海水的理化性質(zhì)#精選

1、海水的理化性質(zhì)（一）海水的化學(xué)性質(zhì)海洋是地球水圈的主體， 是全球水循環(huán)的主要起點(diǎn)和歸宿， 也是各大陸外流區(qū)的巖石風(fēng) 化產(chǎn)物最終的聚集場所。 海水的歷史可追溯到地殼形成的初期， 在漫長的歲月里， 由于地殼 的變動和廣泛的生物活動，改變著海水的某些化學(xué)成分。1海水的化學(xué)組成海水是一種成分復(fù)雜的混合溶液。 它所包含的物質(zhì)可分為三類： 溶解物質(zhì)， 包括各種 鹽類、有機(jī)化合物和溶解氣體； 氣泡； 固體物質(zhì)， 包括有機(jī)固體、 無機(jī)固體和膠體顆粒。 海洋總體積中，有 96%97%是水，3%4%是溶解于水中的各種化學(xué)元素和其他物質(zhì)。目前海水中已發(fā)現(xiàn) 80 多種化學(xué)元素， 但其含量差別很大。 主要化學(xué)元素是氯、

2、鈉、 鎂、 硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、硅、氟等 12 種（表 55），含量約占全部海水化學(xué)元素總 量的 99.8%99.9%，因此，被稱為海水的大量元素。其他元素在海洋中含量極少，都在 1mgL 以下，稱為海水的微量元素。海水化學(xué)元素最大特點(diǎn)之一，是上述12 種主要離子濃度之間的比例幾乎不變， 因此稱為海水組成的恒定性。 它對計(jì)算海水鹽度具有重要意義。 溶 解在海水中的元素絕大部分是以離子形式存在的。海水中主要的鹽類含量差別很大（表 56）。由表 5.6 可知，氯化物含量最高，占 88.6 %，其次是硫酸鹽，占 10.8 % 。海水中鹽分的來源， 主要來自兩個(gè)方面： 一是河流從大陸帶來。 河

3、流不斷地將其所溶解 的鹽類輸送到海洋里，其成分雖與海水不同（表57）（海水中以氯化物為最多，河水則以碳酸鹽類占優(yōu)勢） ，但是， 因?yàn)樘妓猁}的溶解度小， 流到海洋里以后很容易沉淀。另一方面， 海洋生物大量地吸收碳酸鹽構(gòu)成骨胳、甲殼等，當(dāng)這些生物死后， 它們的外殼、骨胳等就沉 積在海底， 這么一來，使海水中的碳酸鹽大為減少。硫酸鹽的收支近于平衡，而氯化物消耗 最少。 由于長年累月生物作用的結(jié)果， 就使海水中的鹽分與河水大不相同。 二是海水中的氯 和鈉由巖漿活動中分離得來。 這從海洋古地理研究和從古代巖鹽的沉積、 以及最古老的海洋 生物遺體都可證實(shí)古海水也是咸的?？傊@兩種來源是相輔相成的。2海水

4、的鹽度海水鹽度是1000g海水中所含溶解的鹽類物質(zhì)的總量，叫鹽度（絕對鹽度）。單位為。或 10-3 。在實(shí)際工作中，此量不易直接量測，而常用“實(shí)用鹽度” 。實(shí)用鹽度略小于絕對鹽 度。近百年來，由于測定鹽度的原理和方法不斷變革，實(shí)用鹽度的定義已屢見變更。20 世紀(jì) 50 年代以來，海洋化學(xué)家致力于電導(dǎo)率測鹽度研究。因?yàn)楹Ｋ嵌喾N成分的電 解質(zhì)溶液，故海水的電導(dǎo)率取決于鹽度、溫度和壓力。在溫度、壓力不變情況下，電導(dǎo)率的 差異反映著鹽度的變化。 根據(jù)這個(gè)原理， 可以由測定海水的電導(dǎo)率來推算鹽度。 即在溫度為 15C、壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的海水樣品的電導(dǎo)率，與質(zhì)量比為32.4356 X 10-3的標(biāo)

5、準(zhǔn)氯化鉀（KCI）溶液的電導(dǎo)率的比值（K15）來定義。實(shí)用鹽度用下式確定：式中：a0= 0.0080 ; a1 = -0.1692 ; a2 =25.3851 ; a3=14.0941 ; a4= -7.0261 ; a5= 2.7081 ;工 ai=35.000 ; 2X 10-3 S 42X 10-3。 可見，當(dāng)K15= 1時(shí)，海水的實(shí)用鹽度恰好等于35 X 10-3，這是世界大洋的平均鹽度值。這種方法仍離不開海水組成的恒定性這一特點(diǎn)。若測定溫度不在 15C，則應(yīng)進(jìn)行訂正?，F(xiàn)已有實(shí)用鹽度與電導(dǎo)比查算表及溫度訂正表 供實(shí)際應(yīng)用。世界大洋鹽度的空間分布和時(shí)間變化， 主要取決于影響海水鹽度的各自

