中海大海洋化學(xué)課件01緒論

化學(xué)海洋學(xué) Chemical

Oceanography海洋與海洋科學(xué)海洋■海洋占地球表面積71%(3.61×108

km2

)■海洋總體積1.37×109

km3

(1024

cm3

)■海洋平均深度3.7km(最深Mariana11022m)■平均溫度3.5℃■平均鹽度34.7■各大洋占全球海洋面積比例太平洋(49.8%)，大西洋和北冰洋(29.4%)，印度洋(20.7%)■南半球占水體體積80.9%Chemical

Oceanography第一章緒論海洋與海洋科學(xué)海洋與人類■調(diào)節(jié)氣候■海洋資源■海洋運(yùn)輸■現(xiàn)代國防Chemical

Oceanography第一章緒論海洋與海洋科學(xué)海洋科學(xué)研究體系基礎(chǔ)研究：自然過程、內(nèi)在屬性(物理、化學(xué)、生物、地質(zhì))應(yīng)用研究：資源、水產(chǎn)、工程、技術(shù)Chemical

Oceanography第一章緒論Chemical

Oceanography第一章緒論●海洋科學(xué)各分支學(xué)科各有側(cè)重，有相對獨(dú)立性?！裼捎诤Ｑ蟮慕y(tǒng)一性，各分支學(xué)科相互關(guān)聯(lián)、滲透和依從。海洋學(xué)■物理海洋學(xué)■化學(xué)海洋學(xué)■生物海洋學(xué)■地質(zhì)海洋學(xué)海洋科學(xué)■海物理洋學(xué)■海洋化學(xué)■海洋生物學(xué)■海洋地質(zhì)學(xué)海洋與海洋科學(xué)Chemical

Oceanography第一章緒論化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)化學(xué)海洋學(xué)的歷史與發(fā)展化學(xué)海洋學(xué)的研究意義和作用§

1-1§

1-2

§

1-3第一章緒論§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)O什么是化學(xué)海洋學(xué)？O“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”中國大百科全書(1987)■化學(xué)海洋學(xué)是研究海洋各部分的化學(xué)組成、物質(zhì)分布、化學(xué)性

質(zhì)和化學(xué)過程的科學(xué)，是海洋化學(xué)的主要組成部分。它一方面通過海洋調(diào)查、實(shí)驗(yàn)分析和理論方法，研究海洋中物質(zhì)的組成、含量分布、輸送通量、化學(xué)形態(tài)和各種化學(xué)過程；另一方面，研究這些化學(xué)過程與海洋生物、海洋地質(zhì)和物理海洋等領(lǐng)域中各

種運(yùn)動過程的關(guān)系?！龊Ｑ蠡瘜W(xué)是研究海洋各部分的化學(xué)組成、物質(zhì)分布、化學(xué)性質(zhì)

和化學(xué)過程，以及海洋化學(xué)資源在開發(fā)利用中的化學(xué)問題的科學(xué)，是海洋科學(xué)的一個(gè)分支，它與海洋生物學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)和物理海洋學(xué)等有密切關(guān)系?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”■海洋化學(xué)是研究海洋各部分的化學(xué)組成、物質(zhì)分布、化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)過程，以及海洋化學(xué)資源在開發(fā)利用中的化學(xué)問題的科學(xué)，是海洋科學(xué)的一個(gè)分支，它與海洋生物學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)和物理海洋學(xué)等有密切關(guān)系。§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”中國大百科全書(1987)海洋資源化學(xué)化學(xué)海洋學(xué)海洋化學(xué)中國大百科全書(1987)解讀：◆海洋化學(xué)與海洋生物學(xué)，海洋地質(zhì)學(xué)和海洋物理學(xué)一樣，都是海

洋科學(xué)不可缺少的一個(gè)分文學(xué)科。各分支學(xué)科互相滲透和交織。◆海洋化學(xué)由化學(xué)海洋學(xué)和資源化學(xué)兩部分組成?！絷P(guān)于化學(xué)海洋學(xué)，在“海洋化學(xué)”條目中進(jìn)一步的定義與“化學(xué)海洋學(xué)”條目定義雖然一樣，但進(jìn)一步含義則不盡相同。結(jié)果引起海洋化學(xué)與化學(xué)海洋學(xué)兩者的混淆。§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”陳鎮(zhèn)東(1996)■化學(xué)海洋學(xué)是用來研究海水的化學(xué)組成，里面包含的物質(zhì)，存

