第二章海水的組成及特性講稿(一)

1、第二章海水的組成及特性講稿第二章海水的組成及聲光特性21海水的組成一.海水的成分.主要化學(xué)成分（占99.9%以上）5種陽離子（1mg/1kg）:鈉、鎂、鈣、鉀和鈿等5種陰離子（1mg/1kg）:氯、硫酸根、碳酸氫根（包括碳酸根）、澳和氟等c.硼酸分子微量元素：至今已分析由80多種微量元素.恒比關(guān)系1819年，A.M.烏賽分析了大西洋、北冰洋、黑海、波羅的海和黃海等14個海的淺水水樣，發(fā)現(xiàn)Mg、Ca、Na、Cl、So,等5種成分在不同水樣中的含量雖不相同，但它們在每一水樣中的比值是近似守恒的恒比關(guān)系是指Mg、Ca、Na、Cl、SO4等5種成分之間有近似的恒比關(guān)系。二、海水中的溶解氧表層海水與大氣

2、接觸，溶解有充足的氧氣在幾千米的深海中也不缺乏氧氣，是深海環(huán)流把表層的富氧水帶到深層的結(jié)果。如果沒有深海環(huán)流，僅表層水有充足的氧氣而深層缺氧則海洋水會變成污水。3 g 0AO* N.生物活動對海水中氧的影響海洋植物在光合作用中產(chǎn)生氧氣，而在呼吸作用中消耗氧氣。海水表層氧含量最大在浮游植物密集的地區(qū)，表層海水氧氣含量，最大值出現(xiàn)在下午23點(diǎn)，最小值在夜間23點(diǎn)。通過這種變化量的大小可以估計(jì)生物生產(chǎn)氧的量，從而換算成為單位時間、單位面積水體產(chǎn)生有機(jī)碳的量，叫做初級生產(chǎn)力。在近表層光合作用大于呼吸作用，隨著深度的增加，光合作用減弱，呼吸作用增強(qiáng)。在某一個深度下，溶解氧的生產(chǎn)量恰好等于消耗量時，該深度

3、稱為溶解氧的補(bǔ)償深度。.海水中的生化需氧量、化學(xué)耗氧量海水中的氧氣消耗主要用于有機(jī)物的分解。生化需氧量(BOD)：是在需氧條件下水中有機(jī)物由于微生物的作用所消耗氧氣的量?；瘜W(xué)耗氧量(COD)：向水體中加入一定量的氧化劑(如KIO3，KMnO4),把氧化后消耗氧化劑的量換算為氧的毫克數(shù)。對于受到陸地污染的近岸水，這是兩個有用的指標(biāo)。22海水的鹽度 TOC o 1-5 h z 鹽度的定義：lkg海水中的溴和碘全部被當(dāng)量的氯置換，而且所有的碳酸鹽都轉(zhuǎn)成氧化物后，其所含的全部固體物質(zhì)的總克數(shù)(以%。表示)鹽度的測定:1用化學(xué)法測定(1)直接測定海水+鹽酸+氯水，加熱烘干，480恒溫干燥48hMgCO3

4、+2HC1-MgCl2+CO2T+H2OMg(HCO3)2+2HC1-MgCl2+CO2T+2H2OMgCl2+H2O力口熱Mg(OH)Cl+HClTMg(OH)Cl力口熱MgOJ+HClT2Br+Cl2-2Cl+Br2T2I+CI2-2Cl+12T稱量全部固體物質(zhì)的重量得海水的含鹽量(2)間接測定依據(jù)：恒比關(guān)系方法：用硝酸鹽滴定法測定氯度測定要求：需要一種標(biāo)準(zhǔn)海水在采用化學(xué)滴定法測定海水樣本的氯度時，需要一種標(biāo)準(zhǔn)海水,它的氯度值為19.375X105,其對應(yīng)的鹽度值為35.000X105。鹽度的計(jì)算先確定氯度，然后計(jì)算出鹽度值，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式S%o=O.O3O+1.8O5Ocl%o2.用電導(dǎo)法

5、測定(實(shí)用鹽標(biāo))(1)定義實(shí)用鹽標(biāo)是指溫度為15和壓力為1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101325Pa)下，海水樣品的電導(dǎo)率與標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀溶液(它所含KC1的質(zhì)量比為32.4356X101)的電導(dǎo)率之比值為(s,15,0)S=aKC1(32.4356,15,0)當(dāng)ks=l,S=35；k,WLS=。+aK-+a2K5+aK；2+aK1+Zq=35,000(當(dāng)2WSW42時有效)/=1(2)特點(diǎn)a.不依賴于氯度b.比化學(xué)法測定計(jì)算的值大1000倍(3)非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下海水的鹽度非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指非15c和1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的狀態(tài)a,計(jì)算公式s=a+aR,2+aR+aRi,2+aR2+aRs,201/2/3t4t5t+b+bR