6、然環(huán)境因素和各 種過程（降水、蒸發(fā)等） 。這些因素在不同自然地理區(qū)所起的作用是不同的。在低緯區(qū)，降 水、蒸發(fā)、洋流和海水的渦動、對流混合起主要作用。降水大于蒸發(fā)，使海水沖淡、鹽度降 低；蒸發(fā)大于降水，則鹽度升高。鹽度較高的洋流流經(jīng)一海區(qū)時(shí)，可使鹽度增加；反之，可 使鹽度降低。 在高緯區(qū)， 除受上述因素影響外， 結(jié)冰和融冰也能影響鹽度。 在大陸沿岸海區(qū)， 因河流的淡水注入可使鹽度降低。 例如， 我國長江口附近， 在夏季因流量增加， 使海水沖淡， 鹽度值可降低到 11.5X10-3 左右。世界大洋絕大部分海域表面鹽度變化在33 X 10-337 X 10-3之間。海洋表面鹽度分布的規(guī)律為：從亞熱帶

7、海區(qū)向高低緯遞減，形成馬鞍形；鹽度等值線大體與緯線平行，但寒暖流交匯處等值線密集， 鹽度水平梯度增大； 大洋中的鹽度比近岸海區(qū)的鹽度高； 世 界最高鹽度（ 40 X 10-3 ）在紅海，最低鹽度在波羅的海（3X 10-310X 10-3 ）。大洋表層鹽度隨時(shí)間變化的幅度很小，一般日變幅不超過 0.05 X 10-3，年變幅不超過2X 10-3 。只有大河河口附近，或有大量海冰融化的海域，鹽度的年變幅才比較大。3海水中的氣體溶解于海水的氣體， 以氧和二氧化碳較為重要。 海水中的氧主要來自大氣與海生植物的光合作用。 海水中的二氧化碳主要也來自大氣與海洋生物的呼吸作用及生物殘?bào)w的分解。因此，海水中的

8、氧和二氧化碳的含量與大氣中的含量和海水生物的多少密切相關(guān)。當(dāng)海生植物茂盛， 光合作用強(qiáng)烈時(shí)， 水中的溶解氧含量多， 二氧化碳少； 當(dāng)生物殘?bào)w多、 植物光合作用弱時(shí)，水中二氧化碳多，而氧含量少。當(dāng)水溫增高時(shí)，海水中的氧含量減少； 當(dāng)水溫降低時(shí)，海水中的氧含量增多。海水中二氧化碳的溶解度是有限的， 但海生植物能消耗相當(dāng)多的二氧化碳， 而且在微堿 性環(huán)境中， 海水中二氧化碳還可與鈣離子結(jié)合生成碳酸鈣沉淀。 這樣， 大氣中的二氧化碳就 可以不斷地溶于海水中， 故在海洋上或海岸邊， 空氣總是十分清新的， 海洋是自然界二氧化 碳的巨大調(diào)節(jié)器。（二）海水的物理性質(zhì)海水的物理性質(zhì)主要包括溫度、密度、水色、透明

9、度、海冰等。現(xiàn)簡述于下：1 海水溫度海水主要是靠吸收太陽光能的輻射熱來增高溫度的。因此，海水溫度因時(shí)、因地而異。 但因水的熱容量大， 可以透光， 又有波浪及流動調(diào)節(jié)溫度， 故海陸之間溫度的變化和分布有 明顯的差異。 海面水溫的變化比陸地溫度的變化要小得多， 不論日較差或年較差都很小。 據(jù) 觀察，海洋表面平均日較差一般不超過1C,年較差則為117C。陸地上氣溫的平均較差卻大得多，日較差最大可達(dá) 50C，年較差最大可達(dá) 7080Co海水溫度由低緯向高緯減低的趨勢要較陸地緩慢得多。據(jù)觀察，海洋表面最低溫度是-2 C,最高溫度是36 C,溫度的絕對較差只有 38 C。而在陸地上，溫度絕對較差可達(dá) 10

