海洋地球化学-第1章

1、海洋地球化学主讲：严志宇联系方式洋地球化学生命的重要部分重新认识生命地球是母亲，不仅是文学描述。要孝养：认识、保护理性、无趣+感性前言 端身正念：端身正念：恭敬、情感、认真 学习顺序：学习顺序： 被动：现象 主动：数据 学习方法：学习方法：全面认识、提炼知识、研究方法信息知识哲学智慧请以一种恭敬的心来学习请以一种恭敬的心来学习恭敬心在哪里？海洋地球化学？看目录目录 物质种类？ 介质要素？ 地理位置？ 变化类型？ 价值？应用？ 物种：无机有机、矿物、陆源、生源 元素：同位素（放射性、稳定） 沉积物、悬浮物、生物 溶解态固态（物理、化学、生物作用） 河口、近岸、深海 地质

2、特殊地带：火山、板块边界 地质演变、生物作用、物理化学 认识的结果也是认识的工具第一章 绪论第一节 海洋地球化学的定义和任务第二节 海洋地球化学的研究对象及其特点第三节 海洋地球化学发展概述第四节 我国的海洋地球化学研究简介第一节 海洋地球化学的定义和任务一、地球化学的定义和任务定义：研究地球中物质的化学运动的科学。 化学：研究物质组成、结构、性质及变化规律的科学。 物质：原子层次（化学元素），进而离子等。 变化：即演化，包括规律、分布（时空、形态）。 地球：地壳、地球、部分天体。任务：1.基础科学（地球、生命、气候、矿产）；2.运用（资源、保护）第一节 海洋地球化学的定义和任务二、地球化学的

3、定义和任务定义：研究地球中物质的化学运动的科学。 化学：研究物质组成、结构、性质及变化规律的科学。 物质：原子层次（化学元素），进而离子等。 变化：即演化，包括规律、分布（时空、形态）。 地球：地壳、地球、部分天体。任务：1.基础科学（地球、生命、气候、矿产）；2.运用（航运、资源、保护（包括军事）海洋海洋环境 海洋：滩涂、近海、沉积物研究对象作业：用自己的语言定义（一句话+长篇大论）第二节 海洋地球化学的研究对象及其特点一、海洋地球化学的研究对象海洋的物质变化、能量流动 自身：混合液、水团结构；环流运动、潮汐、繁衍； 界面：海面-太阳、海岸-陆地、海底-洋壳第二节 海洋地球化学的研究对象及其

4、特点二、海洋地球化学作用的特点1. 多种化学：元素循环：表层摄取-碎屑沉积-水流返回。清扫：胶体-颗粒对元素的结合-沉积。结合方式：氢氧化物、螯（配）合、离子交换2. 复杂体系：自身动态平衡，内外要素互相牵制。3. 稳定简单：局部均匀、参数恒常。氧同位素法测温度：温度影响生物介壳氧同位素组成。4. 海底保存：用于研究水层。第三节 海洋地球化学发展概述地质考察-沉积物分布1872-1876年：12000个取样，50册著作深海钻探-动力学过程1968-1979年：钻孔500个， 平均深300m，最深1737.3m， 岩芯总长50km， 50卷，5000万字。高新技术-物理、化学大陆边缘-油气资源基

5、础调查的重要和艰辛第四节 我国海洋地球化学研究简介一、河口及近岸海域元素分析、形态研究长江口： 丰富的有机物使Cr(VI)还原为Cr(III)，并附在颗粒物上、转移到水体； 氮化合物和Fe不是浮游植物生长的限值因素 SiO32- -Si形态没有明显的化学及生物转移 腐殖质、CH、氨基酸由河口向外浓度递减 九龙江口总碘、IO3-、I-与盐度正线性相关 沉积物到上覆水的IO3-、I-表观通量研究赤潮研究污染动力学研究研究分布研究沉积第四节 我国海洋地球化学研究简介一、河口及近岸海域元素分析、形态研究珠江口：顺序萃取法Fe、Al、Mn五种形态南沙群岛：现象：20-75m深存在DO最大值关联：靠近跃温

6、层及叶绿素最大值深度 在光束衰减系数最大值层之上 CO2分压最小而pH最大结果：表明DO是光合作用产物积聚可交换态碳酸盐态氧化态有机态残渣（结晶）态主要试试自己能否的得到该结论试试自己能否设计该调查方案？试试自己能否做出该预测并去验证？第四节 我国海洋地球化学研究简介一、河口及近岸海域元素分析、形态研究其它（或资源或环境）：中太平洋北部锰结核多个海湾的重金属区域沿岸营养盐沿岸上升流区叶绿素a课后查阅第四节 我国海洋地球化学研究简介二、海洋环境地球化学研究内容：各介质中含量分布及变化。包括地理位置：渤海、黄海、东海、南海、全国海岸带、海湾河口的综合或专题调查。海水、悬浮物、沉积物、生物体第四节

