第二章 海洋的形成和海水的組成課件

11/14/2022111/11/20221第二章海洋的形成和海水的組成2.1海洋的形成2.2海水的化學(xué)組成2.3影響海水化學(xué)組成的因素——海洋生物地球化學(xué)角度來討論2.4海水中元素的分布11/14/20222第二章海洋的形成和海水的組成2.1海洋的形成11/11/海水中各組分的形態(tài)：顆粒態(tài)：顆粒有機物，顆粒無機物氣體：保守氣體（N2，Ar，Xe）,非保守氣體（O2和CO2）膠體：有機物，無機物溶解態(tài)：無機溶解態(tài)：大量（>1ppm）,微量（<1ppm）有機溶解態(tài)2.1海洋的形成11/14/20223海水中各組分的形態(tài)：顆粒態(tài)：顆粒有機物，顆粒無機物氣體：保11/14/2022411/11/20224海洋中的主要溶解組分是什么？

如何測定？

這些組分在海洋中的分布？

什么樣的過程導(dǎo)致現(xiàn)在的海水組成？控制機理是什么？在元素全球生物地球化學(xué)循環(huán)中，水既是重要的參加者，又是一種重要的介質(zhì)。水循環(huán)的研究是國際全球變化研究的一個重要組成部分。

11/14/20225海洋中的主要溶解組分是什么？

如何測定？

這些組分在海洋中的太陽系物質(zhì)的含水量11/14/20226太陽系物質(zhì)的含水量11/11/202261）

碳質(zhì)球粒隕石含水量很高，主要以含水礦物的形式存在。有些碳質(zhì)球粒隕石類型I之中水的重氫的濃度比地球上任何地方的都高得多。2）

隕石經(jīng)大氣層時，磨擦發(fā)熱，可能失水。然而經(jīng)大氣層降落時因發(fā)熱而生成熔融表層，能有效地保存隕石內(nèi)部的氣體的狀況，因此也可能起保存水的作用。隕石落到地球上之后，也可能會混合入地球上的水。3）

