海洋中的常量元素

海洋中的常量元素第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日經(jīng)過(guò)放置和嚴(yán)格的過(guò)濾處理，調(diào)整其氯度為19.38‰左右（其氯度值準(zhǔn)確測(cè)定到0.001‰）的大洋海水。密封于玻璃安瓿瓶中。國(guó)際上以此作為測(cè)定海水的氯度和鹽度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。使用標(biāo)準(zhǔn)海水代替其他標(biāo)準(zhǔn)溶液來(lái)測(cè)定海水氯度的優(yōu)點(diǎn)，可以避免受原子量改變的影響。1937年國(guó)際上制作了一批氯度為19.381‰的標(biāo)準(zhǔn)海水。為使用方便，有的國(guó)家根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海水，制備了本國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)海水。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)海水由山東海洋學(xué)院生產(chǎn)，其氯度值與中國(guó)海平均氯度數(shù)值相近，在17—19‰左右。第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水鹽度（Salinityofsedwater）海水中含鹽量的一個(gè)標(biāo)度，海水的重要特性之一，也是研究海洋的一個(gè)重要參數(shù)。多年來(lái)，海水鹽度的定義，歷經(jīng)數(shù)次變更，第17屆國(guó)際物理海洋協(xié)會(huì)〔IAPSO〕會(huì)議通過(guò)決議，取消“1978年國(guó)際鹽標(biāo)”名稱，將鹽度分為絕對(duì)鹽度和實(shí)用鹽度，并把實(shí)用鹽度定為習(xí)慣上的鹽度定義，且定名為“1978年實(shí)用鹽度”第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水鹽度絕對(duì)鹽度〔SA〕為海水溶解物質(zhì)的質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值，但它實(shí)際上不能直接測(cè)定，而用實(shí)用鹽度代替。實(shí)用鹽度〔S〕即鹽度，是在一個(gè)大氣壓（即101325帕斯卡）和15℃時(shí)海水的電導(dǎo)率，與在同溫（1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)）和同壓下標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀溶液所含KCl的質(zhì)量比，恰為32.4356×10-3的電導(dǎo)率的比值，比值為K15。第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水鹽度利用比值按下式確定海水的實(shí)用鹽度：取a0＝0.0080；a1＝－0.1692；a2＝25.3851；a3＝14.0941；a4＝－7.0261；a5＝2.7081；Σai＝35.000；2×10-3≤S≤42×1O-3。上式反映了海水的離子濃度。這一鹽度新定義已在國(guó)際上廣泛應(yīng)用，并制定了鹽度與電導(dǎo)比〔K15〕的查算表。世界大洋的平均鹽度約為35×10-3，但各海洋并不一致，由于降水、蒸發(fā)、洋流性質(zhì)和陸地徑流等因素的影響，海洋表面鹽分水平分布的總趨勢(shì)是從亞熱帶海區(qū)向高、低緯遞減，即赤道附近鹽度較低，南北緯20°附近鹽度最高，然后隨緯度的增加而降低。第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度的測(cè)定LS28T折光鹽度計(jì)

用于快速測(cè)定含鹽(氯化鈉)溶液百分比濃度或折射率可應(yīng)用于海洋，漁場(chǎng)，養(yǎng)殖場(chǎng)使用的海水，水族館使用的海水或人工海水，儲(chǔ)藏魚使用的鹽水等的濃度管理。測(cè)試范圍:0～28%第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日阿貝折光儀阿貝爾折光儀可直接用來(lái)測(cè)定液體的折光率，定量地分析溶液的組成，鑒定液體的純度。同時(shí)，物質(zhì)的摩爾折射度、摩爾質(zhì)量、密度、極性分子的偶極矩等也都可與折光率相關(guān)連，因此它也是物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究工作的重要工具。第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日阿貝折光儀.基本原理

