海科导化学期末两份卷子答案参考

1、一、填空题或选择题（15分，判断题每题1分，其它空格0.5分）1、 海水中含量最高的元素是 H 和 O 。（除此之外，大于1mg/kg的元素包括：氯Cl钠Na硫酸根镁钾钙溴Br、氟F、硼B、锶Sr碳酸氢根）2、 开阔大洋表层水盐度通常在 亚热带海域 （赤道海域、亚热带海域、亚极地海域）出现极大值。3、 在现场大气压为101.325 kPa时，一定温度和盐度的海水中，某一气体的饱和含量称为该温度、盐度下该气体的 溶解度 。4、 在海-气界面气体交换的薄膜模型中，一般而言，风速越大，薄膜层厚度越 薄 ，海-气界面气体交换通量越 大 。图中PG为涡动的气相分压，PG为混合均匀的液相分压，两相之间由一

2、个扩散层隔开，扩散层厚度为T，这个厚度随表面扰动情况不同而变化，一般在510-30.1cm之间。如果PGPG，气体由气相进入液相，反之，气体逸出海面进入大气。5、 在海-气界面气体交换的薄膜模型中，气体分子的海-气净扩散通量与该气体分子的分子扩散系数有关，一般而言，水体温度的增加，分子扩散系数越 大 ；气体分子量越大，分子扩散系数越 小 。6、 在全球海水碳储库中， DIC 的储量最多，其下依次是 DOC 、 和 POC 。（从DIC、DOC、POC、PIC中选择）。7、 假设某海水的pH值完全由其无机碳体系所控制，则温度升高时，pH值 降低 ；盐度增加时，pH值 增加 ；压力增加时，pH值

3、降低 ；Ca(Mg)CO3沉淀形成时，pH值 降低 。8、 海洋硝化作用是指 在氧化性海水中，氨通过海洋细菌的作用被氧化成NO2-，并进一步被氧化为NO3- ；海洋反硝化作用是指 在溶解氧不饱和的海水中，一些异氧细菌将NO3-作为电子接受体以代谢有机物，从而将部分NO3-还原为NO2-，并进一步还原为N2 。9、 与陆源腐殖质相比，海源腐殖质的芳香组分浓度一般较 低 ，氮、硫含量比较 高 ，d13C比较 高 。10、 分子式 C106(H2O)106(NH3)16PO4 通常被用于表征海洋中有机物的平均分子组成。11、 在不考虑N2的情况下，开阔大洋表层水的氮主要以 DON 形式存在，开阔大洋

4、深层水的氮主要以 DIN 形式存在。（从DIN、DON、PIN、PON中选择）。12、 海洋中的蛋白质是由一系列 氨基酸 通过 肽键 结合而成，活体生物体内的蛋白质含量高低通常可用 N 元素浓度来指示。13、 判断题：利用CTD实测得某海水的盐度为32.02315。（ ）14、 判断题：开阔大洋表层水中不含有难降解的DOM。（ ）一、 问答题（20分）1、 与硝酸盐和活性磷酸盐不同，开阔大洋硅酸盐的垂直分布并未在1000m左右水深处表现出极大值的特征，为什么？（6分）由于蛋白石的溶解相对于有机物的降解是一个比较缓慢的过程，因此溶解态硅酸盐的垂直分布没有像硝酸盐和活性磷酸盐一样在1000m水深附

5、近产生极大值。2、 为什么溶解态Zn在北太平洋深层水中的浓度高于北大西洋深层水，而溶解态Al则相反。（6分）溶解态Zn为营养盐型痕量金属元素，它在上层水中被浮游生物所吸收，当生物死亡后，部分生源物质在上层水体再循环，另有部分通过颗粒沉降输送至中深层。当进入中深层水体的颗粒物发生再矿化作用时，它会重新回到水体中，由于深海热盐环流的流动路径为从北大西洋流向北太平洋，北太平洋深层水的年龄要老于北大西洋，故随着年龄的增长，积累的溶解态Zn越多，故北太平洋深层水中溶解态Zn浓度高于北大西洋。Al为清除型元素，它在大西洋表层具有较高的输入通量，且在深海水流动过程中不断地通过颗粒物吸附从水体中清除、迁出，导