6、i/2+bR+bRi,2+bR2+bRs/21+K-15)K=0.0162b.4的計(jì)算o(s,t,p)K二o(35,15,0)o(s,t,p)a(s,t90)o(35,t,0)o(s,t,O)o(35,t,0)o(35,15,0)RRprt=RpRtX式中R=11(4+4夕+4；/)夕+Bt+Bf+(By+Bt)RO,2Ar(=c0+Cjt+c2t+c3t+c4t鹽度最大的海：死海：22727540米深處：281鹽度最小的海：波羅的海波的尼亞灣3死?？煲懒怂篮ｉL80公里，寬處為18公里，表面積約1020平方公里，水面平均低于海平面約400米，最深處400米。死海是世界上自然資源最富有的地區(qū)之

7、一，它擁有豐富的氯化鈉、氯酸鉀、氯化鎂等資源。同時，它還蘊(yùn)藏著石油，以色列和約旦正在死海湖底進(jìn)行石油勘探的活動。死海弁不是海，而是綿延80公里的內(nèi)陸湖。死海死氣沉沉。除了少數(shù)生命力極強(qiáng)的微生物和成千上萬名游客，沒有什么東西能在這里長久生存。有趣的是，幾乎是所有生物克星的死海，它的海水卻以神奇的治病功效名揚(yáng)天下。死海中水的比重是1.171.227,而人體的比重只有1.021.097,水的比重超過了人體的比重，以至于人在水中不會沉沒。許多風(fēng)濕病和皮膚病患者都肯定了死海海水的療效。為了制止死海的死亡，約旦擬在死海和亞喀巴灣之間修建一條運(yùn)河，以補(bǔ)充死海丟失的水分。23海水的聲學(xué)特性一、聲速的變化規(guī)律1

8、C一聲速 f 5ms1;1一聲速 T 1.14 m s-1;100 m 一聲速 T 1.75 m s1。，可像光學(xué)一樣用射線的概念.聲速隨溫度降低而減小，水溫T.聲速隨鹽度增加而增加，鹽度T.聲速隨壓力增加而增加，深度T二、聲波傳播特性聲波的波長與大洋的深度相比較小研究聲波的傳播聲波穿過具有不同聲速的水層產(chǎn)生折射和反射，與光學(xué)中類似，服從折射定律折射后的聲線向具有較小聲速的水層方向彎曲聲波傳播方向變化趨勢 （上拋傳播）C21.正速度梯度上拋傳播聲速沿垂直方向分布（正速度梯度）2.負(fù)速度梯度下拋傳播*聲速沿垂直方向分布（負(fù)速度梯度）聲波傳播方向變化趨勢（下拋傳播）h壓力上小下大傳播方向 上拋三、

9、聲道聲波傳播的路徑叫聲道1.表面聲道舉例：冬季，淺海。兩個混合a.對流混合溫度J、鹽度（蒸發(fā)）T一密度T一對流Tb.湍流混合（風(fēng)、浪、流產(chǎn)生速度梯度，上大下?。﹖h溫度上下相同聲速15243.聲道位置大西洋：中緯度地區(qū)，1260m左右，（800m以深，冷水區(qū)）太平洋：中緯度地區(qū)，900m左右，（800m以深，冷水區(qū)）四、聲速垂直分布實(shí)測曲線.深于1500m的8個站聲速隨深度的分布是一致的.淺于1500m的水層，各站的變化規(guī)律都不相同五、聲波在海水中的傳播特征.聲波折射、反射聲波在不同水層處發(fā)生折射；輸油管線聲波遇到海面時發(fā)生反射。.聲線分裂聲線于聲速由正速度梯度變?yōu)樨?fù)速度梯度的水層發(fā)生分裂，產(chǎn)

10、生聲影區(qū)，在聲影區(qū)聽不到聲源發(fā)生的信息.聲波在深水中傳播的會聚區(qū)在距聲源的不同距離處，聲線有許多會聚區(qū)。在大洋中大約每隔3040km由現(xiàn)一個會聚區(qū)，其強(qiáng)度會逐漸減弱，但波能傳播較遠(yuǎn)。.聲波在海流中傳播聲波在海流中傳播時，順流使聲速增大，逆流使聲速減小。利用這一現(xiàn)象，在兩個定點(diǎn)之間相對發(fā)生信號，測量聲波到達(dá)的時間差，就可以求得海水的流速。.聲波在海底沉積物中傳播用于測定由海底分層結(jié)構(gòu)傳播速度與沉積物的平均粒徑和它們的孔隙率的大小有關(guān)。一般說海底物質(zhì)的密度愈大，聲速愈高，反射損失愈小，反之則損失愈大。24海水的光學(xué)特征一、研究海水透光的意義.了解某些植物的分布深度.選擇最適宜的淺海養(yǎng)殖地點(diǎn).海底地

