海洋地球化学4

1、海洋地球化学第4讲1上节小结1.研究路线元素：区内表区划相关性形态 同位素总量形态关联（原因） 速率关联：性质行为影响2静动 粗细上节小结2.知识 技术3.研究内容3转化探索自己完成二、海水中的溶解气体和有机质1.海水中的溶解气体溶解气体：O2、N2、CO2稀有气体：可示踪大气-海水交换模型：停滞膜模型 F=D（膜顶-底浓度）/Z D/Z：气泵过程的泵速，m/a第一节 海洋的化学组成膜稳定大 气停滞膜浓度梯度F：气体交换通量，mol/m2，a与温度有关；D：扩散系数，m2/a；Z：停滞膜厚度，与风浪有关，平均40m，可用14C示踪。搅动深度40mO2泵速2.6m/d平衡时间15.4d 4第一节

2、 海洋的化学组成二、海水中的溶解气体和有机质2.海水中的有机质 形式： 溶解 颗粒（含量变化范围大） 来源： 海洋为主 大陆5第一节 海洋的化学组成二、海水中的溶解气体和有机质2.海水中的有机质 初级生产力： 5.51013kg，以干重有机C表示 被利用率为陆地的1500倍 水动力活跃营养盐（载带上）形成生产力高区6第二节 海洋中化学元素的分布及分类7第二节 海洋中化学元素的分布及分类一、海洋中化学元素的分布 上下分布是否均匀二、海洋中化学元素的分类 相似： 性质、化学键、共生、成因 影响： 生物、水动力8第二节 海洋中化学元素的分布及分类保守： 非生物限制元素，不受生物、沉积影响； 上下分布

3、均匀； 溶解离子，Cl-、Na+、SO42-，非保守： 生物限制元素或生物元素 上下分布不均匀 NBa、CrI 营养元素、清扫元素、氧化还原、其它9第二节 海洋中化学元素的分布及分类营养元素：N、P、C、Si，表层摄取、沉降释放、沉积。 出入平衡：c河V河+c深V混=c表V混+P（碎屑沉降） 生物摄取：摄取量=摄取分数输入量 P=g（c河V河+c深V混） 沉积：沉积（=沉积分数生物摄取）=河流输入 fP= c河V河 测： c表/c河、 c深/c河 g= ，f= fg：离开，1/fg：寿命， =1000/fg10不都沉积第二节 海洋中化学元素的分布及分类营养元素： 一般表层少、深层多 易分解、行

4、程短，浅部循环，中部浓度大，如：N、P、Cd、As 难分解 很深浓度大，如：Si、Ba、Zn、Ge、Cd 兼有浅、深循环如：Ni、Se 深部海水上升区，Si质生物碎屑多11第二节 海洋中化学元素的分布及分类营养元素： 季节影响植物生物Si 环流垂向不均 如：大西洋印度洋北太平洋，N、Si 、Ba 、有机质 、DO12第二节 海洋中化学元素的分布及分类清扫元素：13清扫微量元素Fe、Mn的氢氧化物胶体 有机碎屑粘土 富集于粘土质沉积富有机物泥质沉积过渡、铜族、稀土、其他与营养元素重叠，如图2-2第二节 海洋中化学元素的分布及分类清扫元素：微颗粒吸附摄取，部分会在深水处解吸悬浮物浓度越大，清扫作用

5、大，河口、海岸大洋表层大洋深层测量：i放射性元素示踪，ii类比，如Fe类似Th238U234Th衰变+清扫pNp=DND+KNDK=0不清扫 KD子体亏损14第二节 海洋中化学元素的分布及分类氧化还原：Fe2+、Mn2+Fe(OH)3、MnO2 溶解 沉淀CrO42-、MoO42- Cr(OH)3 沉淀15第二节 海洋中化学元素的分布及分类其它来源： 海底热液活动：Mn、Fe 再悬浮、再活化 大气：O2、Pb、Mn 难确定：Pt族、难溶16离源近则多第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性 稀溶液：电解液、缓冲液、 分散体：颗粒、生物、17第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性1.水的特

6、性与结构（1）水的特性 吸UV短波、冰水保护动物 C大温度恒定 蒸发热vapH大液态 分子极性介电常数高，=80能溶解、解离，有利于反应。18正负离子吸引力/80其它？第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性1.水的特性与结构（1）水的结构19极性氢键第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性1.溶解溶解：吸引分开水合化水合离子20第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性1.溶解分子或解离成离子解离实质：Mn+与H+争夺O2-受pH影响 半径大电荷小Mn+H+含氧酸根，如 之间：pH低和pH高时不同，如Al性质、条件形态（分子、离子、配离子）21第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3

7、.溶解度及其影响因素溶质浓度的表示： 质量： 常量：g/Lg/kg 微量：ppm=mg/L=g/t，ppb 放射：ppt22第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3.溶解度及其影响因素溶质浓度的表示： 物质的量： mol/L，mol/kg m、n、p含义（1）溶解度和溶度积（自学，要求内容）23第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3.溶解度及其影响因素（2）溶解度的影响因素 盐效应 离子静电约束 有效浓度（活度）降低 离子强度 I=cz2 a=c CaCO3：KspaCa2+aCO32-， Mg2+的存在和包裹有机膜不沉积 生源碎屑沉积24第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3