6、致其在北太平洋深层水中的浓度低于北大西洋。3、 试分析海水中CaCO3的溶解、颗粒有机物的再矿化这两个过程对海水中的TCO2和Alk将分别产生什么样的影响。（8分）答案：CaCO3溶解导致Alk增加，TCO2增加。 颗粒物再矿化时，Alk不变，TCO2增加。二、 分析题（50分）1、 下图为一些气体在海水中溶解度随温度的变化情况，从中您可得到什么信息。（8分）（1）气体在海水中的溶解度一般随分子量的增加而增加；（2）气体在海水中的溶解度随温度的升高而降低。2、 下图为北太平洋与北大西洋溶解氧的典型垂直分布图，请描述其分布特点，并解释成因。（8分）（1）5001000m存在溶解氧极小值；（2）深

7、水中相对较高的溶解氧；（3）北太平洋深层水溶解氧明显低于北大西洋。中层溶解氧极小值是有机物氧化分解与富含O2冷水的平流输送之间平衡的结果。在大西洋、太平洋和印度洋，表层至900m深度区间，南极中层水（AAIW）的入侵可明显看出。北大西洋深层水（NADW）是高溶解氧海域，从60N的表层2000m向南至南大西洋3000m均存在溶解氧极大值。这些NADW在向太平洋、印度洋的北向输送过程中逐渐损失O2。南极底层水的形成也导致了南大洋高的溶解氧。3、 下图为北太平洋与北大西洋文石的垂直分布图，请描述其分布特征，并简单阐述其成因。（8分）大洋表层水对于文石是过饱和的，过饱和约4倍。随着深度的增加，文石的过

8、饱和程度逐渐降低，直至其跨过的线。在太平洋水深200-400m，文石已成为不饱和。至深层海洋，文石在深海水中是不饱和的，其原因可能在于温度的降低、压力的升高及有机物的氧化等所致。另外，太平洋水体文石的饱和程度小于大西洋。原因在于太平洋深层水比大西洋深层水具有低的CO32-离子浓度（即高的CO2含量），换句话说，太平洋深层水更具腐蚀性。这是因为海洋环流与生物活动共同作用的结果：太平洋深层水年龄“老”于大西洋，因而它包含了更多由有机物再矿化所产生的CO2，从而降低CO32-离子浓度。4、 下图为北大西洋与北太平洋总碱度的垂直变化，请描述其分布特征，并简述其成因。（8分）太平洋表层水的Alk低于大西

9、洋，而深层水的Alk高于大西洋。表层水的差异主要是因为大西洋由蒸发导致的高盐度，深层水的差异原因在于太平洋水年龄更老，其累积了更多由CaCO3溶解所释放的CO32-。 5、 下图为南大洋表层水中硅酸盐与硝酸盐随纬度的变化情况，请比较二者的分布有何共同点与不同点，为什么？（8分）硅藻吸收上层水体的的硅酸盐是非常有效的，在4050S的海域，硝酸盐浓度较高，但硅酸盐浓度仍接近于0，说明这些海域硅酸盐浓度限制着浮游植物的生长。在55S以南，硝酸盐浓度和硅酸盐浓度均比较高，这是因为存在亚极地上升流和生物吸收速率低所共同形成的，这些海域浮游植物的生长被认为受光、低温度及痕量营养盐如Fe等所限制。6、 下表

10、为用沉积物捕集器于北太平洋环流区不同深度得到的颗粒物各组分百分含量的垂直变化，试用图形与简单文字描述出各组分的垂直变化特征，并计算出各层位有机物的C/N比，简单阐述C/N比垂直变化的产生原因。（10分）深度（m）碳酸盐有机物OCN（%总重量）（%有机组分）37835.159.552.36.897872.116.245.15.7277868.414.045.44.9428071.610.748.95.3558261.413.544.35.4随着深度的增加，有机物、OC、N组分的含量均有所降低，而碳酸盐含量由378m-978m有所增加外，随深度变化不大。原因在于有机物的降解导致了有机物、OC、N组