當(dāng)一束光從一種各向同性的介質(zhì)m進(jìn)入另一種各向同性的介質(zhì)M時(shí)，不僅光速會(huì)發(fā)生改變，如果傳播方向不垂直于界面，還會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日阿貝折光儀第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度的測(cè)定比重計(jì)第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度與比重的關(guān)系鹽度是指單位體積中所含鹽分的數(shù)量，不同地域的海水，不同水溫的海水，鹽度是不同的。比重是指海水的密度除以蒸餾水的密度。由于蒸餾水的密度等于1，所以海水的比重永遠(yuǎn)大于1。海水的鹽度和比重，在不同的水溫中，數(shù)值是變化的。如在珊瑚礁海域，在水溫25℃時(shí)，測(cè)得天然海水的比重介于1．022—1．023間，天然海水的鹽度介于3.3—3.5%間。第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度與比重的關(guān)系實(shí)際上，海水的鹽度是很難測(cè)定的，它是通過(guò)液體比重計(jì)和導(dǎo)電度計(jì)的數(shù)值推算出來(lái)的。導(dǎo)電度法是使用電導(dǎo)儀測(cè)定海水中的帶電離子的數(shù)量，以此來(lái)推斷海水的鹽度，比重法是依據(jù)海水的密度與純水的比值來(lái)推算海水的鹽度，它在海水觀賞魚的飼養(yǎng)中應(yīng)用較普遍。測(cè)試時(shí)要注意當(dāng)時(shí)的水溫，只有在同一水溫測(cè)得的數(shù)值才可以比較，這樣控制了海水比重的穩(wěn)定，也就是控制了海水鹽度的變化。第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度與比重的關(guān)系不同溫度下，海水比重與鹽度的換算關(guān)系水溫（t）高于17.5℃時(shí)：S（‰）＝1305（比重－1）＋（t-17.5）×0.3水溫（t）低于17.5℃時(shí)：S（‰）＝1305（比重－1）＋（17.5-t）×0.2第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日比重鹽度（%。）比重鹽度（%。）比重鹽度（%。）1.00152.001.014118.441.023931.261.00162.031.015219.891.024431.981.00202.561.016020.971.025032.741.00303.871.017122.411.025433.261.00405.171.018223.861.026034.041.00506.491.018524.221.026534.701.00607.791.019525.481.027135.351.00709.111.020026.201.028036.651.008110.421.021127.651.028537.301.009011.731.021528.191.029037.951.010012.851.022229.091.029538.601.011515.011.022929.971.030539.901.013017.001.023530.721.031541.20第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日電導(dǎo)法鹽度計(jì)ES-421（電導(dǎo)法）第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日鹽度計(jì)ES-421（電導(dǎo)法）使用漏斗形傳感器（電導(dǎo)法）測(cè)量范圍：0.00～10.0%（鹽度g/100g)最小標(biāo)度：0.01%（鹽度0.00～2.99%);

0.1%（鹽度3.0～10.0%)測(cè)量精度：±0.05%（鹽度0.00～1.00%）

±5%（鹽度1.00～10.0%）溫度補(bǔ)償：10～40℃第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日平衡電橋式電導(dǎo)儀Rx（電導(dǎo)池）和R1、R2、R3組成四個(gè)橋臂，當(dāng)電橋調(diào)至平衡時(shí)，則下式成立。

式中：R3、R2——均為標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為倍率電阻，其比值可為0.1、1、10、100，以適應(yīng)不同測(cè)量范圍的要求；R1——帶刻度盤的標(biāo)準(zhǔn)可變電阻。測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)R1，使電橋輸出端AB間電壓減小至零（由平衡指示器得知），則電橋達(dá)到平衡，故從R1的刻度盤上可以讀出被測(cè)溶液的電阻（Rx）或電導(dǎo)（Lx）。第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海洋與溫室效應(yīng)海洋不僅是能量的蓄存器，而且是二氧化碳的蓄存器——海洋變冷導(dǎo)致二氧化碳由大氣融入