11、質(zhì)地貌拍攝照片.研制非聲學(xué)的水下探測工具二、光的吸收藍(lán)光被吸收最少紅光被吸收最多離岸越近光能被吸收越多吸收公式di=BIdz三、光的散射散射微粒的半徑小于波長散射系數(shù)與波長的四次方成反比，這種散射稱為分子散射。雷萊定律：波長較短的藍(lán)色光比黃色和紅色光散射強(qiáng)烈。當(dāng)白光通過干凈的大洋水時，散射光呈藍(lán)色。所以，大洋的顏色呈藍(lán)色散射微粒的半徑大于波長散射系數(shù)與波長的平方成反比。此時藍(lán)光的散射仍然較其它波長的光強(qiáng)烈。3散射公式di=SIdz式中S稱為散射系數(shù)。四.光的衰減衰減規(guī)律：IIez2i為衰減系數(shù)，它等于吸收系數(shù)和散射系數(shù)之和：由圖看由：(i)含有浮游生物的海水，衰減系數(shù)比純海水大；(2)純海水(

12、曲線I),波長大于0.58以的光波，衰減系數(shù)顯著地增大；(3)含有浮游生物的海水(曲線2),綠光部分衰減系數(shù)最小,這表示在綠光處海水有一i“透明窗”存在。=B +So五.透明度透明度是表示海水能見程度的一個量度。1.直接測量法：(1)測量方法用直徑為30cm的白色園板(透明度板)，垂直沉入水中，直至剛剛看不見的深度。測由的是相對透明度(2)優(yōu)點(diǎn)：簡便、直觀(3)缺點(diǎn)：a.測量的結(jié)果不太準(zhǔn)確該方法受海面反射光的影響，受觀測者眼高的影響，還與眼的*近視程度有關(guān)。因此，測量的結(jié)果不太準(zhǔn)確。b.只能測到垂直方向上的透明度透明度板只能測到垂直方向上的透明度，不能測由水平方向上的透明度。2.儀器測量法(1

13、)測量原理一準(zhǔn)平行光束在水中傳播一定距離后，其光能流與原來光能流之比。即IT0,、一zI比較式ILe與T丁得0zTe23(2)數(shù)據(jù)處理由T可算由,由可算由L(衰減長度)=1/,L與園板透明度的數(shù)值大體相當(dāng)。六.水色海水顏色由海水的光學(xué)性質(zhì)以及海中懸浮微粒的顏色所決定，稱為水色;海面的顏色取決于海面對光線的反射，因此它與天空狀況和海面狀況有關(guān)。大洋海水顏色多為蔚藍(lán)懸浮物較少，顆粒也很微小，其水色主要取決于海水的光學(xué)性質(zhì)懸浮物較多，顆粒較粗，海水的顏色主要取決于懸浮物的顏色。沿岸海水多為綠色由于懸浮物質(zhì)增多，顆粒變大，根據(jù)大微粒對光線的選擇吸收和選擇散射的性質(zhì)，可知其水色多呈淺藍(lán)和綠色。水色測定的

14、方法用比較法確定，121號，號碼愈大，水色愈低在陽光不能直接照射的地方，觀察沉入海中的透明板上部海水所顯示的顏色。七.水色與透明度的分布 TOC o 1-5 h z 水色高-透明度大，水色低-透明度小。在淺海，泥沙多，混合強(qiáng)烈，水質(zhì)肥沃，生物繁殖較大洋發(fā)達(dá)。因此，淺海的水色較大洋為低，透明度較大洋為小。渤海透明度最小，大部分在5m左右，僅中央海區(qū)可達(dá)10m，近岸不足3m。在黃河口則只有12m,有時甚至低到不及半米。黃海透明度較大，中央海區(qū)可達(dá)15m以上，大多數(shù)地區(qū)在515m之間，以10m占據(jù)的范圍較大。東海沿岸透明度在610m左右，長江口附近較低，3m或3m以下。東海中部透明度較大，15m左右。黑潮主干地區(qū)均在20m以上，最深可達(dá)3040m。南中國海大部分地區(qū)透明度在2030m之間，沿岸區(qū)域較小，只有5m左右。透明度最大的海：馬尾藻海，透明度