11、分的含量的降低，而碳酸盐的溶解速率要慢于有机物的降解，因此其随深度变化较小。各深度C/N比分别为：378 m: 8.97; 978m: 9.23; 2778m: 10.81; 4280m: 10.76; 5582m: 9.57。其垂直分布显示随深度增加而增加，至2778m后相对稳定。原因在于颗粒有机氮组分的降解速率快于有机碳组分。三、 计算题（15分）1、 假设某组分仅由河流输入海洋，其在河水中的平均浓度为2 mg/L，在开阔海洋混合层与深层水中的浓度分别为4 mg/L和16 mg/L，试计算该组分从混合层中以颗粒沉降迁出的份额及其在海洋中的平均停留时间（已知混合层与河水的体积比为30；海洋水

12、体周转一次的时间为1000 a）。（9分）已知Cr=2 mg/L, Cs=4 mg/L; Cd=16 mg/L; ；Tmix=1000 a，由：得组分从混合层中以颗粒沉降迁出的份额（g）为：g=0.75.由混合层颗粒物迁出进入深层箱子的元素最终埋藏于沉积物的份额（f）为： = 0.0055该组分在海水中的停留时间为：1000/（fg）= 2.42105 a2、 假设开阔大洋与沿岸海域浮游植物的Fe:C原子比分别为1:33000和1:3300，已知全球海洋的初级生产力为2.61015 molC/a，沿岸海域单位面积的初级生产力是开阔大洋单位面积初级生产力的4倍，且沿岸海域面积是开阔大洋面积的1/

13、9，试计算沿岸海域与开阔大洋浮游植物每年吸收的Fe量。（6分）沿岸海域初级生产力 = 0.81015 molC/a；开阔大洋初级生产力 = 1.81015 molC/a沿岸海域浮游植物吸收的Fe = 242109 molFe/a故开阔大洋浮游植物吸收的Fe = 55109 molFe/a一、 填空题1. 海水中无机碳的主要存在形式是_CO2_、_H2CO3_、_HCO3_-和_CO32-_。2. 海水中的三种主要溶解气体是_二氧化碳CO2_、_氮气N2_、_氧气O2_。3. 海水中溶解气体的主要来源有：_大气_、_海地火山活动以及海底本身发生的化学过程_、_海洋中生物活动（特别是光合作用、有机

14、物分解）_和_放射性蜕变_。4. 海洋沉积物中有不同的来源，包括_陆地_、_海底_、_海洋水体_、_宇宙（地外物质）_。【细分则为：大气、生物的残骸和介壳、可分解的有机物、海岸的侵蚀、河流、冰筏碎屑（IRD）、自生沉积】5. 根据海水中气体的性质不同，可分为_非保守气体（或活性气体）_，即_保守气体（或非活性气体）_。6. 物质从大陆转移到海洋的三个主要自然途径_风、河流和冰川_。7. 海水中悬浮物的沉降速度与颗粒物的_粒径_、_形状_、_密度_等有着密切的关系。8. 深入3000米的深层水中，14C的纬度变化为：大西洋由北向南_减小_，说明北大西洋深层水在向南移动时_逐渐老化_；印度洋、太平

15、洋深层水_从南向北_逐渐老化。世界大洋中最“年轻”的是_北大西洋_，最“老”的是_北太平洋_，达2000虽左右，也就是所谓的_千岁海水_。【第七章内容】9. 海水中有机物的特点：（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_。【还有：酸碱性质、胶体性质】10. 影响海洋生产力的因素：_光照强度和光合作用_、_营养盐_、_微量元素_、_摄食作用_、_水动力条件_、_温度_。11. 大洋中的POC大部分都是在海洋环境中自生的，主要包括：_碎屑（粪粒、碎片等）的直接形成_细菌的吸附和凝聚_有机分子的聚集_在无机矿物颗粒上吸附_和_胶体絮凝_。二、

16、选择题1. 目前科学家们比较认可的海水的年龄约为45亿年，海盆的年龄为：_。【1.52.2亿年】大于45亿年 1.5亿年 2千年2. 海水中的硅是：_ 常量元素 微量元素 营养元素3. 海水中停留时间最长的两个元素是：_ 氯、溴 氯、钠 溴、钠4. 分析水平的提高，使海水中元素浓度从5mg/m3更正到20ng/ m3的元素是_。 Ag Au Pb5. 海水中浓度低于_的元素成为微量元素。1% 1mg/dm3 1mg/m3三、 名词解释1. Marcet-Dittmar恒比规律【第三章 海水中的常量元素和盐度】全世界所有的海水都含有同种种类的成分，这些成分之间具有非常接近恒定的比例关系，而这些水