表2.1中的水僅是地殼部分，除以整個地球質(zhì)量而得的商，應(yīng)當說是地球含水量之下限。11/14/202271）

碳質(zhì)球粒隕石含水量很高，主要以含水礦物的形式存在。有些海洋水的形成

在地球聚集過程終結(jié)時，由于聚集過程的重力能、放射性衰變能等的影響，地球被加熱，其水合物可能會慢慢地分解，而水會向地球上方移動，向地表層開始供水，最后聚集在地球表面。（在地核形成過程及形成終結(jié)時）地球的脫氣作用，在地球形成史上是最為活躍的。金屬相在地球生成過程中，因沉降而生成地核。地核與地表的元素組成有很大的不同，如下圖所示。當?shù)厍虮砻嬷饾u固化構(gòu)成地殼，脫氣作用就不大活躍了。固化的地殼溫度是不均勻的，于是水就在低溫部分冷凝，最后形成海洋。11/14/20228海洋水的形成在地球聚集過程終結(jié)時，由于聚集過程的11/14/2022911/11/20229海洋水的含量1．地殼含水量。假設(shè)地殼由玄武巖構(gòu)成，由夏威夷外海底采集的新鮮玄武巖中，含水約0.3％-0.7％。如按地殼平均含有0.5％的水來估算，其總量相當于目前海水、極冰和沉積物中水量之和的0.6％。2．地幔含水量。在地幔中存在的水有兩種形式：①以含水礦物的形式固定在礦物結(jié)晶中；②游離水。3．地球內(nèi)部水量估計約為2×1025g。11/14/202210海洋水的含量1．地殼含水量。假設(shè)地殼由玄武巖構(gòu)成，由夏威夷外海水主要成分的來源火山噴發(fā)巖石風(fēng)化直接進入河流輸入直接進入海水鹽分5.5×1015g/a11/14/202211海水主要成分的來源火山噴發(fā)巖石風(fēng)化直接進入河流輸入直接進入海2.2海水的化學(xué)組成原始海水的化學(xué)組成：研究海水的化學(xué)組成和變遷有兩種方法：一種方法是“以古論今”。另一種方法是“以今論古”。具體例子如下：“元素地球化學(xué)平衡法”——即按供給海水的元素量和從海水中除去的元素量之間達到動態(tài)平衡——是研究原始海水化學(xué)組成的一個方法。11/14/2022122.2海水的化學(xué)組成原始海水的化學(xué)組成：研究海水的化學(xué)組成（整個地球歷史時期被風(fēng)化巖石量）+（火山、海底熱泉、溫泉等自地球內(nèi)逸出的物質(zhì)量）=（海水中的水及其溶存物質(zhì)量）+（沉積物量）=（碎屑物）+（化學(xué)沉淀物量）+（生物物質(zhì)量）+（大氣中的物質(zhì)量）+（逸出到地球大氣圈外的物質(zhì)量）11/14/202213（整個地球歷史時期被風(fēng)化巖石量）+（火山、海底熱泉、溫泉等自CO2體系對海水是至關(guān)重要的。逸出的CO2溶入海水，使海水因酸—堿平衡而存在化學(xué)物種形式CO32-、HCO3-等，與海洋中金屬發(fā)生絡(luò)合作用，使金屬以較穩(wěn)定的溶解形式存在于海水中。因沉淀—溶解作用，氧化—還原作用，酸—堿作用，絡(luò)合作用等與海水中的常量組分和微/痕量組分反應(yīng)，使原始海水的化學(xué)組成不斷變化并逐漸進化成海水。11/14/202214CO2體系對海水是至關(guān)重要的。逸出的CO2溶入海水，使海水因原始海水的量：有人以隕石的數(shù)據(jù)作參考，估計存在于地殼和地函中的水量約2×1025g，目前地球表面的水量約2×1024g，即約10%的水逸出到地表。

揮發(fā)性物質(zhì)：對海水中的揮發(fā)性物質(zhì)：F、Cl、Br、I、B、S、Ar等，在海水中以陰離子形式存在，它們在海水中的含量，則遠比從巖石中溶出的要多，這可能是火山，海底熱泉等作用之故。11/14/202215原始海水的量：有人以隕石的數(shù)據(jù)作參考，估計存在于地殼和地函中元素在海水中的逗留時間Q海洋MR海水中的元素輸出與元素的含量成正比R=kM(k為輸出速率常數(shù)）11/14/202216元素在海水中的逗留時間Q海洋R海水中的元素輸出與元素的含量常量元素，分成A和B兩類，其量分別＞50mmol/kg和0.05~50mmol/kg。微量元素為C類，元素量在0.05~50μmol/kg。痕量元素分成D和E兩類，其量分別為0.05~50nmol/kg和＜50pmol/kg。A和B類元素通稱常量元素；C、D、E類元素通稱為少量元素或微量元素?，F(xiàn)代海水的化學(xué)組成11/14/202217常量元素，分成A和B兩類，其量分別＞50mmol/kg和0.海水中含量最多的元素是水（氫和氧）之外的Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br和Sr，被稱為常量元素。

主要成分營養(yǎng)元素有機物質(zhì)溶解氣體微量元素現(xiàn)代海水的化學(xué)組成11/14/202218海水中含量最多的元素是水（氫和氧）之外的Cl、Na、K、Mg海水的化學(xué)組成11/14/202219海水的化學(xué)組成11/11/202219海水主要成分元素主要存在形式平均濃度（g/kg)氯度比值逗留時間NaNa+10.760.555566.8×107MgMg+1.2940.066801.2×107CaCa2+0.41170.021251×106KK+0.39910.20607×106SrSr2+0.00790.000414×106ClCl-19.350.998941×108SSO42-,NaSO4-，MgSO42.7120.140007.9×106CHCO3-,CO32-,CO20.1420.007357.9×104BrBr-0.06720.003741×108FF-,MgF+0.001300.0000675.2×105BB(OH)3,B(OH)4-0.02560.001321.3×10711/14/202220海水主要成分元素主要存在形式平均濃度（g/kg)氯度比值逗留海水化學(xué)組成的特點