在形式，化學(xué)反應(yīng)；物理、地質(zhì)和生物的性質(zhì)及反應(yīng)，或是因?yàn)槿祟?/p>

影響而就時(shí)間和空間來講，令海洋發(fā)生的化學(xué)性質(zhì)改變；海洋與其界

面如大氣及地殼間之化學(xué)反應(yīng)；利用化學(xué)方法來研究所有有關(guān)海洋的

科學(xué)；以及發(fā)展新的化學(xué)技術(shù)以解決海洋界所產(chǎn)生的不同的問題。聯(lián)合國教科文組織頒發(fā)大學(xué)課程研討會的報(bào)告(1974)■海洋化學(xué)主要是測量海洋里跟化學(xué)有關(guān)的一些因子，例如鹽度、溶解氧量、元素組成、物理性質(zhì)等；以及測量些跟生物有關(guān)的物

質(zhì)，如營養(yǎng)鹽、N

、P以及Si。同時(shí)這幾年海洋化學(xué)趨向于研究海洋資源及海洋污染這兩個(gè)部分?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”陳鎮(zhèn)東(1996)解讀：◆海洋化學(xué)是研究海水或是海洋里面物質(zhì)的化學(xué)，是以化學(xué)為主?！艋瘜W(xué)海洋學(xué)是用化學(xué)的方法來研究海洋。所以兩者稍有不同。通常認(rèn)為化學(xué)海洋學(xué)涵蓋范圍比較廣，而海洋化學(xué)只是專門著重于化學(xué)、與海洋物理、生物以及地質(zhì)的關(guān)系較少，因此，范圍比較窄一點(diǎn)?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”由以上兩種定義對比可見：關(guān)于海洋化學(xué)與化學(xué)海洋學(xué)誰的研究范圍廣？誰包括了誰？結(jié)論完全相反。張正斌(1999)認(rèn)為這是因關(guān)于它們定義及其含義沒有嚴(yán)格規(guī)定所致。這也是許多新興的交叉學(xué)科存在的共同問題：因?yàn)榘l(fā)展起始

的母體學(xué)科(例或化學(xué)或海洋科學(xué))不同，經(jīng)歷的過程或途徑不

同，最后對形成的新的交叉學(xué)科的定義、含義和理解也有差異，但學(xué)科內(nèi)容應(yīng)基本相同?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”海

洋

化

學(xué)化

學(xué)

海

洋

學(xué)海

洋

科

學(xué)化

學(xué)學(xué)科體系(張正斌等,1999)張正斌(1999)■海洋化學(xué)是研究海洋及其相鄰環(huán)境中發(fā)生的一切化學(xué)過程和變化?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)一、“化學(xué)海洋學(xué)”與“海洋化學(xué)”■化學(xué)海洋學(xué)是用化學(xué)的觀點(diǎn)、理論和方法來研究海洋。張正斌(1999)內(nèi)容包括：O海水中元素和物質(zhì)的含量、組成、分布和通量。O海水中元素的存在形式及其在物理－化學(xué)性質(zhì)。O海洋中元素和其它物質(zhì)的運(yùn)移變化規(guī)律，及其與物質(zhì)全球變化

和海洋化學(xué)資源開發(fā)相關(guān)的“海洋－生物－地球化學(xué)”過程。§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容海洋界面作用海洋酸堿－作用海洋氧化－還原作用海洋沉淀－溶解作用海洋絡(luò)合作用海水中常量成分海水中微量成分海水中氣體海水中營養(yǎng)成分海水中有機(jī)物質(zhì)海洋同位素化學(xué)化學(xué)海洋學(xué)理論體系(張正斌等,1999)(或海洋生物地球化學(xué))

生態(tài)系原理物質(zhì)全球循環(huán)

海洋動力學(xué)化學(xué)動力學(xué)

化學(xué)平衡中國大百科全書(1987)■化學(xué)海洋學(xué)是研究海洋各部分的化學(xué)組成、物質(zhì)分布、化學(xué)性

質(zhì)和化學(xué)過程的科學(xué)，是海洋化學(xué)的主要組成部分。海洋各部分：●海水大洋水、近岸水；表層水、次表層水、深層水、底層水；表面微層…●懸浮顆粒物●沉積物、孔隙水●生物§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容…■幾大界面的化學(xué)研究海洋－大氣界面海水－沉積物(包括懸浮顆粒物)界面河流－海洋界面海水－生物體界面海洋中界面上發(fā)生的化學(xué)過程往往是最活躍的?！?-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容■幾大界面的化學(xué)研究海洋－大氣界面能量交換：熱能(太陽輻射)動能(風(fēng)、浪、潮汐等)物質(zhì)交換：水的質(zhì)量遷移(蒸發(fā)－降水)其它物質(zhì)的遷移(氣體、揮發(fā)性組分)§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容■幾大界面的化學(xué)研究海洋－大氣界面例Pb的遷移(大氣途徑)§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容例CO2在海－氣界面間的交換“溫室效應(yīng)”二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容■幾大界面的化學(xué)研究海水－沉積物(包括懸浮顆粒物)界面海水中的Fe3+

