国科大化学海洋学期末复习重点(汇编)

1、精品文档海水的化学组成盐度：在lkg海水中，将所有的碳酸盐转变为氧化物，所有的澳和碘为等摩尔的氯所取代,且所有有机物被氧化以后，所含全部固体物质的总克数。单位g/kg,符号S%。氯度：在lkg海水中，当所有的澳和碘为等摩尔的氯所取代，所含氯的克数。单位g/kg,符号Cl%0海洋盐度的分布：沿岸海域，受河流径流和地I、水输入的影响，盐度变化大开阔大洋,表层水盐度主要受控于蒸发导致的水分损失与降雨导致的水分增加之间的相对平衡亚热带海域较高盐度赤道和极地附近海域较低盐度北人西洋盐度高于北太平洋原因在于北人西洋海水蒸发速率约为北太平洋的两倍，而两个人洋的降雨量接近，尽管输入北人西洋的河水量高于北太平洋

2、，但海水蒸发的效应要强于淡水输送的影响。海水中元素存在形态：1颗粒物质2胶体物质3气体4真正溶解物质元素组成：常量元素：在海水中的浓度高于0.05mmol/kg,其中包扌舌Na+K+Ca2+Mg2+Sr2+5种阳离子Cl-SO42-BrHCOf(CO32-)F5种阴离子和H3BO3分子恒比定律：海水的大部分常量元素，其含量的比值基本上是不变的。原因：水体在海洋中的迁移速率快于海洋中输入或迁出这些元素的化学过程的速率。因为加入或迁出水并不会改变海洋中盐的总量，仅仅是离子浓度和盐度的变化而已，对于其中的常量元素，它们之间的比值基本保持恒定元素的停留时间定义计算23元素在海水中的停SBJIBJ海洋某

3、一元素在海水中以溶解态存在的总量Q-溶解态元素从河流输入到海洋的速率R-溶解态元素从海洋的输出速率海水中某一元素的停留时间7=-Q海水中的元素输出与辱的含量成正tt:R=kM（k为输出速率常数）M1T-=ek痕量元素海水中浓度小于50imol/kg和浓度小于0.05umol/kg的元素分别称为微量和痕量元素定义意义分析采样手段来源、迁出来源：大陆径流、人气沉降、海底热液作用、海底沉积物间隙水向上覆水体扩散、人类活动迁出：氧化坏境下颗粒物表面的吸附与沉淀结合进入生源颗粒物还原性坏境硫酸盐还原为S2-,S2-和溶解态金属浓度高，可以产生硫化物沉淀（FeS2）热液活动垂直分布：7类分布特点级形成原因

4、及代表元素1、保守行为型其垂直分布与温度、盐度变化相一致。仅受控于物理过程，不会富集于生源物质。Rb+Cs+MoO42-W042-.9J太平洋Mo042W042的垂直分布2、营养盐型垂直分布类似于主要营养盐。均在深层水存在富集的现彖三种子类型中层深度存在极人值2深层水存在极人值3中层与深层同时存在极人值(In|(10nxXg(Cdl(l(T,0moAg)3、表层富集型首先是由供给源输送至表层水，而后迅速并永久地从海水中迁出。引起表层富集的过程主要包拾答，1）大气输送进入海洋，如Pb。Pb上耍通过人类燃烧含Pb汽油进入大气，并被大气气溶胶颗粒所吸附，其后颗粒态Fb上耍通过降雨输送进入海洋表层：由

5、河流输送或由陆架沉积物释放，而后通过水平混合进入歼阔大洋，形成表层或次表层极大值Mn).生物过程导致的氧化还原反应会使还以态金屈元索在表层或次表层出现极大值，例如Cr(IlD.As(III).Al(nmol/kg)102030404、中层极小值型表层水中溶解态Al较高的浓度来自大气沉降的输入，而深层水溶解态AI较高的浓度来自沉积物中的AI重新溶解后向上覆水体的扩散。中层水体的极小值是由于该区域距离源区较远，同时通过吸附至沉降硅质外壳而迁出。Sn5、中层极人值型元素存在中层的来源，如海底热液的水平输送6、中层亚氧层的极人或极小值型Fe2+Mn2+7、缺氧水体中的极人或极小值型水平分布许多元素在太

6、平洋深层水中的浓度高于人西洋深层水，原因在于太平洋深层水较老的年龄让它累积了更多来自上层水体的金属元素。例外Pb2+A卩+,太平洋深层水中溶解态Pb和AI浓度低于人西洋深层水，原因在于它们在人西洋表层具有较高的输入通量，且在深海坏流流动过程中它们不断地从水体中清除、迁出，导致无法累积在太平洋深层水中。营养盐NPSi来源生物学意义海水中的各种氮的存在形态总结如下:C溶解无机氮(DIN):%、n2ono、no2NI环涪解気(DTN)fNH4+,NO2,NO3-,总氮(TN)(nh2oh).溶解有机氮(DON)l颗粒氮(PN)核酸、蛋白质.氨基酸.尿素尊氮的输入：1火山活动Nh各种无机和有机形态的氮

