化學海洋學 張際標重點.doc

第二章1. 原始海水與現(xiàn)代海水的化學特征是什么？原始還是因溶解原始大氣的成分呈現(xiàn)酸性和還原性的主要化學特征，近似于0.5mol/dm-3HCl溶液，而現(xiàn)代海洋中的物質(zhì)含量比原始海水豐富如主要成分：Mg2+ Ca2+ Na+ Cl-，且含量比值恒定，海水PH值8.0左右近似中性，海水中正負離子濃度相等。2. 原始海水經(jīng)過哪些過程或作用向現(xiàn)代海水過度？沉淀-溶解作用、氧化-還原作用、酸-堿作用、絡(luò)合作用3. 海水化學組成變遷的Sillen模型考慮了哪些反應(yīng)？1存在著與各種沉積物相接觸的間隙水2光解離作用3光合反應(yīng)4氫損耗到外部空間5有機物腐爛和O2的消耗之逆向反應(yīng)4.海洋中物質(zhì)之匯主要是：海洋沉積物的生成；沉積物間隙水；成巖作用 等5.海洋中元素垂直分布類型：積聚型 中間最大值型 中間最小值型 表面富集和深海清除型 表面耗竭和深海富集型第三章1.恒比定律：全世界所有的海水水樣都含有同樣種類的成分，這些成分之間具有非常接近恒定的比例關(guān)系，而這些水樣間只有含鹽量總值不同的區(qū)別。2.影響海水主要成分恒定性的具體因素有：（1）河流 （2）結(jié)冰和融冰 （3）海底火山 （4）生物過程 （5）溶解度的影響 （6）大氣交換 （7）鹽鹵水的流入3.鹽度的定義：1000g海水中的溴和碘全部被當量的氯置換，而且所有的碳酸鹽都轉(zhuǎn)換成氧化物之后，其所含的無機鹽的克數(shù)，以符號“S”表示，單位為g.kg-1.絕對鹽度：海水中溶質(zhì)質(zhì)量與海水質(zhì)量之比。實用鹽度：在15。C 0.1mPa海水樣品電導率與相同溫度壓力下，質(zhì)量比為0.0324356的KCl溶液電導率的比值K15來確定。氯度的定義：在1000g海水中,若將溴和碘被當量的氯置換后所含氯的總克數(shù),以cl表示。4.鹽度的測定方法：（1）可通過化學滴定或電位滴定的方法測定氯度，再通過關(guān)系式換算出鹽度。（2）可利用離子選擇電極測定鹽度。（3）將海水的折射率與已知鹽度的標準海水進行比較，也可以估算海水水樣的鹽度。（4）直接比重發(fā)測定法，目前普遍使用的比重計測定鹽度的方法。（5）海水電導是測定鹽度最有效的使用參量。（6）現(xiàn)場鹽度計測鹽度。5.堿度的嚴格定義：在溫度為20時，1dm海水中弱酸陰離子全部被釋放時所需要氫離子的毫摩爾數(shù)。采用“moldm”為單位。6.標準PH緩沖溶液的電動勢（Es）和測試溶液的電動勢（Ex）；相應(yīng)的PH值為PHs和PHx，它們之間的關(guān)系為：PHx=PHs+(Ex-Es)/(2.303RT/F)7.海水的PH值隨溫度的升高而略有降低；海水的靜水壓力增大，則其PH值降低；海水鹽度增加，離子強度增大，海水中碳酸的電離度就降低，從而氫離子的活度系數(shù)及活度均減小，即海水PH值增加。8.海洋中的碳酸鹽體系是海洋中最重要的平衡體系之一，為什么？碳酸鹽體系是海洋中重要而復(fù)雜的體系，它涉及許多學科，如氣象學、地質(zhì)學和海洋學科。之所以成為最重要的平衡體系之一的原因如下：（1） 碳酸鹽體系參與大氣-海洋界面、海洋沉積物與海水界面以及海水介質(zhì)中的化學反應(yīng)，它控制著海水的PH值并直接影響海洋中許多化學平衡。（2） 在形成和維持生命的起源和生態(tài)環(huán)境方面，該體系也有重要作用。（3） 因為海洋可作為大氣CO2的調(diào)節(jié)器,所以碳酸鹽體系對控制CO2含量也有著重要的作用第四章1.海水中所溶解的氣體主要來自大氣、海底火山活動、海水中發(fā)生的化學反應(yīng)和其他過程（例如生物過程特別是光合作用和呼吸作用、有機物的分解和放射性蛻變，以及地球化學過程等）。2.海-氣界面上的氣體交換模式有很多種，常用的有薄層模型和雙膜模型。3.