氧化

Fe2+§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)入沉積物，F(xiàn)e(III)+e→Fe(II)Fe(OH)3

↓溶解§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容■幾大界面的化學(xué)研究河流－海洋界面Fe(OH)3膠體

高鹽分

質(zhì)溶液

Fe(OH)3

↓解解水電pH升高Fe3+二、化學(xué)海洋學(xué)的主要內(nèi)容■幾大界面的化學(xué)研究海水－生物體界面光合作用106CO2+122H2O+16HNO3+H3

PO4

＝(CH2O)106(NH3)16

H3

PO4＋138O2§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)三、化學(xué)海洋學(xué)的特點(diǎn)■海水有一定鹽度，且組成復(fù)雜海水中既有溶解/懸浮顆粒物質(zhì)無機(jī)/有機(jī)組分元素含量相差懸殊離子強(qiáng)度較高的電解質(zhì)溶液■海洋存在靜壓力■海洋是一個(gè)動力作用體系■海洋中有生命存在“海水是多界面、多組分、中等離子強(qiáng)度的電解質(zhì)溶

液，是組成復(fù)雜、性質(zhì)多樣的天然水體系。”化學(xué)海洋學(xué)的特點(diǎn)是由其研究對象——海洋的特點(diǎn)決定的。■海洋是一個(gè)開放的動態(tài)體系§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)■海洋科學(xué)具有整體性、復(fù)雜性和綜合性必須和海洋科學(xué)其它分支學(xué)科密切聯(lián)系，不能孤立看問題■重視現(xiàn)場觀測調(diào)查研究

必要的模擬實(shí)驗(yàn)研究■抓問題本質(zhì)，充分認(rèn)識各種影響因素(海洋復(fù)雜性決定)■知識要求化學(xué)理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能海洋學(xué)知識§1-1化學(xué)海洋學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)三、化學(xué)海洋學(xué)的特點(diǎn)化學(xué)海洋學(xué)的學(xué)習(xí)研究特點(diǎn)二者結(jié)合起來第一章緒論§1-2化學(xué)海洋學(xué)的歷史與發(fā)展Frontispiece■1670年R.Boyle

(玻義耳)出版Observations

and

Experiment

on

theSaltness

of

the

Sea?！?772年A.Lavoisier

(拉瓦錫)測定并首次發(fā)表海鹽組成結(jié)果?！?784年T.O.Bergman用沉淀稱重法測定海鹽成分?！?819－1822年A.Marcet測定海水成分(14個(gè)水樣，5種成分)提出“世界海水含有相同成分，相互之間有接近相同的比例”(Marcet原理)?！?843－1865年J.G.Forchhammer分析了上百個(gè)海水樣品，測定了多種組分(主要成分、氨、H2S等)。使用了“鹽度(salinity)”概念?！?873－1876年Challenger

(英)環(huán)球航行?！?-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史一、早期發(fā)展Challenger(2300噸，1872.12-1876.5)Challenger的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室Challenger的調(diào)查資料由76位科學(xué)家經(jīng)23年整理分析，撰寫報(bào)告

50冊?；瘜W(xué)工作由W.Dittmar領(lǐng)導(dǎo)，從各大洋不同深度樣品中選取77個(gè)有代表性水樣，用8年時(shí)間進(jìn)行化學(xué)分析。Challenger環(huán)球航行的航線(126,000km)Cartoon

of

Prof.William

Dittmar1884)，證實(shí)了Forchhammer關(guān)于“海水主要溶解成分濃度比恒定”的觀點(diǎn)，建議采用測定單一成分氯(＋溴)來表示海水鹽度。W.Dittmar

等對77個(gè)海水樣品進(jìn)行了測定獲得了精確的結(jié)果(Dittmar,Prof.Martin

Knudsen■1899年M.Knudsen建立了氯度測定法。1902年由Forch

、Knudsen和S?rensen定義了鹽度和氯度，給出了鹽度－氯度關(guān)系式。§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史二、20世紀(jì)前期的發(fā)展二、20世紀(jì)前期的發(fā)展■1899年M.Knudsen建立了氯度測定法。1902年由Forch

