周期中发生的Cd或As(V)。中北太平洋溶解状态Zn，Cd垂直分布，微量元素分类为1.4海水，硅酸盐类型分布最大化，因为深层水再生周期。属于这些分布的微量元素为Ba、Zn和Ge。从中北太平洋溶解状态Zn、Cd的垂直分布、1.4海水中微量元素的分类、 Ni和Se的分布等一些微量元素的分布推断出浅水和深水相结合的再生周期。铜型是营养盐类型，但是在中间层增加到低层浓度的因素。中北太平洋溶解Ni的垂直分布，1.4海水中的微量元素分类，(3)指标丰富，深度枯竭这些微量元素首先从供给来源运送

9、到地表水，然后在海水中快速永久移动，在海洋中的停留时间比海洋混合时间短。1.4对海水中的微量元素进行分类，产生表再现像的过程有三个。主要从大气输送到海洋表面，接着从整个水域中去除。例如Pb和210Pb，北太平洋和北大西洋溶解Pb的垂直分布，1.4海水中微量元素的分类，主要由河流携带或从架子沉积物中释放，通过水平混合进入地表水，Mn和228Ra诱发表面的最大值，如；在地表水内，生物的协调还原过程和整个水体的氧化还原平衡相结合，某些元素(Cr (iii)、as (iii)等)的氧化状态或粒子状态在表土中富集。1.4海水中微量元素的分类，(4)具有中等深度最小值的中间层的深度最小值，是由海底或海底附

10、近去除再生的表面输入引起的。据报告，Al和Cu显示了这种类型的分布。大西洋和太平洋的溶解状态Al的垂直分布，1.4海水中的微量元素分类，(5)中深度最大类型中深度最大值是由热水活动引起的，Mn和3He是显示这种分布的最典型例子。北太平洋超额3He和溶解状态Mn的垂直分布，1.4海水中微量元素的分类，(6)中最大或次氧化层最小类型在东热带太平洋和北印度洋发现了典型的低氧化层的广泛分布。这意味着减少过程在水柱或相邻陆地倾斜沉积物中普遍存在，在该地区经常出现标记元素的最大或最小值。元素的还原形态相对于其氧化形态溶解，出现Mn(II)和Fe (ii)等最大值；元素还原(如Cr (iii)相对不溶性或与

11、固形相结合容易的情况下出现最小值。1.4海水中微量元素的分类，(7)与缺氧相关的最大或最小类型的水循环受限的地区，出现SO42 - H2S氧化还原电对缺氧，即卡里亚戈海沟、沙尼茨湾等还原条件。微量元素的还原形式，如Mn(II)和Fe (ii)，比氧化条件溶解时出现最大值。如Cr (iii)等还原型相对不溶解或与固型结合容易的情况下出现最小值。第八章海水中的微量元素和海洋重金属污染，1海水中的微量元素2海洋重金属污染2.1海洋重金属污染2.2海洋重金属的来源2.3海洋重金属在海洋中的迁移过程2.4重金属的分布特征2.5海洋重金属污染，2海洋重金属污染，所谓重金属一般是铜、铅、锌、铁、汞、铬、钴等

12、密度4.1。海洋重金属污染：目前污染海洋的重金属元素主要有Hg、Cd、Pb、Zn、Cr、Cu等。在环境科学领域，重金属的定义不太严格。主要指对生物有明显毒性的重金属元素，例如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡等。有时还包括毒性明显的轻金属和非金属元素，例如砷、铍、锂、铝。第8章海水中的微量元素和海洋重金属污染，1海水中的微量元素2海洋重金属污染2.1海洋重金属污染2.2海洋重金属的来源2.3海洋重金属的危害2.4重金属在海水中的迁移过程2.5海洋重金属污染，2.1海洋重金属的来源，自然来源：地壳岩石风化，海底火山喷发和陆地上的水土流失，大量重金属在河流、大气和陆地上的分布特征2.5人为的来

