海洋地球化學4

1、海洋地球化學第4講1上節(jié)小結(jié)1.研究路線元素：區(qū)內(nèi)表區(qū)劃相關性形態(tài) 同位素總量形態(tài)關聯(lián)（原因） 速率關聯(lián)：性質(zhì)行為影響2靜動 粗細上節(jié)小結(jié)2.知識 技術3.研究內(nèi)容3轉(zhuǎn)化探索自己完成二、海水中的溶解氣體和有機質(zhì)1.海水中的溶解氣體溶解氣體：O2、N2、CO2稀有氣體：可示蹤大氣-海水交換模型：停滯膜模型 F=D（膜頂-底濃度）/Z D/Z：氣泵過程的泵速，m/a第一節(jié) 海洋的化學組成膜穩(wěn)定大 氣停滯膜濃度梯度F：氣體交換通量，mol/m2，a與溫度有關；D：擴散系數(shù)，m2/a；Z：停滯膜厚度，與風浪有關，平均40m，可用14C示蹤。攪動深度40mO2泵速2.6m/d平衡時間15.4d 4第一節(jié)

2、 海洋的化學組成二、海水中的溶解氣體和有機質(zhì)2.海水中的有機質(zhì) 形式： 溶解 顆粒（含量變化范圍大） 來源： 海洋為主 大陸5第一節(jié) 海洋的化學組成二、海水中的溶解氣體和有機質(zhì)2.海水中的有機質(zhì) 初級生產(chǎn)力： 5.51013kg，以干重有機C表示 被利用率為陸地的1500倍 水動力活躍營養(yǎng)鹽（載帶上）形成生產(chǎn)力高區(qū)6第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類7第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類一、海洋中化學元素的分布 上下分布是否均勻二、海洋中化學元素的分類 相似： 性質(zhì)、化學鍵、共生、成因 影響： 生物、水動力8第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類保守： 非生物限制元素，不受生物、沉積影響； 上下分布

3、均勻； 溶解離子，Cl-、Na+、SO42-，非保守： 生物限制元素或生物元素 上下分布不均勻 NBa、CrI 營養(yǎng)元素、清掃元素、氧化還原、其它9第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類營養(yǎng)元素：N、P、C、Si，表層攝取、沉降釋放、沉積。 出入平衡：c河V河+c深V混=c表V混+P（碎屑沉降） 生物攝?。簲z取量=攝取分數(shù)輸入量 P=g（c河V河+c深V混） 沉積：沉積（=沉積分數(shù)生物攝取）=河流輸入 fP= c河V河 測： c表/c河、 c深/c河 g= ，f= fg：離開，1/fg：壽命， =1000/fg10不都沉積第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類營養(yǎng)元素： 一般表層少、深層多 易分解、行

4、程短，淺部循環(huán)，中部濃度大，如：N、P、Cd、As 難分解 很深濃度大，如：Si、Ba、Zn、Ge、Cd 兼有淺、深循環(huán)如：Ni、Se 深部海水上升區(qū)，Si質(zhì)生物碎屑多11第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類營養(yǎng)元素： 季節(jié)影響植物生物Si 環(huán)流垂向不均 如：大西洋印度洋北太平洋，N、Si 、Ba 、有機質(zhì) 、DO12第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類清掃元素：13清掃微量元素Fe、Mn的氫氧化物膠體 有機碎屑粘土 富集于粘土質(zhì)沉積富有機物泥質(zhì)沉積過渡、銅族、稀土、其他與營養(yǎng)元素重疊，如圖2-2第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類清掃元素：微顆粒吸附攝取，部分會在深水處解吸懸浮物濃度越大，清掃作用

5、大，河口、海岸大洋表層大洋深層測量：i放射性元素示蹤，ii類比，如Fe類似Th238U234Th衰變+清掃pNp=DND+KNDK=0不清掃 KD子體虧損14第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類氧化還原：Fe2+、Mn2+Fe(OH)3、MnO2 溶解 沉淀CrO42-、MoO42- Cr(OH)3 沉淀15第二節(jié) 海洋中化學元素的分布及分類其它來源： 海底熱液活動：Mn、Fe 再懸浮、再活化 大氣：O2、Pb、Mn 難確定：Pt族、難溶16離源近則多第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性 稀溶液：電解液、緩沖液、 分散體：顆粒、生物、17第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性1.水的特

6、性與結(jié)構（1）水的特性 吸UV短波、冰水保護動物 C大溫度恒定 蒸發(fā)熱vapH大液態(tài) 分子極性介電常數(shù)高，=80能溶解、解離，有利于反應。18正負離子吸引力/80其它？第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性1.水的特性與結(jié)構（1）水的結(jié)構19極性氫鍵第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性1.溶解溶解：吸引分開水合化水合離子20第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性1.溶解分子或解離成離子解離實質(zhì)：Mn+與H+爭奪O2-受pH影響 半徑大電荷小Mn+H+含氧酸根，如 之間：pH低和pH高時不同，如Al性質(zhì)、條件形態(tài)（分子、離子、配離子）21第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3

