海洋中的常量元素.ppt

1、標準海水,標準海水 英文名稱：standard seawater,定義:氯度值被精確測定的用作測定氯度標準的天然海水。,經(jīng)過放置和嚴格的過濾處理，調(diào)整其氯度為19.38左右 （其氯度值準確測定到0.001）的大洋海水。密封于 玻璃安瓿瓶中。 國際上以此作為測定海水的氯度和鹽度的統(tǒng)一標準。 使用標準海水代替其他標準溶液來測定海水氯度的優(yōu)點， 可以避免受原子量改變的影響。 1937年國際上制作了一批氯度為19.381的標準海水。 為使用方便，有的國家根據(jù)國際標準海水，制備了本國 的標準海水。 中國標準海水由山東海洋學院生產(chǎn)， 其氯度值與中國海平均氯度數(shù)值相近， 在1719左右。,海水鹽度,（Sal

2、inity of sed water）海水中含鹽量的一個標度，海水的重要特性之一，也是研究海洋的一個重要參數(shù)。多年來，海水鹽度的定義，歷經(jīng)數(shù)次變更，第17屆國際物理海洋協(xié)會IAPSO會議通過決議，取消“1978年國際鹽標”名稱，將鹽度分為絕對鹽度和實用鹽度，并把實用鹽度定為習慣上的鹽度定義，且定名為“1978年實用鹽度”,海水鹽度,絕對鹽度SA為海水溶解物質(zhì)的質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值，但它實際上不能直接測定，而用實用鹽度代替。實用鹽度S即鹽度，是在一個大氣壓（即101325帕斯卡）和15時海水的電導率，與在同溫（1968年國際實用溫標）和同壓下標準氯化鉀溶液所含KCl的質(zhì)量比，恰為32.43561

3、0-3的電導率的比值，比值為K15。,海水鹽度,利用比值按下式確定海水的實用鹽度： 取a00.0080；a10.1692；a225.3851；a314.0941；a47.0261；a52.7081；ai35.000；210-3S421O-3。上式反映了海水的離子濃度。這一鹽度新定義已在國際上廣泛應用，并制定了鹽度與電導比K15的查算表。 世界大洋的平均鹽度約為3510-3，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。,鹽度的測定,LS28T折光鹽度

4、計 用于快速測定含鹽(氯化鈉)溶液百分比濃度或折射率 可應用于海洋，漁場，養(yǎng)殖場使用的海水，水族館使用的海水或人工海水，儲藏魚使用的鹽水等的濃度管理。 測試范圍:028%,阿貝折光儀,阿貝爾折光儀可直接用來測定液體的折光率，定量地分析溶液的組成，鑒定液體的純度。同時，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。,阿貝折光儀,.基本原理 當一束光從一種各向同性的介質(zhì)m進入另一種各向同性的介質(zhì)M時，不僅光速會發(fā)生改變，如果傳播方向不垂直于 界面，還會發(fā)生折射現(xiàn)象，,阿貝折光儀,鹽度的測定,比重計,鹽度與比重的關(guān)系,鹽度是指單位體積

5、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，測得天然海水的比重介于10221023間，天然海水的鹽度介于3.33.5%間。,鹽度與比重的關(guān)系,實際上，海水的鹽度是很難測定的，它是通過液體比重計和導電度計的數(shù)值推算出來的。導電度法是使用電導儀測定海水中的帶電離子的數(shù)量，以此來推斷海水的鹽度， 比重法是依據(jù)海水的密度與純水的比值來推算海水的鹽度，它在海水觀賞魚的飼養(yǎng)中應用較普遍。測試時要注意當時的水溫，只有在同一