影響氣體交換的因素：（1）溫度的影響（2）氣體溶解度的影響（3）風速的影響（4）季節(jié)的影響4.海洋中的溶解氧主要來源于大氣和海洋中的光合作用。5.溶解氧的消耗過程主要由植物的呼吸作用、有機物的分解和無機物的氧化作用等控制。6.生物需氧量（BOD）：指在需氧條件下，水中有機物由于微生物的作用所消耗的氧量，通常使用單位為mgdm-。其測定方法是：采用20攝氏度是在含氧的條件下培養(yǎng)5天，稱為5天生化需氧量，用BOD5來表示?？勺鳛樗w受到有機物污染的一個指標?；瘜W需氧量（COD):指在一定條件下，1dm水中還原物質(zhì)被氧化所消耗氧的毫克數(shù)。COD的測定方法：向一定量的水樣中加入氧化劑（如KmnO4,K2CrO7或KIO3）,氧化后，把消耗氧化劑的量換算成02的毫克數(shù)?？勺鳛橐环N快速測定氧消耗量的方法，已成為我國海洋污染檢測的一項指標。7.何謂溫室氣體，什么說CH4是溫室氣體？破壞大氣層與地面間紅外輻射正常關(guān)系，吸收地球釋放出來的遠紅外輻射，就像溫室一樣，促使地球氣溫升高的氣體稱為溫室氣體。甲烷跟二氧化碳一樣可以讓太陽短波輻射自由 通過，同時強烈吸收地面和空氣放出的長波輻射（紅外線）， 從而造成近地層增溫 。甲烷可分解成二氧化碳和水，也是二氧化碳的間接排放物。第五章1.海水營養(yǎng)鹽的主要來源是什么？大洋水的營養(yǎng)鹽有何分布規(guī)律？海水營養(yǎng)鹽的來源主要為大陸徑流帶來的巖石風化物質(zhì)、有機物腐解得產(chǎn)物及排入河流中的廢棄物。營養(yǎng)鹽的分布可分為四層：（1）表層，營養(yǎng)鹽含量低，分布較均勻 （2）次層，營養(yǎng)鹽含量隨深度增加而迅速增加 （3）次深層，500-1500m，營養(yǎng)鹽含量出現(xiàn)最大值 （4）深層，厚度雖大，但磷酸鹽和硝酸鹽含量變化很小，硅酸鹽含量隨深度增加略為增加。2.海水中的無機氮有何分布規(guī)律？（含一般分布規(guī)律、水平、垂直、季節(jié)等分布規(guī)律）一般規(guī)律：（1）隨緯度增加而增加 (2)隨深度增加而增加 (3)太平洋、印度洋含量大于大西洋含量 (4)近岸線海域的含量一般大于大洋水含量3. N/P=16(原子數(shù))；N/P=7（質(zhì)量）.N/P升高導致P的供給相對不足，成為浮游生物生長的限制因子。4.海水中磷化學物的存在形式有哪些，主要存在形式是那一種？哪些形式可被浮游植物直接吸收？海水中磷的化學物有多種形式，如溶解態(tài)無機磷酸鹽、溶解態(tài)有機磷化物、顆粒有機磷物質(zhì)和吸附在懸浮物上的磷化物。通常以溶解態(tài)無機磷酸鹽為主要形式。浮游植物通過光合作用吸收海水中的無機磷和溶解有機磷。5.什么是海水的富營養(yǎng)化？引起富營養(yǎng)化的主要元素是什么元素？富營養(yǎng)化得評價方法有哪些？富營養(yǎng)化是水體老化的一種現(xiàn)象，由于地表徑流的沖刷和淋溶，雨水對大氣的淋洗水及廢水、污水帶有一定的營養(yǎng)物質(zhì)向湖泊和近海水域匯集，使得水體的沿岸帶擴大，沉積物增加，N、P等營養(yǎng)元素大量增加，造成水體富營養(yǎng)化。引起富營養(yǎng)化的元素有：C,N,P,S,Si,Mg,K等20種,其中N,P最為重要。富營養(yǎng)化評價方法：（1)單項指標法 (2)綜合指標法 (3)富營養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)法(NQI法)水體富營養(yǎng)化的解決方法：往水體中加入適量的CaCO3.隨著CaCO3的沉淀，可能轉(zhuǎn)化成溶解度更小的羥基磷灰石沉淀，可以使部分有效磷離開水體。6.什么是赤潮，引起赤潮發(fā)生的主要原因是什么？赤潮在國際上也稱有害藻類，指在一定條件下，海洋中的浮游微藻、原生動物或細菌等在短時間內(nèi)突發(fā)性鏈式增殖和聚集，導致海洋生態(tài)系統(tǒng)嚴重破壞引起水色變化的異?