10、0 C 以上。世界大洋表面的年均溫為 17.4 C，其中太平洋最高達(dá) 19.1 C,印度洋為17.0 C,大西 洋為16.9 C。世界大洋表面水溫分布具有如下規(guī)律：(1) 水溫從低緯向高緯遞減，等溫線大體呈帶狀分布。(2) 北半球水溫(平均為 19.2 C)較南半球水溫(平均為16C)高。(3) 水溫等溫線從低緯向高緯疏密相間，低、高緯等溫線較疏，緯度4050地帶 等溫線較密。( 4)大洋東西兩側(cè)，水溫分布有明顯差異，在低緯區(qū)，水溫西高東低；在高緯區(qū)，水 溫則東高西低；在緯度 40 50地帶，等溫線西密東疏。( 5)夏季大洋表面水溫普遍高于冬季，可是水溫水平梯度冬季大于夏季。世界大洋水溫的垂直

11、分布規(guī)律是：從海面向海底呈不均勻遞減的趨勢；在南北緯40之間，海水可分為表層暖水對流層和深層冷水平流層(圖5.31 )。2海水密度海水密度是指單位體積內(nèi)所含海水的質(zhì)量。其單位為g/cm3。但是習(xí)慣上使用的密度是指海水的比重，即指在一個(gè)大氣壓力條件下，海水的密度與水溫3.98 C時(shí)蒸餾水密度之比。因此在數(shù)值上密度和比重是相等的。海水的密度狀況，是決定海流運(yùn)動的最重要因子之一。海水的密度，是鹽度、水溫和壓力的函數(shù)。因此，海水密度可用ps,t,p 來表示。在現(xiàn)場溫度、 鹽度和壓力條件下所測定的海水密度， 稱為現(xiàn)場密度或當(dāng)場密度。 當(dāng)大氣 壓等于零時(shí)的密度，稱為條件密度，用p s,t,0表示。因?yàn)楹Ｋ?/p>

12、的密度一般都大于 1，例如， 1.01600 ， 1.02814 等，并精確到小數(shù) 5 位，為書 寫的方便，可將密度數(shù)值減去1再乘以1000,并用b s,t,p表示。即：例如：p s,t,p 為 1.02545 時(shí)，b s,t,p 為 25.45海水的密度與溫度、 鹽度和壓力的關(guān)系比較復(fù)雜。 凡是影響海水溫度和鹽度變化的地理 因素， 都影響密度變化。 雖然各大洋不同季節(jié)的密度在數(shù)值上有所變化， 但其分布規(guī)律大體 是相同的， 即大洋表面密度隨緯度的增高而增大， 等密度線大致與緯線平行。 赤道地區(qū)由于 溫度很高，降水多，鹽度較低，因而表面海水的密度很小，約 1.02300。亞熱帶海區(qū)鹽度雖 然很高

13、，但那里的溫度也很高， 所以密度仍然不大，一般在 1.02400 左右。極地海區(qū)由于溫 度很低，降水少，所以密度最大。在三大洋的南極海區(qū)，密度均很大，可達(dá) 1.02700 以上。在垂直方向上，海水的結(jié)構(gòu)總是穩(wěn)定的，密度向下遞增。在南北緯20之間100m左右水層內(nèi)，密度最小，并且在50m以內(nèi)垂直梯度極小，幾乎沒有變化；50100m深度上，密度垂直梯度最大，出現(xiàn)密度的突變層（躍層） 。它對聲波有折射作用，潛艇在其下面航行或 停留，不易被上部偵測發(fā)現(xiàn)，故有液體海底之稱。約從1500m開始，密度垂直梯度很??；在深層大于3000m,密度幾乎不隨深度而變化。3水色所謂水色, 是指自海面及海水中發(fā)出于海面外

14、的光的顏色。 它并不是太陽光線透入海水 中的光的顏色, 也不是日常所說的海水的顏色。 它取決于海水的光學(xué)性質(zhì)和光線的強(qiáng)弱, 以 及海水中懸浮質(zhì)和浮游生物的顏色, 也與天空狀況和海底的底質(zhì)有關(guān)。 由于水體對光有選擇 吸收和散射的作用,即太陽光線中的紅、橙、黃等長光波易被水吸收而增溫,而藍(lán)、綠、青 等短光波散射得最強(qiáng),故海水多呈藍(lán)、綠色。水色常用水色計(jì)測定。 水色計(jì)由 21 種顏色組成, 由深藍(lán)到黃綠直到褐色, 并以號碼 121 代表水色。號碼越小，水色越高；號碼越大，水色越低。4海水的透明度海水的透明度，是指海水的能見度。也是指海水清澈的程度。它表示水體透光的能力， 但不是光線所能達(dá)到的絕對深度