1．海水中常量元素占總量的99％以上。2．海水是電中性的。3．海水中主要成分含量比值恒定——Marcet恒比定律。4．海水化學(xué)組成主要由下述原理調(diào)節(jié)：（1）元素全球變化和循環(huán)原理。（2）化學(xué)平衡原理和相關(guān)的五大作用即：①酸-堿作用；②沉淀-溶解作用；③氧化-還原作用；④絡(luò)合作用；⑤液-氣、液-固、氣-固……等界面作用。（3）元素海洋生物地球化學(xué)的過程、反應(yīng)和生態(tài)系原理。5．海水的pH是8.0左右，近似中性。11/14/202221海水化學(xué)組成的特點1．海水中常量元素占總量的99％以上。111/14/20222211/11/20222211/14/20222311/11/20222311/14/20222411/11/20222411/14/20222511/11/20222511/14/20222611/11/20222611/14/20222711/11/202227古代海水向現(xiàn)代海水變遷1）變遷過程：Fe、Al、Mg、Si的氫氧化物是海洋中分散度高的膠體物質(zhì)，具有十分重要的液—固界面作用性質(zhì)的交換吸附劑，它能把許多無機物和有機物交換吸附或沉積到海底，在這些過程作用下，古代海水逐漸向現(xiàn)代海水變遷。11/14/202228古代海水向現(xiàn)代海水變遷11/11/2022282)變遷的年代問題例一、從貝殼的Sr2+/Ca2+含量比來看，2~6億年來海水的主要元素濃度和Sr2+/Ca2+比值幾乎相等。說明2~6億年前海水的化學(xué)組成與現(xiàn)代已很相近。例二、從寒武紀沉積物來看，可能20億年前海水的主要化學(xué)組成的濃度與現(xiàn)代海水相近。結(jié)論：綜合以上討論，可以說至少1億年來海水組成（包括海水的量和其中元素的量）與現(xiàn)代海水相比是沒有區(qū)別的。11/14/2022292)變遷的年代問題11/11/202229海洋中氧化-還原的Sillén模型Sillén的海水模型升火成巖+揮發(fā)性物質(zhì)=海水+沉積物+空氣(0.6kg)(1.0kg)(1.0dm3)(0.6kg)(3dm3)存在著與各種沉積物相接觸的間隙水;光解離反應(yīng);氫損耗到外部空間;光合反應(yīng):有機物腐爛和O2的消耗等。11/14/202230海洋中氧化-還原的Sillén模型Sillén的海水模型升Sillén的海水模型升氧化還原元素主要是：H，O，C，N，F(xiàn)e，S，Mn，I。氣體N2，O2，和CO2的大氣分壓的對數(shù)分別為：logPN2=-0.120，logPO2=-0.692，logPCO2=-3.536氧化還原電對為：O2/H2O；NO3-/N2；MnO2/Mn；FeOOH/Fe3O4；SO42-/FeS；N2/NH4+；HCO3-/C(S)；C(S)/CH411/14/202231Sillén的海水模型升氧化還原元素主要是：11/11/20HistoricalMeasurementsofCompositionofMajorComponentsofSeawaterBergman(1779)madetheearliestchemicalanalysisofseawaterMarcet(1819)

wasthefirsttosuggestthattherelativecompositionofseasaltisnearlyconstant(thefirstlawofchemicaloceanography)Forchhammer(1865)

madefirstreliablemeasurementsofmajorcomponentsonseveralhundredsurfacewatersfromallpartsoftheworld.Dittmar(1884)analyzed70seawatersamplescollectedatvariousdepthsforthemajoroceansduringthecruiseoftheH.M.S.Challenger(1873-1876).LymanandFleming(1940)recalculatedDittmar'sresultsusingmodernatomicweightsCoxandCulkin(1966)

mademeasurementsofmajorcomponentsofwaterscollectedthroughouttheworldaspartofsalinitystudy.Rileyetal.(1967)mademeasurementsofmajorcomponentsofwaterscollectedthroughouttheworldaspartofsalinitystudy.