海洋；海洋變熱導(dǎo)致二氧化碳有海洋釋放到大氣。弱潮汐導(dǎo)致表面海洋變熱——大氣變熱、

海洋中二氧化碳逸出——二氧化碳溫室效應(yīng)導(dǎo)致變暖加強(qiáng)——強(qiáng)潮汐導(dǎo)致表面海水變冷——

大氣降溫、二氧化碳逐漸融入海洋——強(qiáng)潮汐導(dǎo)致強(qiáng)震海嘯——大氣、海洋進(jìn)一步變冷——

二氧化碳被海洋大量吸收——溫室效應(yīng)減弱、氣候再次變冷。這一循環(huán)可以解釋俄國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的二氧化碳變化規(guī)律第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海洋與溫室效應(yīng)起源于海底火山和熱液噴發(fā)而導(dǎo)致的海洋整體熱循環(huán)是全球變暖的重要過(guò)程，它導(dǎo)致海洋增溫和大量二氧化碳?xì)怏w由巖石圈和海洋排向大氣，使全球變暖，我們稱之為“海洋鍋爐效應(yīng)”；全球變暖導(dǎo)致兩極冰蓋融化和赤道海平面上升200m，赤道海洋地殼均衡下降66m，赤道洋殼周長(zhǎng)收縮近400m，封閉了地下流體通道，減少CO2排放，溫暖期的大量降水也減少大氣的CO2含量，酸雨將碳元素化合在石灰?guī)r中，大氣中CO2減少和地球內(nèi)能釋放中斷，導(dǎo)致全球變冷和兩極冰蓋擴(kuò)展，變冷的海水吸收更多的二氧化碳，導(dǎo)致溫室效應(yīng)進(jìn)一步減弱。這就是冰期與間冰期交替發(fā)生的自組織過(guò)程。人類活動(dòng)加速全球變暖，加快海平面上升，因而也就關(guān)閉了地下二氧化碳排放的開關(guān)，加快冰期的到來(lái)。

第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海洋與溫室效應(yīng)海洋具有長(zhǎng)期積累冷能和熱能的地球物理機(jī)制，因此在全球氣候變化中其不可替代的作用。

全球變暖不僅與溫室氣體的增加對(duì)應(yīng)，而且與海洋底部溫度的增加準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)。深而冷的海水對(duì)調(diào)解全球氣候起至關(guān)重要的作用。兩極冰蓋壓裂橢球地殼，就像我們踩扁一個(gè)桔子使其破裂，打開了地下CO2排放開關(guān)；反之，冰蓋融化導(dǎo)致的海平面上升，壓迫海洋地殼下降，關(guān)閉了地下二氧化碳排放的開關(guān)。溫室效應(yīng)與海洋鍋爐效應(yīng)密切相關(guān)。第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值海水pH值是海水酸堿度的一種標(biāo)志。海水的pH值大于7，所以海水呈弱堿性。海水pH值因季節(jié)和區(qū)域的不同而不同：夏季時(shí)，由于增溫和強(qiáng)烈的光合作用，使上層海水中二氧化碳含量和氫離子濃度下降，于是pH值上升，即堿性增強(qiáng)冬季時(shí)則相反，pH值下降。在溶解氧高的海區(qū)，pH值也高；反之，pH值就低。第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值海水水pH的分布特征是，春季高、秋季低；表層較高、底層較低。第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值海水的pH值約為8.1，其值變化很小，因此有利于海洋生物的生長(zhǎng)；海水的弱堿性有利于海洋生物利用CaCO3組成介殼；海水的CO2含量足以滿足海洋生物光合作用的需要，因此海洋成為生命的搖籃。第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值海水從大氣中吸收CO2的能力很大，而且最初它所能吸收的CO2是現(xiàn)金的幾倍。要準(zhǔn)確估計(jì)海水吸收CO2的能力是較為困難的，因?yàn)檎麄€(gè)體系處于動(dòng)態(tài)之中。CO2與水生成碳酸，碳酸離解得到碳酸氫根和碳酸根，這是海水中溶解碳的主要化學(xué)形式。CO2濃度隨深度增加，因?yàn)樵孱惞夂献饔孟腃O2而在呼吸中放出CO2，另一個(gè)原因是CO2的溶解度隨壓力增加而增加。第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值海水中的二氧化碳含量約為2.2mmol/kg。CO2的各種形式隨pH的變化而變化。海水的pH值等于8.1，以HCO3形式為主；其次是CO3；而CO2+H2CO3含量很低。在CO2+H2CO3中則是以溶解CO2為主，H2CO3更少。常常把CO2+H2CO3稱為“游離CO2”，寫為CCO2（T）第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水的PH值pH標(biāo)度