15、。 它決定于光線強(qiáng)度和水中的懸浮物和浮游生物的多少。 光 線強(qiáng)，透明度大，反之則小。水色越高，透明度越大；水色越低，透明度越小。透明度的測定：用一個(gè)直徑30cm的白色圓盤，垂直放到海水中，直到肉眼隱約可見圓盤為止，這時(shí)的深度，則為透明度。世界以大西洋中部的馬尾藻海透明度最大，達(dá)66.5m。我國南海為2030m,黃海為12m。5海冰淡水的冰點(diǎn)為0C,最大密度的溫度是4C；而海水的冰點(diǎn)和最大密度的溫度都隨鹽度的增大而降低，但冰點(diǎn)降低較和緩。當(dāng)海水的鹽度大于24.695 X 10-3時(shí)，最大密度的溫度低于冰點(diǎn)溫度；而鹽度小于 24.695 X 10-3時(shí)，最大密度的溫度高于冰點(diǎn)溫度；只有鹽度在 24

16、.695 X 10-3時(shí)，海水的最大密度的溫度才與冰點(diǎn)溫度相同，為-1.332 C （圖5. 32）。海水結(jié)冰較淡水困難。因大洋表面鹽度一般均大于 24.695 X10-3 ，故冰點(diǎn)更低；當(dāng)海 面水溫達(dá)到冰點(diǎn)時(shí)， 因密度增大形成對流，使下層溫度較高的海水上升，故較難結(jié)冰；當(dāng)整層海水達(dá)到冰點(diǎn)，海水結(jié)冰時(shí)， 又要不斷的析出鹽分，使未結(jié)冰的海水鹽度增大， 密度也增 大，從而加強(qiáng)了對流和降低了冰點(diǎn)，阻礙海冰的進(jìn)一步增長。選自劉南威主編自然地理學(xué) ）海水化學(xué)元素的故鄉(xiāng)作者：佚名 文章來源：轉(zhuǎn)貼 點(diǎn)擊數(shù)： 1675 更新時(shí)間： 2005-5-7 熱海水占地球總水量的 94%，大海中不僅有取之不盡、用之不竭

17、的水，還溶解了大量的氣體物質(zhì)和各 種鹽類， 人類在陸地上發(fā)現(xiàn)的 100 多種化學(xué)元素，在海水中可以找到 80 多種。人們生活必不可少的食鹽及 鉀、鎂、溴、碘、鋰、鈾、重水等多種重要化學(xué)元素，都大量蘊(yùn)藏于海洋之中。所以海水又被稱作化學(xué)元 素的故鄉(xiāng)。作為地球上最大的連續(xù)礦體的海洋水體， 由于海洋水體巨大 （約為 13.7 億立方千米 ） ，有的元素雖然其 含量甚微，但總量是非常豐富的。例如鈾， 1 噸海水只含 0.00033 克，但海洋中總鈾量卻有 45 億噸，金的 總量也達(dá) 500 萬噸。海洋化學(xué)資源的持續(xù)利用是人類生存發(fā)展的重要前提。目前，全世界每年從海洋中提 取淡水 20 多億噸、食鹽 50

18、00萬噸、鎂及氧化鎂 260 多萬噸、溴 20萬噸，總產(chǎn)值達(dá) 6億多美元。其中，中 國的食鹽產(chǎn)量居世界首位，產(chǎn)量約為 3000 萬噸。目前，人們已能直接從海水中提取稀有元素、化合物和核能物質(zhì) （ 如從海水中提鎂、溴、碘、鉀、鈾和 重水等 ） ，其中有的資源已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。無窮的鹽資源人類生存營養(yǎng)中鹽是不可缺少的。 中國人“煮海為鹽”的歷史可以追溯到 4000 余年前的夏代。 進(jìn)入封 建社會，鹽、鐵成為國家兩項(xiàng)最大的官營商品。鹽、鐵官賣，一方面可以保證供應(yīng)，另一方面，可以作為 國家財(cái)政的重要來源和調(diào)節(jié)閥門。 進(jìn)入現(xiàn)代社會， 鹽又是重要化工原料， 化工行業(yè)廣泛應(yīng)用的兩堿一酸 （ 純 堿、燒堿、鹽