11/14/202232HistoricalMeasurementsofCom2.3影響海水化學(xué)組成的因素——海洋生物地球化學(xué)角度來討論11/14/2022332.3影響海水化學(xué)組成的因素11/11/202233影響海水化學(xué)組成的因素化學(xué)平衡化學(xué)動力學(xué)海洋生物地球化學(xué)*11/14/202234影響海水化學(xué)組成的因素11/11/202234海洋生物地球化學(xué)的角度：考慮海洋中生物的作用，以海洋為中心，同時與大陸和大氣緊密聯(lián)系在一起，全面地考慮“海-陸-空工廠”體系中發(fā)生的一切化學(xué)過程和規(guī)律。11/14/202235海洋生物地球化學(xué)的角度：考慮海洋中生物的作用，以海洋為中心，11/14/20223611/11/20223611/14/20223711/11/202237海洋生物地球化學(xué)過程主要分成：（1）物質(zhì)之源；（2）物質(zhì)之匯；（3）聯(lián)系上述兩者的海洋內(nèi)部的反應(yīng)。11/14/202238海洋生物地球化學(xué)過程主要分成：11/11/202238海洋輸入物質(zhì)之源主要有三：（1）經(jīng)由河流；（2）通過大氣；（3）來自海洋底部的熱液過程。11/14/202239海洋輸入物質(zhì)之源主要有三：11/11/202239河川對海洋化學(xué)組成的影響包括對常量元素和微量元素的影響：世界上不同河川中溶解元素的含量各不相同，因此進入太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋的元素量也就各不相同。河水中除元素的溶解態(tài)之外，同時存在懸浮粒子或懸浮沉積物。（一）河川11/14/202240河川對海洋化學(xué)組成的影響包括對常量元素和微量元素的影響：世界11/14/20224111/11/20224111/14/20224211/11/202242（二）大氣物質(zhì)經(jīng)過大氣轉(zhuǎn)運到海洋主要是通過海洋氣溶膠途徑。估計各元素大氣的和人類的發(fā)射源的作用和影響，用大氣干擾因數(shù)（AIF）計算即：Ea為元素的總?cè)祟惖陌l(fā)射量；En為總天然發(fā)射量。AIF=100表示人類的與天然的通量相等。11/14/202243（二）大氣物質(zhì)經(jīng)過大氣轉(zhuǎn)運到海洋主要是通過海洋氣溶膠途徑。111/14/20224411/11/202244（三）海底熱泉（洋中脊水熱流）洋中脊水熱流組成與標準海水的組成有明顯差異，而且由洋底噴出后在與海水混合過程中發(fā)生氧化-還原作用、酸-堿作用和物質(zhì)濃度的顯著變化。11/14/202245（三）海底熱泉（洋中脊水熱流）洋中脊水熱流組成與標準海水的組11/14/20224611/11/20224611/14/20224711/11/202247海洋化學(xué)角度，海洋中物質(zhì)之匯主要：（1）海洋沉積物的生成；（2）沉積物間隙水；（3）成巖作用化學(xué)作用：沉淀-溶解平衡；絡(luò)合平衡；和液-固界面交換-吸附平衡等平衡作用生物作用：氧化-還原和酸-堿作用11/14/202248海洋化學(xué)角度，海洋中物質(zhì)之匯主要：11/11/202248海洋之中反應(yīng)的理論主架是化學(xué)平衡和化學(xué)動力學(xué)化學(xué)平衡按傳統(tǒng)包括五大平衡，即酸-堿平衡；氧化-還原平衡；沉淀-溶解平衡；絡(luò)合平衡；固-液界面交換-吸附平衡和其他界面作用海洋之中反應(yīng)11/14/202249海洋之中反應(yīng)的理論主架是化學(xué)平衡和化學(xué)動力學(xué)海洋之中反應(yīng)11五大平衡作用，海洋中元素及其化合物的運移變化規(guī)律，是研究海水化學(xué)組成變化的又一重要內(nèi)容。海洋的流、浪、潮、“泵（pumps）”，它包括物理泵、生物泵和各種化學(xué)泵。11/14/202250五大平衡作用，海洋中元素及其化合物的運移變化規(guī)律，是研究海水11/14/20225111/11/202251海洋生物和非生物，有機物和無機物，溶解物質(zhì)，非溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)，化學(xué)作用，生物作用和物理作用，以及地球化學(xué)作用（1）物理泵；（2）溶解泵；（3）生物泵；（4）陸架泵；（5）膠體泵；（6）碳酸鹽泵（CO2泵）；（7）硅酸鹽泵11/14/202252海洋生物和非生物，有機物和無機物，溶解物質(zhì)，非溶解物質(zhì)和膠體2.4海水中元素的分布海水中元素的分布，一般分成三類:（1）元素的垂直分布；（2）元素的水平分布；（3）時間標度（分，時，天，月，季，年…）分布11/14/2022532.4海水中元素的分布海水中元素的分布，一般分成三類:11（1）元素的垂直分布11/14/202254（1）元素的垂直分布11/11/20225411/14/20225511/11/20225511/14/20225611/11/20225611/14/20225711/11/20225711/14/20225811/11/20225811/14/20225911/11/202259影響垂直分布的因素：（1）元素本身的化學(xué)特性，不同元素有不同的垂直分布斷面曲線；相關(guān)的元素有可能存在類似的垂直分布曲線，存在相關(guān)性。（2）海洋環(huán)境（例如海洋生物，海況和海流，大氣和河川影響…）。11/14/202260影響垂直分布的因素：11/11/202260（2）元素的水平分布元素的水平分布主要由海水的流、浪、潮和所處的環(huán)境（例如河川影響等）決定11/14/202261（2）元素的水平分布11/11/202261（1）黃、渤、東海不同海區(qū)具有不同特征的分布曲線。北方渤海，西部比東部海灣口明顯地低；山東與江蘇交界處較低，僅1.0μmol/dm3；東海一般含量較大。（2）東海沿岸，一般近岸高，離岸遠則含量少11/14/202262（1）黃、渤、東海不同海區(qū)具有不同特征的分布曲線。北方渤海，（3）元素的時間標度分布