7、.溶解度及其影響因素溶質(zhì)濃度的表示： 質(zhì)量： 常量：g/Lg/kg 微量：ppm=mg/L=g/t，ppb 放射：ppt22第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3.溶解度及其影響因素溶質(zhì)濃度的表示： 物質(zhì)的量： mol/L，mol/kg m、n、p含義（1）溶解度和溶度積（自學，要求內(nèi)容）23第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3.溶解度及其影響因素（2）溶解度的影響因素 鹽效應 離子靜電約束 有效濃度（活度）降低 離子強度 I=cz2 a=c CaCO3：KspaCa2+aCO32-， Mg2+的存在和包裹有機膜不沉積 生源碎屑沉積24第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3

8、.溶解度及其影響因素（2）溶解度的影響因素 同離子效應 加共同離子使電解質(zhì)溶解度降低 如： 25CaCO3 Ba2+、Sr2+混入方解石Al Al(OH)3 OH-第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3.溶解度及其影響因素（2）溶解度的影響因素 配合效應 配合后降低活度，增加溶解度 如：Ag+被Cl-配合 水解效應 進一步分解增加溶解26第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)一、水及其溶解性3.溶解度及其影響因素（2）溶解度的影響因素總之： 離子被約束、被反應 活度降低 增加離子活度升高27平衡移動第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)二、海洋的CO2-HCO3-CO32- 生命：80%軟組織、20%硬 CaC

9、O3溶解 沉淀堿度、溶解總碳 生命 沉積 環(huán)境-保護28第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)二、海洋的CO2-HCO3-CO32-1.海水中的酸堿平衡pH影響：pH值小中大 CO2 HCO3-CO32-p的影響：p ，溶解總C 、HCO3-、CO32- 生源CaCO3溶解29第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)二、海洋的CO2-HCO3-CO32-2.碳酸根堿度電中性：碳酸根堿度A=HCO3-+2CO32- =Na+K+2Mg2+2Ca2+ -Cl-2SO42-Br-CO3HCO3-+CO32- HCO3-=2CO2-A30HCO3-CO32-可調(diào)電荷平衡第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E1.海水的pH

10、主要HCO3-CO32-pH次要B、Si、P31 緩沖穩(wěn)定，不受H+、OH-蒸發(fā)、稀釋影響 表層8.08.3、中深層8，7.5 太平洋深水相比大西洋： 溶解較多CO2，HCO3-/CO32-大pH能溶CaCO3原理（略）第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E2.海水的氧化還原電勢（E，mV） 測量： 物質(zhì)的電極電勢（親電子能力）E=E+(0.05917/n)lg氧化態(tài)a/還原態(tài)bE由上式計算，E標準態(tài)時的E，可查 參考電極（已知E）測EMF，已知E參考 E待測干擾：溫度，引入空氣等32原電池電動勢EMF=E待測-E參考正：趨氧化負：趨還原第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E2.海

11、水的氧化還原電勢（E，mV） 結(jié)果海水：+500-200邊緣沉積物：+500-400深海沉積物：+600-400 分析 光合作用CO2、O2 E 呼吸（腐爛）E Fe多E變化33pHEpH第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E3.E-pH圖（1）H2O 2H2OO2(g)+4H+4e E=E+(0.59/4)lgH+4pO2E =1.23VpO2=0.2101.325kPa E=1.23-0.059pH34E-pH存在范圍、變化關系O2H2OEpHO2H2O第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E3.E-pH圖（1）H2O 2H+2eH2(g) E=E+(0.059/2)lgH+2/

12、pH2E =0.00VpH2,max=101.325kPa邊界條件 Emin=-0.059pH35H2H2OEpHO2H2OH2H2O第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E3.E-pH圖（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O Fe3+eFe2+ E= E+0.059lgFe3+/Fe2+ =0.77E=0.77V邊界條件：Fe3+=Fe2+ E= 0.77（只在低pH區(qū)）36Fe3+Fe2+EpHO2H2OH2H2OFe3+Fe2+第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E3.E-pH圖（2）Fe(OH)3-FeCO3-H2O Fe3+H2OFe(OH)2+H+K=H+FeOH2+/

13、Fe3+FeOH2+=Fe3+ pH=3.053737FeOH2+EpHO2H2OH2H2OFe3+Fe2+FeOH2+第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)三、海洋的pH和E3.E-pH圖（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第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)39Fe(OH)3FeCO3三、海洋的pH和E3.E-pH圖（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、海洋的化學平衡問題過程：趨于平衡 動力學平衡（主要）：海洋內(nèi)、外物質(zhì)、能量交換平衡 化學平衡（次要）：熱力學平衡 海洋與海底沉積（深層海水與鋁硅酸鹽沉積物） pH：原生巖石釋放堿，地球內(nèi)部各種酸（HCl、H2SO4、CO2等）第三節(jié) 海洋的物理化學性質(zhì)40