pH實(shí)用標(biāo)度影響海水pH的因素第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日pH標(biāo)度1909年Sorensen首次提出了pH標(biāo)度，定義為pHs=-logCH+這里是使用H+的濃度標(biāo)度的，在1924年離子活度概念提出后，他又提出一個(gè)用活度標(biāo)度的定義：

pHa=-logaH+這兩種標(biāo)度之間差一個(gè)常數(shù)，25°C時(shí)，pHa=pHs+0.027。第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日pH實(shí)用標(biāo)度實(shí)際上單獨(dú)離子的活度無(wú)法測(cè)定，為了得到一個(gè)確定的值，需要確定一個(gè)實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)，即根據(jù)現(xiàn)有的pH標(biāo)準(zhǔn)液（pHs）對(duì)比未知溶液的pHpH=pHs+（E-Es）F/2.303RT這里的pHs標(biāo)準(zhǔn)一般采用0.05mol/dm苯二甲酸氫鉀的水溶液在25°C時(shí)pH值，即4.00。第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素

大洋水的pH變化主要是由CO2的增加或減少引起的。海水的pH一般在8.0~8.5的范圍變化。主要取決于二氧化碳的平衡。在溫度、壓力、鹽度一定的情況下，海水的pH主要取決于H2CO3各種離解形式的比值。海水緩沖能力最大的時(shí)候pH應(yīng)當(dāng)?shù)扔谔妓岬谝?、第二?jí)離解常數(shù)。反過(guò)來(lái)，當(dāng)海水pH值測(cè)定后也可以推算出碳酸的濃度。當(dāng)鹽度和總CO2一定時(shí)，由于碳酸第一、第二級(jí)離解常數(shù)隨溫度、壓力變化，所以海水的pH值也隨之變化。計(jì)算出不同溫度、壓力下的碳酸第一、第二級(jí)離解常數(shù)值，就可以計(jì)算出pH。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定海水的pH時(shí)，如果溫度、壓力與現(xiàn)場(chǎng)海水不同，則需要進(jìn)行校正。溫度校正可用下式

pHt1(現(xiàn)場(chǎng))=pHt1(測(cè)定)＋0.0113(t2－t1)第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素