時間標度分布的變化，與生物活動的關(guān)系更加密切，體現(xiàn)在晝夜、月、季、年…的變化上。至于時間標度分布定為分，定為時，定為晝夜變化，定為旬或月，定為季或年？則按研究目標而定。11/14/202263（3）元素的時間標度分布11/11/20226311/14/20226411/11/202264謝謝大家！11/14/202265謝謝大家！11/11/20226511/14/20226611/11/20221第二章海洋的形成和海水的組成2.1海洋的形成2.2海水的化學(xué)組成2.3影響海水化學(xué)組成的因素——海洋生物地球化學(xué)角度來討論2.4海水中元素的分布11/14/202267第二章海洋的形成和海水的組成2.1海洋的形成11/11/海水中各組分的形態(tài)：顆粒態(tài)：顆粒有機物，顆粒無機物氣體：保守氣體（N2，Ar，Xe）,非保守氣體（O2和CO2）膠體：有機物，無機物溶解態(tài)：無機溶解態(tài)：大量（>1ppm）,微量（<1ppm）有機溶解態(tài)2.1海洋的形成11/14/202268海水中各組分的形態(tài)：顆粒態(tài)：顆粒有機物，顆粒無機物氣體：保11/14/20226911/11/20224海洋中的主要溶解組分是什么？

如何測定？

這些組分在海洋中的分布？

什么樣的過程導(dǎo)致現(xiàn)在的海水組成？控制機理是什么？在元素全球生物地球化學(xué)循環(huán)中，水既是重要的參加者，又是一種重要的介質(zhì)。水循環(huán)的研究是國際全球變化研究的一個重要組成部分。