7、；2河流；3人气：2氮循坏和转化的关键过程：硝化，反硝化，固氮，同化，矿化，氨氧化硝化过程(Nitnfication)Step1Ammoniaoxidation:NH3+1%ChNOj-+H*+H2OStep2Nitriteoxidation:NO：-+1%O2NO3*反硝化过程(Dtnilrificalion)NOf-h6H*45Lt+3H?O固氮过程(Nilrogenfixation)N2+8H+8e-416ATP2NH34-H2416ADP+16Pi(biological)同化过程(Assimilaiion)InorgN(含尿素)一OrgN矿化过程(Mineralition)OrgNIn

8、orgN氨氧化过程(Anammoxprocess)NHtNi从三大洋的NCh-N的垂直分布图（图3.3.13）,可以看出三大洋硝酸盐的含量为：印度洋太平洋大西洋，表层硝酸盐被浮游植物所消耗，含量较低，甚至达到分析零值，在500-800m处含量随深度急剧增加，在500-1000大值，廉大值以下的含戢随深度的变化很小印度洋、大西洋深层水的NO,含虽高于大西洋深层水，实际上沿着全球热盐环流的路径，深层水中的NO：-含量是逐渐增加的,原丙在于伴随着水体年龄的变老，积累了由有机物再矿化释放的NO几0(MK4000010203040图3.3.13三大洋的NO3-N的垂直分布Recychng(oxidizi

9、ng)bacteriaInorganicN(fl.NOf)OrganicN1proUifitc.)planktonBenthicrecycling(oxidize)bactenaThateoneofseriesofpagespresencng创mpieschematiccydesofnutnentsmEarthsoceans.ThotherpagesaroconcernedwHhphosphorous.MiconndironCriticalthoughts:PhotosynthescerscanonlyuwNinitsmorgsincforms(g.nitrate(MO*).Rocydingb

10、octorwatdepthreturnNIoitsmorgamcforms.RocydengatdepthmaMsupwolngcriticaltobeotooulproductivity.DiltefenceifromothercydM：AtmosohencreMrvoirofN2VeryIrtttekos$ofrWogenIoMKfanents.and9)usbalenaturaletmionaifluxfromrrverstoooearaNisseeminglyGemostoommontyimuignuftlenmmarwwocosyMemsL8RSFMGMdrwrfCyMM3ZKW图3

11、.3.7海洋氮循环模型精品文档精品文档精品文档氮循坏：海洋中的生物通过固氮作用直接利用溶解在海水中的N2,进入海洋中的DIN可以被海洋生物通过初级生产过程所利用。当这些生物死后，部分PON由于颗粒重力作用从上层水体迁出，部分在上层水体中再矿化为无机营养盐，为其它生物所吸收利用。沉降至中、深层海洋的打大部分PON由于微生物的消化作用被再矿化为无机组分（N03-）,并通过垂直平流和扩散重新提供至上层海洋。微生物用过反硝化作用吧海水中的N03-转化为N2,重新回到大气。磷的来源与迁出来源：1陆地径流输入2人气沉降3火山活动迁出：1有机质的埋藏2磷在粘土、铁水化合物上的吸附与沉淀3磷灰石的埋藏4海底热

12、液作用MarinenutrientcyclesII:PhosphorousThisisoneofaseriesofpagespresentingsimpleschematiccyclesofnutrientsmEarthsoceansTheotherpagesareconcernedwithnitrogen,silicon.andIron.Criticalthoughts:AswrthN.photosynthesizerscanonlyusePinitsKxgamcforms(e.g.phosphateAswithN,recyclingbacteriaatdepthreturnPtoitsin

13、organcformsAswithN.recyclingofPatdepthmakesupwecriticaltobiologicalproductivity.Differencesfromothercycles.UnH(eN.noatmosphericreservoirofP.ComparedtoN.fasterrecyclingofPhighermwatercolumnmakesupwellinglesscribcai.SomelossofPtosediments,andthusSomeerosionalfluxfromnverstoocoansLBRMGMumMCycMMMOOt图3.2

14、.4海洋磷循环上层海水中，主要以生物吸收和转化为主，中层海水中，主要是化学迁移和转化；深层海水主要以沉积矿化为主。精品文档硅的来源与迁出：来自河流输送、沉积物间隙水的扩散作用和海底热液作用，迁出途径为上层浮游生物硅质外壳的沉降和河I区颗粒物的吸附垂直分布分布规律：随纬度的增加而增加；随深度的增加而增加：在太平洋、印度洋含量人于大西洋；近岸浅海海域的含量犬于大洋水的含量。营养盐限制及原因一般来说，沿斥和较封闭海域易发生P限制；在水交换较好的外海和人洋上多发生N限制；在咸淡水交界的河口地带易出现几种营养盐的同时或交替限制。富营养化：海水中营养物质过度增加，并导致生态系统有机质增多、低氧区形成、浹华