13、源主要是工业污水、矿山废水排放和重金属农药流失，以及煤和石油燃烧过程中释放的重金属被大气运输并流入海洋。2.1海洋重金属的来源，汞：据估计，全球每年因矿物燃烧而流入人类海洋的汞超过3000吨。每年，全世界进入人类活动海洋的汞大约达到10000 t，与目前世界汞的年产量相当。铅：自1924年开始使用四乙基铅作为汽油抗爆剂以来，大气中铅的浓度急剧增加。大气运输是铅污染海洋的重要途径，通过气溶胶流入开放海洋的铅、锌、镉、汞、硒比陆地输入量多50%。，第八章海水中的微量元素及海洋重金属污染，1海水中的微量元素2海洋重金属污染2.1海洋重金属污染2.2海洋重金属的来源2.3海洋重金属迁移过程2.4重金属

14、在海水中的分布特征2.5海洋重金属污染，2.2海洋重金属的危险，海洋中的重金属一般通过食用海产品进入人体。甲基汞还会引起水芹病、Cd、Pb、Cr等身体中毒，有致癌或致畸作用。重金属对生物体的影响程度不仅取决于金属的特性、浓度和存在形式，还取决于生物的种类和发展阶段。对生物体的危险通常是有机汞比无机汞高，六价铬比三价铬高的Hg Pb Cd Zn Cu。一般海洋生物的育苗和幼虫比重金属污染更敏感。2.2海洋重金属的有害，两种或多种重金属共同作用时比单一重金属的作用复杂得多，并以3种形式概括：重金属的混合毒性与各种重金属的单独毒性总和相同，称为加成作用；重金属的混合毒性大于单独毒性之和，即乘法或协同

15、作用。重金属的混合毒性低于各个别毒性之和时，起到拮抗作用。两种以上重金属的混合毒性不仅与物种组成有关，还与浓度组合、温度、pH值等条件有关。一般来说，Cd和Cu具有相加或相乘的效果，Se对Hg有拮抗作用。第八章海水中的微量元素和海洋重金属污染，1海水中的微量元素2海洋重金属污染2.1海洋重金属污染2.2海洋重金属的来源2.3海洋重金属的海水迁移过程2.4重金属的海水内分布特征2.5海洋重金属污染，2.3重金属的海水迁移过程，流入海洋的重金属的迁移，一般通过物理、化学和生物迁移和转化过程。海洋中重金属污染的物理迁移主要是指在海-气界面上重金属交换和洋流、海浪、潮汐的作用下海水运动产生的稀释、扩散

16、过程。这种作用的能量很大，可以把重金属搬到很远的地方。2.3重金属在海水中的移动过程，重金属污染在海洋中的化学移动过程，主要是在富氧及缺氧状态下，利用重金属电子得失的氧化还原反应和化学价格状态、活性及毒性的变化等，使海水中重金属的溶解度增加，已进入底部的重金属在此过程中再次进入水中，引起二次污染。此外，重金属在海水中通过水解反应生成氢氧化物，或被水中胶体吸附，容易在河口或下水道附近沉积，因此这些海域沉积物中的很多重金属经常积累。2.3重金属在海水中的移动过程，重金属污染海洋中的生物移动过程，主要是海洋生物通过吸附、吸收或喂养将重金属富集在体内，并根据生物的移动产生水平和垂直的移动。通过浮游植物、浮游动物、鱼类等食物链(网络)逐渐扩大，鱼类等主要营养系统生物中重金属浓度会进一步富集，会危害生物体本身或人类食物引起的人体健康。另外，海洋中的微生物可以在微生物的作用下将某些重金属转化为毒性更强的甲基汞。第八章海水中的微量元素和海洋重金属污染，第一章海水中的微量元素2海洋重金属污染2.1海洋重金属污染2.2海洋重金属的来源2.3海洋重金属的危害2.4重金属在海水迁移中的分布特征2.5海洋重金属污染，2.4重金属的海水分布特征，河口及沿岸水域高于外部海洋；沉积物比水高。高营养生物比低营养生物高。北半球