、Knudsen和S?rensen定義了鹽度和氯度，給出了鹽度－氯度關(guān)系式。■海洋調(diào)查觀測：Meteor

(德)南大西洋調(diào)查信天翁(瑞士)赤道太平洋(放射性同位素測定沉積速率和年代)勇士(蘇)太平洋調(diào)查國際地球物理年，67個(gè)國家參加70余船進(jìn)行世界范圍的聯(lián)合調(diào)查§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史1925－19271947－19581940－1958

1957－19581958－1960中國海洋綜合普查1925－1927Meteor

(德)海洋調(diào)查Research

Vessel

METEORGerman■海水化學(xué)研究：二氧化碳系統(tǒng)(例如Bergman,1788;Harmberg,1885;Fox,1909;Buchet

al.,1917,1932,1951)營養(yǎng)鹽(例如Brandt,1916－1920;Atkins,1923;Harvey,1926;Cooper,1933,1935,1937;Harvey,1945)，1955年H.W.Harvey出版The

chemistry

andfertility

of

Sea

Water。§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史二、20世紀(jì)前期的發(fā)展■海洋化學(xué)理論研究：L.G.Sillen(1959)，海水物理化學(xué)R.M.Garrels(1961)，海水化學(xué)模型E.D.Goldberg(1958)，應(yīng)用“穩(wěn)態(tài)原理”研究海水中元素逗留時(shí)間W.S.Broecker(1970s)，箱式模型§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史三、20世紀(jì)50年代以來的發(fā)展■海洋科學(xué)國際研究計(jì)劃國際海洋十年調(diào)查規(guī)劃(IDOE,1971－1980)地球化學(xué)海洋剖面研究(GEOSECS)深海鉆探(DSDP，1968－1983)大洋鉆探(ODP，1985－1995)國際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)國際全球大氣化學(xué)計(jì)劃(IGAC)

全球海洋通量聯(lián)合研究(JGOFS)

海岸帶陸海相互作用計(jì)劃(LOICZ)

全球海洋真光層計(jì)劃(GOEZS)熱帶海洋與全球大氣研究(TOGA)

全球海洋生態(tài)動力學(xué)研究(GLOBEC)

全球海洋觀測系統(tǒng)(GOOS)低空大氣－上層海洋研究(SOLAS)綜合海洋生物地球化學(xué)與生態(tài)系統(tǒng)(IMBER)地學(xué)示蹤(GEOTRACE)§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史三、20世紀(jì)50年代以來的發(fā)展三、20世紀(jì)50年代以來的發(fā)展地球化學(xué)海洋剖面研究(GEOSECS，1971－1980)大西洋121站，太平洋147站觀測項(xiàng)目：T、S、D

、O2

、ΣCO2

、pH、Th、14C、Alk、Ra、Sr、Cs、Ar、營養(yǎng)鹽…

研究目標(biāo)：海洋環(huán)流、污染物質(zhì)稀釋擴(kuò)散能力、營養(yǎng)鹽及成分循環(huán)速率?！?-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史三、20世紀(jì)50年代以來的發(fā)展深海鉆探(DSDP，1968－1983)－大洋鉆探(ODP，1985－1995)Glomar

ChallengerJOIDES

ResolutionManned

SubmersiblesShinkai6500SeaCliffIITriesteAlvin海底熱液Alvin

at

theEastPacificrise錳結(jié)核海洋遙感衛(wèi)星Sverdrup,H.U.,Johnson,M.W.,Fleming,R.H.,1942.The

Oceans.1087pp.Hill,M.H.,E.D.Goldberg

et

al.(Editors),1963.The

Sea,Vol.1-7(?).Wiley-Interscience,NewYork,pp.Horn,R.A.,1965.Marine

Chemistry.堀部純男等，1970。海水の化學(xué)。Riley

J.P.,Skirrow,G.,Chester

R.(Editors),1975-1989.Chemical

Oceanography,2nd

ed.,Vol.1-10.Broecker,W.S.,1974.Chemical

Oceanography.214pp.Broecker,W.S.,PengT.-H.,1982.Tracers

in

the

Sea.690pp.張正斌，劉蓮生，1989。海洋物理化學(xué)。811頁。Libes,S.M.,1992.An

Introduction

to

Marine

Biogeochemistry.734pp.Stumm,W.,Morgan,J.J.,1996.Aquatic

Chemistry,

3rded.,1022pp.Millero,F.J.,2005.Chemical

Oceanography,3rded.,522pp.§1-2化學(xué)海洋學(xué)的發(fā)展歷史四、有關(guān)書籍Riley

J.P.,

Skirrow,

G.,

Chester

R.

(Editors),

1975-1989.

ChemicalOceanography,

2nd

ed.,

Academic

Press,

London.

Vol.

1-10.Vol.1.(606pp,chapters1-8):一般方面，