15、暴发等一些异常改变的过程海水中的溶解气体溶解度的定义影响因素饱和度溶解度：在现场大气压为101.325kPa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影响因素：温度盐度气体本身性质气体分压饱和度：现场温度、盐度条件卞，某气体在海水中的实际浓度占该气体溶解度的百分屋温室气体：大气中能吸收地面反射的太阳辐射、并重新发射辐射的一些气体。包括C02COCH403NOH20CFCs道尔顿分压定律U!、道尔顿气体分压定律大气气体的定量组成可用道尔顿气体分压定律来描述，亦即对于一定体积的混合气体，其总压力等于各组成气体分压之和。Pt=Pn2+Po：+Pat+Pn20+（1

16、）假设这些气体服从理想气体行为，则每种气体的分压为：Pn.RT/V（理想气体方程,在干空气中，理想状态下各组成气体的摩尔分数等于其分压。（2）对于非理想状态下的气体，可用范德华状态方程来描述：（Pi+帶）（？-mb）=n.RT式中，axb为范得华常数，“是与分子间引力有关的常数，b是与分子体积和压缩系数有关的常数。24溶解氧的来源与消耗来源：大气：生物光合作用消耗：呼吸作用：海洋有机物的分解；海洋无机物的氧化作用DO的补偿深度：在海洋某一深度，氧的产生速率恰好等于消耗速率，这一深度被称为AOU概念计算1表观耗氧量（ApparentOxygenUtilization,AOU）（1）假设海表面水体

17、与大气处于平衡，水体的含氧量达到饱和，水体下沉后，由于有机物等的分解作用，DO的含量发生了变化，两者之差称为AOU。AOU=DOS-DO其中DOS是在压力为latm,相对湿度为100%,指定温度和盐度下氧的溶解度，DO为实测的溶解氧浓度。DO垂直、水平分布o2(nM)50100150200250300OOO00000023E)HldHdNorthAtlanticNorthPacinc31）5001000m存在溶解氧极小值；（2）深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人西洋。中层溶解氧极小值是有机物氧化分解与富含0：冷水的平流输送之间平衡的结果。在犬西洋、太平洋和印度洋，表

18、层至00m深度区间，南极中层水（AAIW）的入侵可明显看出。北犬西洋深层水（NADW）是高溶解氧海域，从60F的表层2000m向南至南人西洋3000m均存在溶解氧极人值。这些NADW在向太平洋、印度洋的北向输送过程中逐渐损失0=o南极底层水的形成也导致了南人洋高的溶解氧。表层：溶解氧含量上下基本一致的，与大气处于或者接近平衡。（海一空交换、风力作用混合和垂直交换）次表层（真光层内）：会出现氧的极大值（通常约在50m以内）（光合作用产生氧的速率氧扩散速率，出现暂时积累）真光层以下：氧含量随水深增加逐渐降低。氧消耗速率较高时会岀现氧最小值层（约在1000m以内）。（有机物分解耗氧，氧的补充速率小于

19、真光层）深层水（氧最小层以下）：随深度増加溶解氧含量逐渐增加。（高纬地区低温富氧水下沉补充交换所致）贫氧区海洋有机物海洋有机质的生物化学分类：1类脂化合物2碳水化合物3氨基酸4腐殖质(腐殖酸富里酸胡敏素)5维生素6色素新生产力：由光合作用区域以外所提供营养盐支持的净初级生产力份额DOM的来源和迁出外部来源：大气输入河流输入内部来源：1浮游植物的细胞外释放2摄食导致的DOM释放或外泄3细胞溶解的DOM释放4颗粒物的溶解5细菌的转化和释放6海洋沉积物迁出：生物消耗：光转化；吸附至颗粒物PH空间变化北大西洋和北太平洋pH值的垂直分布假设某海水的pH值完全由其无机碳体系所控制，则温度升高时，pH值降低

20、：盐度增加时,pH值增加；压力增加时,pH值降低;Ca(Mg)COs沉淀形成时，pH值降低o答：A洼层水观察到山生物光合作用导致的pH极大值，生物的光合作用会迁出水休中的C02,导致pH值增加：B随深度的增加，pH值逐渐降低，至1000m左右出现极小值，该区何的降低是市亍生源碎档的氧化分解所导致。pH值的极小值所处层位与DO极小值和pC02极大值所处层位相同。C深层水中pH值的增加來IiCaCO3的溶解。Aik概念TCO2计算PCO2海水中氢离子接受体的净浓度总和称为碱度或总碱度，用符号TA或Aik表示TA=HCO3+2|CO33-|B(OH)4_+OH斗HPOj+2|PO?_1+|H3SiO4_+|HS_+NH$-H+f-HSO/J-HF-H3PO,J其中EFp为H+自由离子的浓度。TAuHCO门+2|CO33_+B(OH)r+|OH-H=PA这里称之为实用碱度(PA)海水中簇酸氢盐和两倍碳酸很离子摩尔浓度的总和称为碳酸碱度，单位为mol/dm或mol/kg,通常以符号CA表示：CA=HCO3+2CO32_=PA-B(OH)/-|OH+H+Aik影响因素1盐度的影响2碳酸钙的沉淀和溶解3氮的生物