19、酸 ） 主要是由氯化鈉加工而成。從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法歷史最悠久，也是最簡便和 經(jīng)濟(jì)有效的方法。將鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開出一片片像扶梯一樣的池子。利用漲 潮或用風(fēng)車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過幾個(gè)池子，隨著風(fēng)吹日曬，水分不斷蒸發(fā)，海水中的鹽濃度愈 來愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼續(xù)蒸發(fā)，直到析出食鹽晶體。我國是海水曬鹽產(chǎn)量最多的國家，也是鹽田面積最大的國家。2000 年，全國原鹽總產(chǎn)量 3369 萬噸，其中海鹽區(qū)產(chǎn)量 2451 萬噸。我國有鹽田 37.6 萬公頃。每年生產(chǎn)的海鹽，供應(yīng)著全國一半人口的食用鹽和 80%的工業(yè)用鹽。還有

20、 100 萬噸原鹽出口。海水曬鹽，節(jié)約燃料。但是，海水曬鹽受天氣限制，占用大量平坦土地，勞動條件十分艱苦，生產(chǎn)效 率低。目前世界上只有中國、印度和少數(shù)氣候條件特別適宜的國家大規(guī)模海水曬鹽。在澳大利亞和墨西哥 一些非常干旱的海岸地區(qū)， 使用自動化機(jī)械進(jìn)行海水曬鹽， 生產(chǎn)效率極高， 一個(gè)鹽場工人年產(chǎn)原鹽 7000 噸。 而在土地資源相對緊張的日本等國，則采用電滲析法制鹽技術(shù)。海洋元素溴溴是一種貴重的藥品原料，可以生產(chǎn)許多消毒藥品。例如紅藥水就是溴與汞的有機(jī)化合物，溴還可以 制成熏蒸劑、殺蟲劑、抗爆劑等。而茫茫大海就是化學(xué)元素“溴”的主產(chǎn)地，地球上99%以上的溴都在海水中，總量約為 100 萬億噸。

21、1925 年，法國化學(xué)家貝拉發(fā)明了提取溴的方法，即以中度鹵水和苦鹵為原料的空氣吹出法制溴以來， 現(xiàn)已成為工業(yè)規(guī)模海水提溴的成熟方法。此外，樹脂法、溶劑萃取法和空心纖維法提溴新工藝也正在研究 中。隨著新方法的不斷出現(xiàn)，人們不僅能從海水中提取溴，還能從天然鹵水及制鉀母液中獲取溴，使溴的 產(chǎn)量大大增加。我國 1967 年開始用“空氣吹出法”進(jìn)行海水直接提溴， 1968 年獲得成功。現(xiàn)在青島、連 云港、北海等地相繼建立了提溴工廠，進(jìn)行試驗(yàn)生產(chǎn)?！笆濉逼陂g，國家不斷加大科技投入力量，組織 技術(shù)攻關(guān)，研制氣態(tài)膜法海水提溴新工藝，以期在海水提溴工藝技術(shù)方面位居世界前列。海水提鉀、鎂難以提取的鉀是植物生長發(fā)

22、育所必需的一種重要元素，它也是海洋寶庫饋贈給人類的又一寶物。但是 由于鉀的溶解性低，在 1 升海水中僅能提取 380 毫克鉀，而且，鉀與鈉離子、鎂離子和鈣離子共存，分離 較困難，致使鉀的工業(yè)開采步履維艱。目前先后探索了二苦胺沉淀法、有機(jī)溶劑法、膜法、離子交換法從 海水中提取鉀鹽技術(shù)。因?yàn)殁浄适侵匾霓r(nóng)用化肥，所以中國、印度兩個(gè)農(nóng)業(yè)大國，也利用海水曬鹽后的 鹵水，生產(chǎn)一定數(shù)量的鉀鹽，用以制造鉀肥。在海水直接提取鉀鹽技術(shù)研究方面，我國位居世界前列。 20世紀(jì) 70年代發(fā)明的無機(jī)離子交換法海水 提鉀技術(shù)，采用天然的斜發(fā)沸石作為無機(jī)離子交換劑，對海水中鉀離子進(jìn)行吸附富集，再經(jīng)過洗脫、蒸發(fā) 分離等工序，可以得到鉀鹽產(chǎn)品。此工藝技術(shù)成功解決了海水中鉀離子富集問題，以及鉀鹽與鈉鹽、鎂鹽 的分離難題，而且采用的天然沸石不會對海洋環(huán)境造成任何污染，被認(rèn)為是最具工業(yè)化前途的海水提鉀方 法。目前正在進(jìn)行工藝改進(jìn)以及海水制取硫酸鉀、磷酸二氫鉀等鉀系列產(chǎn)品研制工作。鎂不僅大量用于火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)制造業(yè)，它還可以用于鋼鐵工業(yè)。信號彈、照明彈、燃燒彈、煙火 禮花彈、閃光燈都要用金屬鎂。近年來鎂還作為新型無機(jī)阻燃劑，用于多種熱