8、.溶解度及其影响因素（2）溶解度的影响因素 同离子效应 加共同离子使电解质溶解度降低 如： 25CaCO3 Ba2+、Sr2+混入方解石Al Al(OH)3 OH-第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3.溶解度及其影响因素（2）溶解度的影响因素 配合效应 配合后降低活度，增加溶解度 如：Ag+被Cl-配合 水解效应 进一步分解增加溶解26第三节 海洋的物理化学性质一、水及其溶解性3.溶解度及其影响因素（2）溶解度的影响因素总之： 离子被约束、被反应 活度降低 增加离子活度升高27平衡移动第三节 海洋的物理化学性质二、海洋的CO2-HCO3-CO32- 生命：80%软组织、20%硬 CaC

9、O3溶解 沉淀碱度、溶解总碳 生命 沉积 环境-保护28第三节 海洋的物理化学性质二、海洋的CO2-HCO3-CO32-1.海水中的酸碱平衡pH影响：pH值小中大 CO2 HCO3-CO32-p的影响：p ，溶解总C 、HCO3-、CO32- 生源CaCO3溶解29第三节 海洋的物理化学性质二、海洋的CO2-HCO3-CO32-2.碳酸根碱度电中性：碳酸根碱度A=HCO3-+2CO32- =Na+K+2Mg2+2Ca2+ -Cl-2SO42-Br-CO3HCO3-+CO32- HCO3-=2CO2-A30HCO3-CO32-可调电荷平衡第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E1.海水的pH

10、主要HCO3-CO32-pH次要B、Si、P31 缓冲稳定，不受H+、OH-蒸发、稀释影响 表层8.08.3、中深层8，7.5 太平洋深水相比大西洋： 溶解较多CO2，HCO3-/CO32-大pH能溶CaCO3原理（略）第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E2.海水的氧化还原电势（E，mV） 测量： 物质的电极电势（亲电子能力）E=E+(0.05917/n)lg氧化态a/还原态bE由上式计算，E标准态时的E，可查 参考电极（已知E）测EMF，已知E参考 E待测干扰：温度，引入空气等32原电池电动势EMF=E待测-E参考正：趋氧化负：趋还原第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E2.海

11、水的氧化还原电势（E，mV） 结果海水：+500-200边缘沉积物：+500-400深海沉积物：+600-400 分析 光合作用CO2、O2 E 呼吸（腐烂）E Fe多E变化33pHEpH第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E3.E-pH图（1）H2O 2H2OO2(g)+4H+4e E=E+(0.59/4)lgH+4pO2E =1.23VpO2=0.2101.325kPa E=1.23-0.059pH34E-pH存在范围、变化关系O2H2OEpHO2H2O第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E3.E-pH图（1）H2O 2H+2eH2(g) E=E+(0.059/2)lgH+2/

12、pH2E =0.00VpH2,max=101.325kPa边界条件 Emin=-0.059pH35H2H2OEpHO2H2OH2H2O第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E3.E-pH图（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O Fe3+eFe2+ E= E+0.059lgFe3+/Fe2+ =0.77E=0.77V边界条件：Fe3+=Fe2+ E= 0.77（只在低pH区）36Fe3+Fe2+EpHO2H2OH2H2OFe3+Fe2+第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E3.E-pH图（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O Fe3+H2OFe(OH)2+H+K=H+FeOH2+/

13、Fe3+FeOH2+=Fe3+ pH=3.053737FeOH2+EpHO2H2OH2H2OFe3+Fe2+FeOH2+第三节 海洋的物理化学性质三、海洋的pH和E3.E-pH图（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O Fe2+3H2OFe(OH)3(s)+3H+e E=E+0.059lgH+3/Fe2+E=+1.06VFe2+max=1.010-6molL-1 E=1.41-0.177pH38Fe2+Fe(OH)3EpHO2H2OH2H2OFe3+Fe2+FeOH2+Fe2+Fe(OH)3第三节 海洋的物理化学性质39Fe(OH)3FeCO3三、海洋的pH和E3.E-pH图（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O FeCO3(s)+3H2OFe(OH)3(s)+HCO3-+2H+e E=E+0.059lgH+2HCO3-E=1.08VHCO3-=10-3mol/L E=0.90-0.118pH（pH：710） 其它仿25、6、7，仿3、49、10四、海洋的化学平衡问题过程：趋于平衡 动力学平衡（主要）：海洋内、外物质、能量交换平衡 化学平衡（次要）：热力学平衡 海洋与海底沉积（深层海水与铝硅酸盐沉积物） pH：原生岩石释放碱，地球内部各种酸（HCl、H2SO4、CO2等）第三节 海洋的物理化学性质40