cha.5 海水的化学组成.ppt

1、1,第五章 海水的化学组成,化学海洋学是用化学的原理和方法解决海洋中有关问题的科学，基本内容就是研究海水的化学组成和特性 掌握 : 主要成分 海水中CO2存在形式及浓度 营养盐分布及变化规律 海洋污染及种类,2,第三章海水的化学组成及性质,第一节 海水的化学组成 第二节 海水中的CO2系统 第三节 海水中的营养元素 第四节 海水中的化学资源,3,第一节 海水化学组成,海水化学组成包括： 纯水：965.3 溶质：34.7 1、主要成分 2. 气体：氧气、氮气、二氧化碳、惰性气体等 3.营养元素：N、P、Si等 4.微量元素：Ca、Mn、Zn等 5.有机物质：氨基酸、叶绿素等,4,海水主要成分（P

2、4.1）,主要成分：浓度10-6mg/kg的成分，约占溶质99.9%。 阳离子：Na+，K+，Ca 2+，Mg 2+，Sr 2+ 阴离子：Cl-，SO42-， HCO3-， Br-，F- 分子：HBO3 这些成分在海水的含量较大，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不大，也称为保守元素。 来源：岩石风化产物、河流径流 含量：周期表两端元素较高（除惰性气体） 微量元素：海水中除了14种主要元素浓度大于10-6mg/kg外，其余元素浓度值均低于此值，这些元素即为微量元素,第一节 海水化学组成,5,海水中的气体,与生物相关:CO2、O2 气体 与生物无关：N2、惰性气体 决定海水中

3、气体含量首要因素是大气中气体含量，如果没有生物活动，海水中气体含量应与大气中该气体含量成正比。 实际含量因生物活动会产生显著变化，两者之差反映海水中生物活动。,6,海水中的气体,夏威夷和南极CO2含量近20年增加了20个 ppm。 CO2可显著吸收海水和陆地发出长波辐射而让太阳短波辐射顺利通过，故CO2含量高时易形成温室效应,一般气体在海水中的溶解量与其在大气中的分压成正比，但CO2例外，CO2与水有反应，因此提高了它在海水中的浓度。 藻类光合作用消耗CO2，产生有机物和氧气。因此，大部分地区的海水表层CO2是不饱和的 深层水由于下沉有机物的分解含有较多的CO2 临界深度-光照衰减至不能满足光

4、合作用需要,海水中CO2铅直分布,大气中CO2含量,7,生物泵,海洋植物能够吸收大气中CO2，将CO2以有机物形式固定在海水中，有机物经过食物链传递，最后以碳酸钙形式沉降到海底，该过程称为生物泵减少大气中CO2含量 减轻温室效应途径之一增加海洋中植物生物量； 赤道、两极硝盐和磷盐丰富，生物量很低，可能是因为铁的限制。向该海域中增加微量铁盐，可以提高藻类的增殖速度，从而吸收更多的CO2。,8,海水中的气体O2,表层（080m）DO最高，随深度增加DO（80200）递减 表层光合作用较强，DO高 深层（200m下）含量较低且较稳定 光照弱，光合作用弱，DO低 在某一深度，溶解氧的生产量等于消耗量。

5、该深度即为溶解氧的补偿深度。 近岸补偿深度12m，马尾藻海100m，平均20m。 O2测量：碘量法,O2,呼吸,光合,深度,补偿深度,溶解氧（DO）在海水中分布,200,9,海水中的气体O2,生化需氧量（BOD）：需氧条件下有机物由于微生物的作用所消耗氧气的量。 一般用20下培养5天5日生化需氧量，记为BOD5 化学耗氧量（COD）：向海水中加入氧化剂，反应后将消耗的氧化剂的量换算成氧的毫克数。,10,海洋污染（P4.1.4）,海洋污染：人类把物质或能量引入海洋环境，造成损害海洋生物资源，危害人类健康，损坏海水和海洋环境质量等有害影响的活动。 分为： 石油等碳氢化合物生态恶化； 重金属易被生物

6、体富集； 农药等合成有机物难分解； 生活污水和有机废物富营养化； 放射性物质； 热污染。,第一节 海水化学组成,11,第二节 海水中的二氧化碳系统,二氧化碳溶解于海水中，存在电解方程 CO2+H2O H2CO3 H+HCO3- 2H+CO32- Ca2+CO32-=CaCO3 CO2在海水中存在形式：CO32-、HCO3-、H2CO3+ CO2 浓度： HCO3- CO32- CO2 （pH值8.1） 海水总二氧化碳中含量约2.2mmol/kg 2.2mmol/kg =CO32- + HCO3-+ H2CO3 + CO2 二氧化碳的电解方程使得海水具有一定缓冲能力，确保海水保持相对稳定的pH值

7、,12,海洋成为生命的摇篮,海水的pH值约为8.1，海水具备缓冲溶液性质，使得pH值变化很小，因此有利于海洋生物的生长 海水的弱碱性有利于海洋生物利用CaCO3组成贝壳 海水中溶解无机盐为植物生长提供必需营养盐、微量元素 大洋水体大，比热大，温盐变化小，生物环境较稳定，洋流等水平（铅直）方向水交换，保证大洋水体热盐较长时间内维持相对稳定 海水的CO2含量足以满足海洋生物光合作用的需要，因此海洋成为生命的摇篮,13,营养盐,微量营养盐：N、P、Si 痕量营养盐：Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Co、B 各种营养元素在海水中含量很低，常被植物大量消耗，易成为初级生产力的限制因素。 一、营养盐存在形式