11/14/202270海洋中的主要溶解組分是什么？

如何測定？

這些組分在海洋中的太陽系物質(zhì)的含水量11/14/202271太陽系物質(zhì)的含水量11/11/202261）

碳質(zhì)球粒隕石含水量很高，主要以含水礦物的形式存在。有些碳質(zhì)球粒隕石類型I之中水的重氫的濃度比地球上任何地方的都高得多。2）

隕石經(jīng)大氣層時，磨擦發(fā)熱，可能失水。然而經(jīng)大氣層降落時因發(fā)熱而生成熔融表層，能有效地保存隕石內(nèi)部的氣體的狀況，因此也可能起保存水的作用。隕石落到地球上之后，也可能會混合入地球上的水。3）

表2.1中的水僅是地殼部分，除以整個地球質(zhì)量而得的商，應(yīng)當說是地球含水量之下限。11/14/2022721）

碳質(zhì)球粒隕石含水量很高，主要以含水礦物的形式存在。有些海洋水的形成

在地球聚集過程終結(jié)時，由于聚集過程的重力能、放射性衰變能等的影響，地球被加熱，其水合物可能會慢慢地分解，而水會向地球上方移動，向地表層開始供水，最后聚集在地球表面。（在地核形成過程及形成終結(jié)時）地球的脫氣作用，在地球形成史上是最為活躍的。金屬相在地球生成過程中，因沉降而生成地核。地核與地表的元素組成有很大的不同，如下圖所示。當?shù)厍虮砻嬷饾u固化構(gòu)成地殼，脫氣作用就不大活躍了。固化的地殼溫度是不均勻的，于是水就在低溫部分冷凝，最后形成海洋。11/14/202273海洋水的形成在地球聚集過程終結(jié)時，由于聚集過程的11/14/20227411/11/20229海洋水的含量1．地殼含水量。假設(shè)地殼由玄武巖構(gòu)成，由夏威夷外海底采集的新鮮玄武巖中，含水約0.3％-0.7％。如按地殼平均含有0.5％的水來估算，其總量相當于目前海水、極冰和沉積物中水量之和的0.6％。2．地幔含水量。在地幔中存在的水有兩種形式：①以含水礦物的形式固定在礦物結(jié)晶中；②游離水。3．地球內(nèi)部水量估計約為2×1025g。11/14/202275海洋水的含量1．地殼含水量。假設(shè)地殼由玄武巖構(gòu)成，由夏威夷外海水主要成分的來源火山噴發(fā)巖石風(fēng)化直接進入河流輸入直接進入海水鹽分5.5×1015g/a11/14/202276海水主要成分的來源火山噴發(fā)巖石風(fēng)化直接進入河流輸入直接進入海2.2海水的化學(xué)組成原始海水的化學(xué)組成：研究海水的化學(xué)組成和變遷有兩種方法：一種方法是“以古論今”。另一種方法是“以今論古”。具體例子如下：“元素地球化學(xué)平衡法”——即按供給海水的元素量和從海水中除去的元素量之間達到動態(tài)平衡——是研究原始海水化學(xué)組成的一個方法。11/14/2022772.2海水的化學(xué)組成原始海水的化學(xué)組成：研究海水的化學(xué)組成（整個地球歷史時期被風(fēng)化巖石量）+（火山、海底熱泉、溫泉等自地球內(nèi)逸出的物質(zhì)量）=（海水中的水及其溶存物質(zhì)量）+（沉積物量）=（碎屑物）+（化學(xué)沉淀物量）+（生物物質(zhì)量）+（大氣中的物質(zhì)量）+（逸出到地球大氣圈外的物質(zhì)量）11/14/202278（整個地球歷史時期被風(fēng)化巖石量）+（火山、海底熱泉、溫泉等自CO2體系對海水是至關(guān)重要的。逸出的CO2溶入海水，使海水因酸—堿平衡而存在化學(xué)物種形式CO32-、HCO3-等，與海洋中金屬發(fā)生絡(luò)合作用，使金屬以較穩(wěn)定的溶解形式存在于海水中。因沉淀—溶解作用，氧化—還原作用，酸—堿作用，絡(luò)合作用等與海水中的常量組分和微/痕量組分反應(yīng)，使原始海水的化學(xué)組成不斷變化并逐漸進化成海水。11/14/202279CO2體系對海水是至關(guān)重要的。逸出的CO2溶入海水，使海水因原始海水的量：有人以隕石的數(shù)據(jù)作參考，估計存在于地殼和地函中的水量約2×1025g，目前地球表面的水量約2×1024g，即約10%的水逸出到地表。