17、样之间只有含盐量总之不同的区别。2. 微量活性气体【第五章 海洋中的溶解气体】海水中的H2、CO、CH4、DMS（二甲基硫）等微量气体由生物或化学过程产生，一般称“微量活性气体”或“非保守气体”。这些气体虽然含量非常少，但在海洋科学研究中却具有非常重要的作用。3. 富营养化【第六章 海洋中的营养盐】富营养化是水体营养过剩的一种现象，在人为污染水域或自然水域均会发生。引起富营养化的物质主要是浮游生物增殖所必需的元素，有C、N、P、S、Si、Mg、K等20余种，其中N、P最为重要。4. 新生氮【第九章 海洋有机物和海洋生产力】由真光层之外提供的氮为新生氮，主要是NO3N，来自大气沉降或降水、陆源供

18、应、上升流或梯度扩散以及氮气的生物固定等，由它支持的那部分生产力称为新生产力。5. 自净作用【第十二章 海洋资源与环境保护】受到污染的各种水体，在水体本身和污染物自身的物理、化学和生物作用下，使水中污染物浓度自然降低的过程。水体自净作用与时间、水域和水文条件、污染物性质、浓度以及排放方式等有关。四、 简答题1. 给出11种海水主要成分存在形式。【第三章 海水中的常量元素和盐度】Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+等5种阳离子；Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、Br-、F-等5种阴离子；以分子形式存在的H3BO3。2. 简述夏季pH值的昼夜变化规律。【第四章 海洋CO2-碳酸盐体

19、系】白天表层海水光照时间长，浮游植物光合作用强度大于生物呼吸及有机质氧化分解程度，出现CO2的净消耗，pH值逐渐上升；午后34小时内，pH接近最大值；晚间光合作用停止，但呼吸作用和有机质降解作用照常进行，出现CO2的积累，海水pH逐渐下降。【补充：冬季pH的昼夜变化水温低，生物光合作用与有机质的分解速率均下降，pH的昼夜变化幅度比夏季小。】3. 简述大洋中生物颗粒的沉降的四种情况。【第十章 海洋中的悬浮颗粒物质】（a）颗粒大，沉降快，生物颗粒的粒径和形状基本没起变化就能到达底部（b）沉降中颗粒发生矿化，粒径变小，能到达底部。（c）颗粒小，沉降中颗粒矿化变小，不能到达底部（d）颗粒小，被矿化，在

20、上升流作用下向上运移、溶解。4. 请写出Redfield的光合作用的反应方程式。【第九章 海洋有机物和海洋生产力】【补充：Redfield比率C：N：P=106：16：1】五、 计算题1. Zn在海水中的平均浓度为0.0752mol/L，在河水中的平均浓度为0.47mol/L。现在海洋水体的总体积为1.371021dm3，每年河流输入海洋的平均径流量为41016dm3/y，求出Zn在海洋中的平均停留时间。【作业题目，数据有一点点差异，可忽略这个问题】Zn在海水中的平均停留时间t=（0.07521.371021）/（0.4641016）5599年2. Pb在河水中的平均浓度为0.5nmol/L，

21、表层海水中平均浓度为0.4nmol/L。深层海水中的平均浓度为0.09nmol/L，每年河流输入海洋的平均径流量为41013m3/y。每年海水上下层交换量为81014m3/y，大气的输入量为5106kg/y。简单画出计算大洋中Pb随悬浮颗粒的沉降通量的两贮箱式模型及各参数的意义，并求出Pb从大洋表层的沉降通量。 VR，CR为河水体积及某元素在河水中的浓度；A为该元素的大气输入量；CS，CD为表层和深层贮箱海水中某元素的浓度；VM为表层和深层贮箱之间上下混合水的体积；P为从大洋表层的沉降颗粒通量；fP为保存在沉积物里的颗粒分量；y为大洋深层清扫作用所增加的颗粒量；VH，CH分别为热液中某元素的释放体积和浓度。故根据质量平衡原则，可求