，F(xiàn)象，多數(shù)學者認為，富營養(yǎng)化是形成赤潮的主要原因，但不唯一，溫度，鹽度，PH值，光照，海流，風速，細菌量和微量元素等條件都有影響。第六章1.重金屬元素具有“兩性”：一方面它們是生物體生長發(fā)育所必需的元素，如作為催化劑可激發(fā)或增強生物體中酶的活性；另一方面，這些必需元素一旦過量會對生物體產(chǎn)生毒性效應(yīng)。2.海水中微量元素的主要來源和清除途徑有哪些？來源：（1）大氣或河流把陸地巖石風化的產(chǎn)物輸入到海洋中；（2）在海脊頂部擴張中心處，通過高溫熱液的活動，海水與新形成的洋殼玄武巖的互相作用以及低溫下于新形成的地殼的互相作用而引入；（3）熱液活動，海底高溫的熱液活動吧痕量元素引入海水中，（4）伴隨中、深層顆粒物質(zhì)的氧化分解及浮游生物外殼骨骼的溶解而發(fā)生的再生過程，（5）海底沉積物的重新溶解而發(fā)生的再生過程。 清除途徑：（1）通過浮游生物的吸收、浮游生物的糞便或尸體向海底的沉降，可將痕量元素從海水中遷出；（2）有機顆粒物質(zhì)的吸附和清除作用；（3）水合氧化物和黏土礦物吸附并沉降至海底，成為沉積物的一部分（4）結(jié)合到鐵錳結(jié)核上。3.影響海水中微量元素的含量和分布的主要過程有哪些？（1）生物過程，（2）吸附過程，（3）海-氣交換過程，（4）熱液過程，（5）海水-沉積物界面交換過程4.痕量元素的主要分布類型有哪7類基本類型？（1）保守型（2）營養(yǎng)鹽型（3）表層富集而深層耗盡型 （4）中層深度有最小值型 （5）中層深度最大值型（6）少氧化層具有中層深度最大值或最小值型（7）與缺氧水體有關(guān)的最大值或最小值型5.重金屬遷移轉(zhuǎn)化（1）重金屬污染的海洋中物理遷移過程主要指，海-氣界面重金屬的交換及在海流、波浪、潮汐的作用下，隨海水的運動而經(jīng)歷的稀釋、擴散過程 （2）重金屬污染在海洋中化學遷移過程主要指，重金屬元素在富氧和缺氧條件下發(fā)生電子得失的氧化還原反應(yīng)及其化學價態(tài)、活性及毒性等變化過程 （3）重金屬污染在海洋中的生物遷移過程，主要指海洋生物通過吸附、吸收或攝食而將重金屬富集在體內(nèi)外，并隨生物的運動而產(chǎn)生水平和垂直方向的遷移。6.海洋環(huán)境中重金屬污染物有何分布規(guī)律？（1）河口及沿岸水域高于外海；（2）底質(zhì)高于水體；（3）高營養(yǎng)階生物高于低營養(yǎng)階生物；（4）北半球高于南半球。7.重金屬污染的防治措施有哪些？其處理方法一般有哪兩類？應(yīng)預(yù)防為主，控制污染源、改進生產(chǎn)工藝、防止重金屬流失、回收三廢中的重金屬以及切實執(zhí)行有關(guān)環(huán)境保護法規(guī)、經(jīng)常對海域進行監(jiān)測和監(jiān)視。方法：a，使溶解態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶性重金屬化合物或單質(zhì)；b、將重金屬在不改變其化學形態(tài)的條件下從廢水中進行濃縮和分離。8.海洋中痕量元素的生物地球化學平衡過程的控制因素與顆粒物質(zhì)的作用；在水合氧化物膠體上的吸附作用；與生物體的互相作用；與有機物配位體的互相作用形成金屬有機絡(luò)合物。9. martin提出鐵假設(shè)：“在世界海洋高營養(yǎng)鹽-低葉綠素（生產(chǎn)力）的海區(qū)，鐵的可利用性限制了浮游植物生長的比率（單位生長率）。”鐵假定有兩個必然結(jié)果：鐵的可利用性限制了浮游植物對營養(yǎng)鹽和碳酸鹽的攝入；因為鐵限制、控制了浮游植物的生長，而從大氣中移出CO2;大氣CO2的水平則隨鐵輸送到海表面而變化。10. 重金屬的再循環(huán)：顆粒的再生作用海底通量及再生過程清除和再循環(huán)模型第七章1. 