揮發(fā)性物質(zhì)：對海水中的揮發(fā)性物質(zhì)：F、Cl、Br、I、B、S、Ar等，在海水中以陰離子形式存在，它們在海水中的含量，則遠比從巖石中溶出的要多，這可能是火山，海底熱泉等作用之故。11/14/202280原始海水的量：有人以隕石的數(shù)據(jù)作參考，估計存在于地殼和地函中元素在海水中的逗留時間Q海洋MR海水中的元素輸出與元素的含量成正比R=kM(k為輸出速率常數(shù)）11/14/202281元素在海水中的逗留時間Q海洋R海水中的元素輸出與元素的含量常量元素，分成A和B兩類，其量分別＞50mmol/kg和0.05~50mmol/kg。微量元素為C類，元素量在0.05~50μmol/kg。痕量元素分成D和E兩類，其量分別為0.05~50nmol/kg和＜50pmol/kg。A和B類元素通稱常量元素；C、D、E類元素通稱為少量元素或微量元素。現(xiàn)代海水的化學(xué)組成11/14/202282常量元素，分成A和B兩類，其量分別＞50mmol/kg和0.海水中含量最多的元素是水（氫和氧）之外的Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br和Sr，被稱為常量元素。

主要成分營養(yǎng)元素有機物質(zhì)溶解氣體微量元素現(xiàn)代海水的化學(xué)組成11/14/202283海水中含量最多的元素是水（氫和氧）之外的Cl、Na、K、Mg海水的化學(xué)組成11/14/202284海水的化學(xué)組成11/11/202219海水主要成分元素主要存在形式平均濃度（g/kg)氯度比值逗留時間NaNa+10.760.555566.8×107MgMg+1.2940.066801.2×107CaCa2+0.41170.021251×106KK+0.39910.20607×106SrSr2+0.00790.000414×106ClCl-19.350.998941×108SSO42-,NaSO4-，MgSO42.7120.140007.9×106CHCO3-,CO32-,CO20.1420.007357.9×104BrBr-0.06720.003741×108FF-,MgF+0.001300.0000675.2×105BB(OH)3,B(OH)4-0.02560.001321.3×10711/14/202285海水主要成分元素主要存在形式平均濃度（g/kg)氯度比值逗留海水化學(xué)組成的特點