6、水溫測得的數(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。,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： S（）1305（比重1）（t-17.5）0.3 水溫（t）低于17.5時： S（）1305（比重1）（17.5-t）0.2,電導法,鹽度計ES-421（電導法）,鹽度計ES-421（電導法）,使用漏斗形傳感器（電導法） 測量范圍：0.0010.0%（鹽度g/100g) 最小標度：0.01%（鹽度0.002.99%);0.1%（鹽度3.010.0%) 測量精度：0.05%（鹽度0.001.00%）5%（鹽度1.0010.0%） 溫度

7、補償：1040,平衡電橋式電導儀,Rx（電導池）和R1、R2、R3組成四個橋臂，當電橋調(diào)至平衡時，則下式成立。 式中：R3、R2均為標準電阻，稱為倍率電阻，其比值可為0.1、1、10、100，以適應不同測量范圍的要求； R1帶刻度盤的標準可變電阻。 測量時，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），則電橋達到平衡，故從R1的刻度盤上可以讀出被測溶液的電阻（Rx）或電導（Lx）。,海洋與溫室效應,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致二氧化碳由大氣融入海洋；海洋變熱導致二氧化碳有海洋釋放到大氣。弱潮汐導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

8、效應導致變暖加強強潮汐導致表面海水變冷大氣降溫、二氧化碳逐漸融入海洋強潮汐導致強震海嘯大氣、海洋進一步變冷二氧化碳被海洋大量吸收溫室效應減弱、氣候再次變冷。 這一循環(huán)可以解釋俄國科學家發(fā)現(xiàn)的二氧化碳變化規(guī)律,海洋與溫室效應,起源于海底火山和熱液噴發(fā)而導致的海洋整體熱循環(huán)是全球變暖的重要過程，它導致海洋增溫和大量二氧化碳氣體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”； 全球變暖導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，

9、大氣中CO2減少和地球內(nèi)能釋放中斷，導致全球變冷和兩極冰蓋擴展，變冷的海水吸收更多的二氧化碳，導致溫室效應進一步減弱。這就是冰期與間冰期交替發(fā)生的自組織過程。人類活動加速全球變暖，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。,海洋與溫室效應,海洋具有長期積累冷能和熱能的地球物理機制，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應，而且與海洋底部溫度的增加準確對應。 深而冷的海水對調(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，就像我們踩扁一個桔子使其破裂，打開了地下CO2排放開關(guān)；反之，冰蓋融化導致的海平面上升，壓迫海洋地殼下降，關(guān)閉了地下

10、二氧化碳排放的開關(guān)。溫室效應與海洋鍋爐效應密切相關(guān)。,海水的PH值,海水pH值是海水酸堿度的一種標志。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，由于增溫和強烈的光合作用，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 冬季時則相反，pH值下降。在溶解氧高的海區(qū)，pH值也高；反之，pH值就低。,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。,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；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

11、光合作用的需要，因此海洋成為生命的搖籃。,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。要準確估計海水吸收CO2的能力是較為困難的，因為整個體系處于動態(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形式。CO2濃度隨深度增加，因為藻類光合作用消耗CO2而在呼吸中放出CO2，另一個原因是CO2的溶解度隨壓力增加而增加。,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+H2 CO3含量很低。在CO2+H2

12、 CO3中則是以溶解CO2為主，H2 CO3更少。常常把CO2+H2 CO3稱為“游離CO2”，寫為CCO2（T）,海水的PH值,pH標度 pH實用標度 影響海水pH的因素,pH標度,1909年Sorensen首次提出了pH標度，定義為 pHs=-log CH+ 這里是使用H+的濃度標度的，在1924年離子活度概念提出后，他又提出一個用活度標度的定義： pHa=-loga H+ 這兩種標度之間差一個常數(shù)，25C時，pHa=pHs+0.027。,pH實用標度,實際上單獨離子的活度無法測定，為了得到一個確定的值，需要確定一個實用標準，即根據(jù)現(xiàn)有的pH標準液（pHs）對比未知溶液的pH pH= pH