腐殖質(zhì)是地球表面分布最廣的天然有機物質(zhì)之一，它廣泛存在于土壤、煤炭、沉積物和天然水中，是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子聚合物。腐殖質(zhì)一般分成：腐殖酸（簡寫為HA，又名黑腐酸），他是一種從海洋沉積物、土壤、煤炭等中提取出的不溶于稀酸而溶于堿的深色物質(zhì)；富里酸（簡寫FA，又名黃腐酸），是用來酸化除去HA后留在溶液中的有機物質(zhì)；吉馬多美朗酸（簡寫為BHA，又名棕腐酸)它是HA的可溶于醇的部分。2.海水有機物對海水性質(zhì)有何影響？（1）對多價金屬離子的絡(luò)合作用；（2）改變一些成分在海水中的溶解度；（3）對生物過程和化學過程的影響；（4）對海-氣交換的影響；（5）對水色的影響；（6）對海洋生物生理過程的影響3.海水中有機物有何特點？（1）含量低；（2）組成復(fù)雜；（3）在海洋空間分布不均勻；（4）容易形成金屬-有機絡(luò)合物4.有機碳分類：溶解有機碳（DOC）、顆粒有機碳（POC）和揮發(fā)有機碳（VOC）3種形式。溶解有機碳(DOC)在操作上的定義為：通過一定孔徑玻璃纖維濾膜（0.7m）或銀濾器（0.45m）的海水中所含有機物中碳的數(shù)量。5.海水中DOC的主要來源和去除途徑是什么？來源：外部來源：河流、大氣、和海洋底質(zhì)；內(nèi)部來源：海洋內(nèi)部生物過程和化學過程產(chǎn)生的。去除途徑：（1）由于物理形態(tài)改變而而導致的移出；（2）化學移出；（3）生物學移出。6.海水中DOC的垂直分布有何規(guī)律、為什么出現(xiàn)此類規(guī)律？分布規(guī)律：在上層100 m以內(nèi)的濃度比深水高30%50%，在6591u moldm-3 C范圍內(nèi)。在100m左右，有一個大的濃度躍層，躍層以下，濃度緩慢降低，到500m以下，濃度較低且相對恒定，在4050umoldm-3C之間，不同海區(qū)略有差別。原因：（1）由于受人類活動的影響，營養(yǎng)鹽比較豐富造成該海區(qū)生物活動比較旺盛，且人類活動也向海水排放大量有機物；（2）河流輸入也是造成近岸DOC濃度較高的一個重要原；（3） 平流作用，近岸DOC會向遠洋遷移，由于沉降和渦輪擴散作用，DOC又會由表層向深層轉(zhuǎn)移；（4）對于大洋水，隨著浮游植物的大量繁殖，有機物含量增高。對于受陸地影響較大的水域，季節(jié)不同，河流的流量不同，也會造成海水中有機物濃度的變化。 6.1由于海水中的有機物主要來自浮游生物。因此，一般認為有機物的季節(jié)變化與浮游植物的盛衰有關(guān)。7.海洋中DOC的測定方法有哪些？ （1）過硫酸鉀法（2）紫外/過硫酸鉀法（3）高溫燃燒法（HTC）亦稱高溫催化法（HTCO）8.在溶解有機物中，含有一部分分子量較高的大分子化合物，粒徑通常在1nm1u m之間，這部分稱為膠體有機物。為何說COC有較強的動力學活性？首先，膠體有機物具有較大的比表面積，且含有多種有機配體，可與痕量元素發(fā)生吸附或絡(luò)合作用，從而影響痕量金屬元素在水體中的遷移、毒性和生物利用性。其次，大部分膠體物質(zhì)在水體中的逗留時間短，它可通過絮凝作用轉(zhuǎn)化成大顆粒，而后者可參與生物和地質(zhì)過程，因此，COC在有機碳的生物地球化學循環(huán)中具有重要作用，此外，COC存在于溶解態(tài)和顆粒態(tài)之間，是兩者進行遷移轉(zhuǎn)化的重要介質(zhì)。9.海洋中COC分離最有效的手段是什么方法，它有何優(yōu)點？最有效的手段是：切向超濾技術(shù)。 優(yōu)點：（1）切向超濾中的切向流動避免了膠體濃度在膜表面的增加，最大限度地降低了膠體物質(zhì)在膜表面的吸附，從而不會引起膠體物質(zhì)的丟失，也不會引起由粒子累計所導致的膜孔徑變?。唬?）分離出的膠體粒子被濃縮到小體積的溶液中，而不是附著在濾膜上，因此，膠體粒子還是分散的，較好地保持了其膠體特性。