8、 二、营养盐的分布与变化 1、平面分布 2、铅直分布 3、季节变化 三、营养盐的循环,14,营养盐的存在形式,能被植物吸收的营养盐主要以无机态溶解在海水中 无机氮的存在形式：NO3-、NO2-、NH4+ 无机磷的存在形式：PO43-、HPO42-、H2PO4-、 硅存在形式：H3SiO4-、H2SiO42-、,15,营养盐平面分布,1、沿岸、河口水域的含量高于大洋人类活动和大陆径流 2、太平洋、印度洋高于大西洋水文状况和沉积作用 3、大洋中高纬度海域高于低纬度海域生物活动,16,2、大洋深层营养盐水平分布,深层水经大西洋印度洋到达北太平洋。 运动过程中，接受上层沉降作用，营养盐不断富集，使得流

9、经海域海水营养盐含量增高。,17,3、中高纬度大于低纬度,光照随纬度升高而减弱； 营养盐随纬度升高而增大。,50,80,30,冬季,春季,夏季,秋季,冬季,营养盐,光照,光照,营养盐,18,光、营养盐影响初级生产力,19,中纬海域生产力季节变化,季节性温跃层3月形成，5月增强，78月强盛，9月消衰；夏季跃层形成使得对流混合不能达到海底，表层营养盐得不到及时补充，含量较低，成为生产力的限制因子；冬季光照成为初级生产力限制因子 初级生产力即植物利用光合作用单位时间内合成有机物能力，受光照、营养盐含量等多因素制约，只有当各因素同时满足条件，初级生产力才能形成高峰 冬季光照较弱，限制初级生产力，对流混

10、合深度较深因此积累大量营养盐；春季光照逐渐增强，生产力形成一次高峰；夏季由于跃层形成，对流混合深度变浅，使得营养盐得不到补充，生产力逐渐降低；秋季跃层逐渐消衰，对流混合深度增强，营养盐补充增加，初级生产力出现第二次高峰。,20,高纬、低纬海域初级生产力季节变化,高纬海区光照较弱，光合作用较弱，消耗营养盐较少，因此营养盐含量充足，只有夏季光照能满足光合作用需要，因此只在夏季出现初级生产力高峰； 低纬海域光照常年充足，但营养盐含量成为初级生产力限制因子；当营养盐含量略高时，生产力略高，但由于营养盐很快消耗，生产力不出现显著峰值，呈小峰波动。,21,真光层（080m）含量较低 植物光合作用消耗 真光

11、层下随深度增加而逐渐含量增大，到200m向下趋于稳定。 植物光合作用弱，消耗少 下层微生物矿化补充 微生物将营养盐从生物体内分解将之溶解于水中过程为矿化作用 深层受溶解度影响，与水温有直接关系。,营养盐铅直分布,22,营养盐季节变化,营养盐含量随铅直深度变化如图所示，表层营养盐含量略低，随深度增大而逐渐增加，真光层下营养盐含量较高且稳定；,跃层生消规律：冬季对流混合深度较深，春季跃层生成，对流深度变浅，夏季季节性温跃层最强，阻碍上下层水交换。,23,营养盐季节变化,夏季浮游植物大量繁殖，吸收大量营养盐用于生长，使营养盐迅速被消耗，加上温跃层的存在，妨碍了上下层海水的混合，使下层海水中丰富的营养

12、盐不能及时补充到上层，结果上层营养盐降到很低。 进入秋季，浮游植物繁殖速率降低，生物残体中的有机氮化合物逐步被矿化分解，加上水体混合作用，含量逐渐累积，到冬季达到最大值。 春季浮游植物又开始生长旺盛，营养盐含量再次下降。,24,海洋中磷酸盐的分布及循环规律,1、上升流补充 2、光合作用消耗 3、生物颗粒分解矿化补充 4、颗粒沉降减少 5、缓慢磷扩散补充 6、地质作用补充,25,海洋中磷酸盐的循环,1富含营养盐的上升流，这是真光层磷酸盐的主要来源 2真光层，磷酸盐通过光合作用（photosynthesis）被快速地结合进生物体内，并向下沉降 3下沉的生物颗粒在底层或浅水沉积物中被分解，所产生的磷

13、酸盐直接返回真光层，再次被生物所摄取利用 4在表层未被分解的部分颗粒沉降至深层，其中大部分在深层被分解，参加再循环； 5表层和深层海水之间存在的缓慢磷交换作用； 6少部分（5%）在深层也未被分解的颗粒磷进入海洋沉积物，海洋沉积物的磷经过漫长的地质过程最终又返回陆地，参加新一轮的磷循环。,26,海水中的化学资源,海水质量的3.5%是溶解固体，其中NaCl占71%。 目前可以从海水中直接提取的元素只有溴和镁。 镁：轻金属建筑。 溴汽油的抗爆化合物，也可用于制药。 铀战略物资。,27,水色与透明度,观测透明度时，透明度盘(直径30cm白色圆盘)垂直沉入海水中的最大可见深度为透明度；,透明度=（H1+H2）/2,H1 H2,28,透明度,影响透明度主要因子：水中悬浮物质（浮游生物、DOM、营养盐等）； 营养盐含量高，初级生产力高，水中溶解有机物（DOM）含量高，浮游生物多，透明度小；相反透明度大。 透明度分布规律： 大洋透明度大（20m），近岸小（12m） 亚热带海区透明度最大马尾藻海（50m），热带次之，寒带最小。,29,水色,观测水色时，将透明度盘放置在深度为透明度值一半的水层，此时透明度盘上方所呈现的海水颜色与水色计颜色比