深度改變引起的壓力的變化由于碳酸的離解度隨壓力的增大而增大，PH值減小。第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素PH與溫度的關(guān)系溫度升高，由水電離出的氫離子和氫養(yǎng)根離子的濃度都會(huì)生高。pH指氫離子的濃度，所以溫度生高pH值會(huì)降低。pH=-lgC(H+)第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素海水溫度對(duì)酸堿度的影響單從溫度對(duì)碳酸解離常數(shù)的影響考慮，海水溫度的分布和變化對(duì)海水的pH應(yīng)該起重要作用，并且pH的分布形式也應(yīng)該表現(xiàn)出與溫度相反的趨勢(shì)。但是海水溫度對(duì)pH的影響還從另外的方面表現(xiàn)出來(lái)。一例如從春季開始的升溫過(guò)程有利于海洋浮游植物的光合作用。在這種生化過(guò)程中，海洋浮游植物吸收利用海水中的游離CO2，同時(shí)，海水中的C032-濃度相對(duì)地升高，于是導(dǎo)致海水pH值升高。海水溫度升高也會(huì)加快有機(jī)物的分解過(guò)程，這后一過(guò)程對(duì)pH影響與光合作用相反。還必須注意到如下的事實(shí)：在增溫過(guò)程，中海水的垂直穩(wěn)定增大，以致于出現(xiàn)溫躍層。這就使得在上部光合層中出現(xiàn)的CO2虧缺和溫躍層第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素以下因有機(jī)分解引起的CO2盈余難以達(dá)成平衡，使得海洋上層的pH總是比溫躍層以下高。在淺水區(qū)，冬半年的垂直對(duì)流混合使得包括pH在內(nèi)的所有物化性質(zhì)變得均勻一致。在深水區(qū)，溫、鹽躍層常年存在。躍層以下的海水更新的速度很慢，那里底層海水中的溶解CO2處于高度過(guò)飽和狀態(tài)，pH值很低，溫度對(duì)pH的影響主要是通過(guò)生化過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，例如上層海水的溫度高，海洋浮游植物的光合作用強(qiáng)，那里的pH值也高；溫躍層以下海水溫度低，光合作用弱，CO2的產(chǎn)生大于消耗，海水pH就低。在大多數(shù)情況下，海水pH的時(shí)空分布與溫度是一致的。第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素鹽度對(duì)PH值的影響鹽度對(duì)海水pH的影響僅在降水和徑流量較大的近岸和河口區(qū)才顯示出它的重要性。而降水只有對(duì)水交換條件較差的局部海域的pH值才可能造成一定影響,但由于海水的緩沖作用,這種影響也不會(huì)太大。陸源酸性物質(zhì)的注入則更應(yīng)引起重視。從總體上pH的分布與鹽度的分布，有一種相反的趨勢(shì)。例如海水上部混合層的鹽度低，pH反而高，溫、鹽躍層以下鹽度一般比上層高，而pH卻普遍地較低。第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素生物地球化學(xué)過(guò)程的影響在物理因素中，海水溫度在決定海水pH的水平和分布狀況方面具有重要意義，但是溫度對(duì)海水pH的作用往往通過(guò)它對(duì)海水浮游生物生長(zhǎng)周期的支配作用表現(xiàn)出來(lái)[8]。也就是說(shuō)，海洋浮游植物的光合作用以及死生物、生物排泄物和陸源有機(jī)質(zhì)的分解才是決定調(diào)查區(qū)海水pH的主要因素。當(dāng)水中浮游生物大量繁殖時(shí),由于光合作用迅速消耗水中的二氧化碳,引起PH上升,而生物呼吸作用又大量積累二氧化碳,引起PH下降。生物地球化學(xué)過(guò)程在控制海水pH方面所起的重要作第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素季風(fēng)對(duì)海水PH值的影響以我國(guó)南海為例，我們知道底部的海水的酸性要比海表海水酸性大。當(dāng)夏季風(fēng)偏弱時(shí),南海夏季海盆尺度的上升流減弱,故海表的pH值會(huì)升高。另一方面,同時(shí)發(fā)生的冬季風(fēng)偏強(qiáng),會(huì)帶來(lái)更多北面干燥大陸的風(fēng)塵(營(yíng)養(yǎng)元素,微量元素如鐵等)進(jìn)入南海,提高了海表生產(chǎn)力,這也會(huì)促使海表pH的升高第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響海水pH的因素壓力對(duì)pH的影響海水壓力對(duì)海水pH影響是不大的，至于pH隨深度增加而降低的普遍現(xiàn)象，雖有壓力的微弱影響，但并非主要的因素。第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水堿度海水總堿度是指在溫度20℃時(shí)，中和一升海水所需酸的毫克當(dāng)量數(shù)。單位：毫克當(dāng)量/升。符號(hào)：ALK。第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日海水堿度海水的堿度，可以用來(lái)衡量海水中所含弱酸離子的多少。利用有關(guān)堿度的資料，可以區(qū)分水團(tuán)和海流，研究海區(qū)水系的來(lái)源等。大洋水的總堿度一般為2.4毫克當(dāng)量/升左右。根據(jù)海水組成恒定性的特性，海水AlK與Cl‰也有恒定的比值，其比值稱“堿氯比值”或“比堿度”。第四十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日堿氯比值或比堿度堿氯比值=AlK（毫克當(dāng)量/升）/Cl‰（克/千克）根據(jù)堿氯比值的變化，可知淡水與海水的混合情況。海水堿度平均8.4，隨著大氣CO2增高，PH值正在降低。這將影響海洋