10.海洋生產(chǎn)力：是海洋中生物通過同化作用生成有機物的能力海洋凈生產(chǎn)力：單位時間內(nèi)單位面積（或體積）中所同化有機物總量扣除消費之后的余額。初級生產(chǎn)力：是單位時間內(nèi)單位面積（或體積）水體生產(chǎn)有機碳的量新生產(chǎn)力：是真光層以外（如深層水、大氣和陸地）輸入的營養(yǎng)鹽導致的初級生產(chǎn)。11.一般有機物的污染主要表現(xiàn)在：覆蓋奪氧致毒海洋化學上除了用測定有機物濃度來表示有機物的污染程度外，通常還用到兩個參數(shù)，即化學耗氧量和生化耗氧量。12.海水中POC分布有何規(guī)律？其分離方法有哪些？測定方法有哪些？規(guī)律：（1）真光層：由于光照充足，光合作用強，POC的濃度極高，為深水層濃度的10倍，活體量多，并且絕大部分的有機碳活性高，處于迅速的再循環(huán)中，估測得到浮游植物對深水有機碳的輸入量僅相當于生產(chǎn)量的10%（2）深水層：由于光合作用減弱，呼吸作用增強，POC的濃度隨深度的增加而緩慢降低，到達某一深度后濃度近于恒定。（3）沉積物水界面：海底有一部分沉降下來的POC，它們逐漸向上覆水溶解，形成水體中的POC。分離方法有：（1）離心法（2）過濾法（3）沉積物捕捉器測定方法有：1、重量法。2、化學法，又分為兩種 a、濕式氧化法，b、干式燃燒法（快速、準確，式目前廣泛應(yīng)用的方法）3、顆粒計數(shù)和粒度分析 4、直接測定法第八章1.同位素為具有相同質(zhì)子數(shù)，不同中子數(shù)（不同質(zhì)量數(shù)）同一元素的不同核素為互為同位素。其一般特征是化學性質(zhì)基本相同，物理性質(zhì)稍微不同。2.海水在蒸發(fā)和凝結(jié)時，含有18O同位素的水分子與含16O的水分子發(fā)生明顯的分餾，這種現(xiàn)象為同位素的分餾。同位素的分餾機理主要有熱力學分餾和動力學分餾兩大類。3.同位素分餾作用使海水中的18O呈現(xiàn)明顯的遷移特征：（1）赤道和低緯度海域表層海水有較高的18O和鹽度，（2）高緯度海域表層海水的18O好鹽度都比較低，（3）來源相同的大洋表層海水，18O和鹽度有線性關(guān)系。4.海洋中放射性核素有哪三類？放射性衰變遵循什么規(guī)律？放射性核素在海洋學上有何應(yīng)用？原生放射性核素及其子核素 宇宙射線產(chǎn)生的放射性核素 人工放射性核素放射性核素在衰變過程中，該核素的原子核數(shù)目會逐漸減少。應(yīng)用：作為海流運動的示蹤劑、海水年齡的測定、沉積物的沉淀速率的測定第十二章1.海洋在全球環(huán)境變化中的作用，主要體現(xiàn)在兩個方面：海洋生態(tài)環(huán)境問題；海洋在長期氣候變化中的作用。 2.海洋、大氣、生物、巖石四大層圈3.海洋浮游生物為C:N:S:P=106:16:1.7:1;海洋底棲生物為C:N:P=550:30:14.在本書中討論C,N,P,S循環(huán)，我們推薦兩種模型：Bolin等的模型；Mackenzie等的模型5.在海洋碳循環(huán)中的垂直方向上包含哪三個泵，具體涵義是什么？答：由上到下有3個泵：、溶解泵：是大氣中CO2溶解在海水表面、物理泵：是海水表層中物理混合作用，使HCO3-向海洋中擴散和傳遞、生物泵;是海洋生物在表層和真光層下通過光合作用和呼吸作用，使無機碳與有機碳的相互轉(zhuǎn)化。6. 大氣氮有6種主要形式：NH3（氣），NH4（氣溶膠），N2(氣)，N2O（氣），NOx（NO+NO2）和NO3（氣溶膠）。7. 磷在海水中的四種形態(tài)：活的生物體（LOP）、溶解無機磷（DIP）、溶解有機磷和顆粒磷（POP）。8. 硫循環(huán)的兩個特點：它由若干氧化-還原反應(yīng)組成；微生物和細菌在硫循環(huán)中起著重要的作用。9.不同深度海洋沉積物顏色有何特征，與什么物質(zhì)有關(guān)