13、s +（E-Es）F/2.303RT 這里的pHs標準一般采用0.05mol/dm苯二甲酸氫鉀的水溶液在25C時pH值，即4.00。,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8.08.5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候pH應當?shù)扔谔妓岬谝?、第二級離解常數(shù)。 反過來，當海水pH值測定后也可以推算出碳酸的濃度。當鹽度和總CO2一定時，由于碳酸第一、第二級離解常數(shù)隨溫度、壓力變化，所以海水的pH值也隨之變化。計算出不同溫度、壓力下的碳酸第一、

14、第二級離解常數(shù)值，就可以計算出pH。在實驗室測定海水的pH時，如果溫度、壓力與現(xiàn)場海水不同，則需要進行校正。 溫度校正可用下式 pHt1(現(xiàn)場)=pHt1(測定)0.0113(t2t1),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。,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)根離子的濃度都會生高。pH指氫離子的濃度，所以溫度生高pH值會降低。 pH=-lgC(H+),影響海水pH的因素,海水溫度對酸堿度的影響 單從溫度對碳酸解離常數(shù)的影響考慮，海水溫度的分布和變化對海水的pH應該起重要作用，并且pH的分布形式也應該

15、表現(xiàn)出與溫度相反的趨勢。 但是海水溫度對pH的影響還從另外的方面表現(xiàn)出來。一例如從春季開始的升溫過程有利于海洋浮游植物的光合作用。在這種生化過程中，海洋浮游植物吸收利用海水中的游離CO2，同時，海 水中的C032-濃度相對地升高，于是導致海水pH值升高。海水溫度升高也會加快有機物的分解過程，這后一過程對pH影響與光合作用相反。還必須注意到如下的事實：在增溫過程，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,影響海水pH的因素,以下因有機分解引起的CO2盈余難以達成平衡，使得海洋上層的pH總是比溫躍層以下高。 在淺水區(qū)，冬半年的垂直對流混合使得包括pH

16、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處于高度過飽和狀態(tài)，pH值很低，溫度對pH的影響主要是通過生化過程表現(xiàn)出來，例如上層海水的溫度高，海洋浮游植物的光合作用強，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的時空分布與溫度是一致的。,影響海水pH的因素,鹽度對PH值的影響 鹽度對海水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

17、會太大。陸源酸性物質(zhì)的注入則更應引起重視。從總體上pH的分布與鹽度的分布，有一種相反的趨勢。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。,影響海水pH的因素,生物地球化學過程的影響 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，但是溫度對海水pH的作用往往通過它對海水浮游生物生長周期的支配作用表現(xiàn)出來8。也就是說，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質(zhì)的分解才是決定調(diào)查區(qū)海水pH的主要因素。當水中浮游生物大量繁殖時,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P

18、H下降。生物地球化學過程在控制海水pH方面所起的重要作,影響海水pH的因素,季風對海水PH值的影響 以我國南海為例，我們知道底部的海水的酸性要比海表海水酸性大。 當夏季風偏弱時,南海夏季海盆尺度的上升流減弱,故海表的pH值會升高。另一方面,同時發(fā)生的冬季風偏強,會帶來更多北面干燥大陸的風塵(營養(yǎng)元素,微量元素如鐵等)進入南海,提高了海表生產(chǎn)力,這也會促使海表pH的升高,影響海水pH的因素,壓力對pH的影響 海水壓力對海水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。,海水堿度,海水總堿度是指在溫度20時，中和一升海水所需酸的毫克當量數(shù)。單位：毫克當量/升。符號：ALK。,海水堿度,海水的堿度，可以用來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)分水團和海流，研究海區(qū)水系的來源等。 大洋水的總堿度一般為2.4毫克當量/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”。,堿氯比值 或比堿度,堿氯比值=AlK（毫克當量/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。這將影響海洋生物的生存。原因是：海洋酸化將使鈣不能沉積，使海洋生物不能形成貝殼。,溶度積,溶度積 英文