7、我国海洋地球化学研究简介二、海洋环境地球化学研究成果：污染物在河口和近岸的分布污染物的形态和迁移沉积物背景值和污染历史沉积物中元素的形态和释放第四节 我国海洋地球化学研究简介1.污染物的分布和迁移转化研究（1）重金属一般限于河口海湾，但海水中对幼虾、鱼的毒性大；胶州湾：工业废水Cr(VI)入海后还原为Cr(III)，因此溶解态Cr(III)为主，海水中Hg以有机结合态为主，而非甲基汞，无机汞占11-17%；和长江口不一样二、海洋环境地球化学研究哪种毒性大？第四节 我国海洋地球化学研究简介渤海湾：Zn、Cd、Pb、Cu有4中形态（离子、无机有机结合、颗粒）；总量最高在北塘河， Zn、Cd、Pb总

8、量与盐度无线性关系；经北塘入海通量为；自然沉积受环境和粒度控制，以Ni分布为代表，在大沽口和北塘口附近小于3-5m深河口潮间带有排污带，以Pb分布为代表，可划分为污染的背景区。二、海洋环境地球化学研究1.污染物的分布和迁移转化研究（1）重金属第四节 我国海洋地球化学研究简介近海海水及河口：均匀分布规律，即恒定本底值和评价是否污染。二、海洋环境地球化学研究1.污染物的分布和迁移转化研究（1）重金属第四节 我国海洋地球化学研究简介（2）有机污染物我国海洋污染以有机污染为主研究内容： 总量、总指标、主要组成含量等宏观参数探讨水质、底质的污染和环境质量； 直接测定有害物二、海洋环境地球化学研究1.污染

9、物的分布和迁移转化研究指标： 水质：水质：COD（化学耗氧量）、BOD（生化耗氧量）、DO（溶解氧）、含氮化合物 底质：底质：有机碳、烧失量、腐殖质、硫化物、N和P含量 耗氧有机物指标：基本指标COD；N：总N、无机N、有机N、无机N中的三态N（NH3、NO2-、NO3-）；P：总P、无机P、有机P成果：有机N在河段内未充分氧化，到河口近岸逐次转化为无机三态N，海域中的转换使海水氧亏增大。 难降解有机物包括：有机氯化合物、多环芳烃（PAHs）、阴离子表面活性剂、氟氯烃等特点：残留时间长（如：DDT残留期40a（陆地土壤中只有数年甚至数月）、生物累积和生物链放大。渤海湾有机氯农药： 各介质中异构

10、体含量分布不同； 多氯联苯（PCB）含量高于DDT，可能是DDT转换为PCB； 河口近岸、钻井平台附近PAHs含量高，来源可能是陆源和石油开发。致癌PCB：多氯联苯DDT：有机氯农药，双对氯-苯基三氯乙烷PAHs：多环芳烃 难降解有机物海河口阴离子表面活性剂AS ： 在悬浮物较为富集，说明迁移动向与环境因素有关； 底泥中稳定，与多污染物有正相关关系，可用于示踪和指标； 垂向分布反映历史和沉积速率。石油石油近海主要污染物，人为污染研究内容：石油海洋地球化学监测监测 南黄海漂油油源鉴别：UV吸收比，总S，正构烷烃色谱特征 现代沉积中的石油：沥青总量，各族组分，正构烷烃、芳烃、叶琳特征姥鲛烷/植烷比

11、（判断原始沉积环境，氧化-还原条件）、微量元素特征石油特征石油石油评价评价 孤东油田、环评： 敏感目标：滩涂、浅海 评价重点：污染区域，浅油如油胶扩散；生态质量生态演变 环境容量人类开发底限项目是否可接受 黄河三角州海域环评： 石油分布、迁移、转化、自净 胜利原油指纹 开发对渔业、生态效应 海洋有机污染物的分类研究海洋有机污染物的分类研究 研究手段（提取技术）的研究分类 提取柱层析法5类代表不同行业，不同毒性 5类：石油烃类、酞酸酯类（PAE）、甾族化合物类、有机氯农药类、多氯联苯类（PCBs）小知识 姥鲛烷：2,6,10,14-四甲基十五烷（ 见P38 ） 植烷： 2,6,10,14-四甲基

12、十六烷 酞酸酯，邻苯二甲酸酯，缩写PAE，是邻苯二甲酸形成酯的统称（指甲油里有） 甾族化合物：环戊烷并全氢菲类化合物的总称，又称类固醇。甾上面“”表示三个支链，“田”字表示有四个稠环。第四节 我国海洋地球化学研究简介二、海洋环境地球化学研究1.污染物的分布和迁移转化研究2.沉积物环境背景值和污染历史研究2.沉积物环境背景值和污染历史研究（1）若干原则和方法的研究什么是背景值？南黄海北部沉积物中重金属分布背景值研究的原则：岩芯样分析几cm-2.7m深无明显变化平均含量为背景值与深处对比，与Fe、有机C，其它金属相关性分析应说明沉积物类型或粒度如该区粉砂质粘土、粘土质粉砂以细的沉积物深海沉积物富集

13、微量金属，不宜用于近海沉积物速率（2）利用岩芯研究污染历史和背景值速率 锦州：Zn、Cd、Ca、Pb、Hg随深度变化规律受污染|背景值分解层 210Pb技术、气候泥分析法现代沉积率速率，40a沉积史 渤海湾：总Hg背景值0.05mg/kg（查沉积物标准限值标在书上） 污染带来的Hg的扩散晕来源，1957年开始1.4/23a=6.1cm/a2.沉积物环境背景值和污染历史研究速率（3）沉积物金属测定的粒度校正 我国不多（4）参比元素相关分析法污染自然沉积中，元素含量有相关性，可由无污染元素检验其他元素。可消除粒度及其它化学因素影响常见参比元素：Al、Fe、Rb、Li、Cs、Sc渤海湾选Ni，与Zn

14、，Cr，Pb，Cu，Hg显著相关，最好多为同一数量级2.沉积物环境背景值和污染历史研究阶段小结知识框架知识框架重建重建听课起听课起1/31/3作用作用关注：关注： 研究内容研究内容 知识点知识点32阶段小结内容：重金属：种类？有机物：耗 氧：指标？石 油：鉴别指标有 毒：种类生 物：营养盐、叶绿素a资 源：33阶段小结污染：判断：背景：原则？其中均匀用均数相关：好处？来源：油指纹位置接近34阶段小结污染：输入速率：入海沉积评价：扩散分布（如污染带）变化（如有机N、石油）生态：改变质量功能35阶段小结分类技术形态类别有机物石油金属 知识技术：AS示踪、指示、36第四节 我国的海洋地球化学研究简介

15、二、海洋环境地球化学研究3.沉积物元素的存在形态与释放（1）重金属（2）磷形态（3）污染物的释放三、海洋沉积地球化学研究（1）沉积物元素地球化学（2）同位素地球化学（3）锰结核地球化学四、海洋生物地地球化学研究（1）海洋元素生物地球化学（2）自生矿物的生物地球化学（3）氨基酸的生物地球化学373.沉积物元素的存在形态与释放（1）重金属是环境科学的工作重点提取形态（指结合态或地球化学相）“五态”提取法（连续化学浸取） 简化“三态”法 简化稀盐酸一步提取仅总量不清楚：环境行为、生物效应 阳离子可交换态 碳酸盐态 铁锰氧化态 有机-硫化物态 碎屑态 酸可提取态 有机态 残渣态 有效态383.沉积物元

16、素的存在形态与释放（1）重金属锦州湾：污染较重，柱状样 污染较轻的存在于残渣相中，重则反之； 主要富集粒径FeAl46三、海洋沉积地球化学研究（1）沉积物元素地球化学元素存在形态1mol/L盐酸羟胺的25%乙酸浸取东海、南海： 非碎屑（自生） 陆源碎屑： 主元素 微量元素47三、海洋沉积地球化学研究（1）沉积物元素地球化学元素存在形态连续逐级浸取：黄河口、渤海湾、南海沉积物硫酸铵和水浸取稀土元素：浸取出的稀土少稀土不是呈简单的阳离子态被吸附48三、海洋沉积地球化学研究（1）沉积物元素地球化学元素存在形态陆架沉积： 除Cd、Mn、P等外以碎屑态为主 亲碎屑：共晶沉积 亲自生：吸附，化学沉积 亲生

17、物：介壳，生物沉积自生矿物：他生矿物：生物矿物：49三、海洋沉积地球化学研究（2）同位素地球化学测时测速：如：210Pb沉积速率 沉积强度i=某站速率r/区平均速率R（2极强、1强、1弱、2.553四、海洋生物地地球化学研究（1）海洋元素生物地球化学东海陆架、长江口、黄河口及邻近陆架，太平洋锰结核、南大洋生物参与了上述沉积物中C、N、P、Ca、Si、S、Fe、Mn等变迁 生物必需 生物影响沉积研究海洋生物与环境之间关系（以化学元素）演变、成因、资源、污染。如： 有孔虫释放P，有孔虫多则P多 有孔虫壳体为主，所以C、N低 以硅质生物组成，C、N含量高 N以蛋白质、氨基酸形式存在54四、海洋生物地

18、地球化学研究（1）海洋元素生物地球化学东海陆架、长江口、黄河口及邻近陆架，太平洋锰结核、南大洋生物参与了上述沉积物中C、N、P、Ca、Si、S、Fe、Mn等变迁S：S2-/S22-：古盐度指标，向陆架增加，估算沉积速率C/S：沉积环境分类指标S：循环与生物有关、形态与环境有关Fe、Mn： 细菌利用其氧化有机物沉积物中铁锰氧化物还原沉积物间隙水上覆水 底栖生物细菌向上扩散通量Mn2+/Fe2+比早期成岩铁锰分离后大洋结核Mn富集55四、海洋生物地地球化学研究（1）海洋元素生物地球化学I成岩、生物 依赖于生源 成岩早期的碱性与还原环境有利于生源碘再生产 与有机N释放有关Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、Sn与浮游植物有关 形态、Hg摄取生长率、毒性、生产力56四、海洋生物地地球化学研究