1．海水中常量元素占總量的99％以上。2．海水是電中性的。3．海水中主要成分含量比值恒定——Marcet恒比定律。4．海水化學(xué)組成主要由下述原理調(diào)節(jié)：（1）元素全球變化和循環(huán)原理。（2）化學(xué)平衡原理和相關(guān)的五大作用即：①酸-堿作用；②沉淀-溶解作用；③氧化-還原作用；④絡(luò)合作用；⑤液-氣、液-固、氣-固……等界面作用。（3）元素海洋生物地球化學(xué)的過程、反應(yīng)和生態(tài)系原理。5．海水的pH是8.0左右，近似中性。11/14/202286海水化學(xué)組成的特點1．海水中常量元素占總量的99％以上。111/14/20228711/11/20222211/14/20228811/11/20222311/14/20228911/11/20222411/14/20229011/11/20222511/14/20229111/11/20222611/14/20229211/11/202227古代海水向現(xiàn)代海水變遷1）變遷過程：Fe、Al、Mg、Si的氫氧化物是海洋中分散度高的膠體物質(zhì)，具有十分重要的液—固界面作用性質(zhì)的交換吸附劑，它能把許多無機物和有機物交換吸附或沉積到海底，在這些過程作用下，古代海水逐漸向現(xiàn)代海水變遷。11/14/202293古代海水向現(xiàn)代海水變遷11/11/2022282)變遷的年代問題例一、從貝殼的Sr2+/Ca2+含量比來看，2~6億年來海水的主要元素濃度和Sr2+/Ca2+比值幾乎相等。說明2~6億年前海水的化學(xué)組成與現(xiàn)代已很相近。例二、從寒武紀沉積物來看，可能20億年前海水的主要化學(xué)組成的濃度與現(xiàn)代海水相近。結(jié)論：綜合以上討論，可以說至少1億年來海水組成（包括海水的量和其中元素的量）與現(xiàn)代海水相比是沒有區(qū)別的。11/14/2022942)變遷的年代問題11/11/202229海洋中氧化-還原的Sillén模型Sillén的海水模型升火成巖+揮發(fā)性物質(zhì)=海水+沉積物+空氣(0.6kg)(1.0kg)(1.0dm3)(0.6kg)(3dm3)存在著與各種沉積物相接觸的間隙水;光解離反應(yīng);氫損耗到外部空間;光合反應(yīng):有機物腐爛和O2的消耗等。11/14/202295海洋中氧化-還原的Sillén模型Sillén的海水模型升Sillén的海水模型升氧化還原元素主要是：H，O，C，N，F(xiàn)e，S，Mn，I。氣體N2，O2，和CO2的大氣分壓的對數(shù)分別為：logPN2=-0.120，logPO2=-0.692，logPCO2=-3.536氧化還原電對為：O2/H2O；NO3-/N2；MnO2/Mn；FeOOH/Fe3O4；SO42-/FeS；N2/NH4+；HCO3-/C(S)；C(S)/CH411/14/202296Sillén的海水模型升氧化還原元素主要是：11/11/20HistoricalMeasurementsofCompositionofMajorComponentsofSeawaterBergman(1779)madetheearliestchemicalanalysisofseawaterMarcet(1819)

wasthefirsttosuggestthattherelativecompositionofseasaltisnearlyconstant(thefirstlawofchemicaloceanography)Forchhammer(1865)

madefirstreliablemeasurementsofmajorcomponentsonseveralhundredsurfacewatersfromallpartsoftheworld.Dittmar(1884)analyzed70seawatersamplescollectedatvariousdepthsforthemajoroceansduringthecruiseoftheH.M.S.Challenger(1873-1876).LymanandFleming(1940)recalculatedDittmar'sresultsusingmodernatomicweightsCoxandCulkin(1966)

mademeasurementsofmajorcomponentsofwaterscollectedthroughouttheworldaspartofsalinitystudy.Rileyetal.(1967)mademeasurementsofmajorcomponentsofwaterscollectedthroughouttheworldaspartofsalinitystudy.

11/14/202297HistoricalMeasurementsofCom2.3影響海水化學(xué)組成的因素——海洋生物地球化學(xué)角度來討論11/14/2022982.3影響海水化學(xué)組成的因素11/11/202233影響海水化學(xué)組成的因素化學(xué)平衡化學(xué)動力學(xué)海洋生物地球化學(xué)*11/14/202299影響海水化學(xué)組成的因素11/11/202234海洋生物地球化學(xué)的角度：考慮海洋中生物的作用，以海洋為中心，同時與大陸和大氣緊密聯(lián)系在一起，全面地考慮“海-陸-空工廠”體系中發(fā)生的一切化學(xué)過程和規(guī)律。11/14/2022100海洋生物地球化學(xué)的角度：考慮海洋中生物的作用，以海洋為中心，11/14/202210111/11/20223611/14/202210211/11/202237海洋生物地球化學(xué)過程主要分成：（1）物質(zhì)之源；（2）物質(zhì)之匯；（3）聯(lián)系上述兩者的海洋內(nèi)部的反應(yīng)。11/14/2022103海洋生物地球化學(xué)過程主要分成：11/11/202238海洋輸入物質(zhì)之源主要有三：（1）經(jīng)由河流；（2）通過大氣；（3）來自海洋底部的熱液過程。11/14/2022104海洋輸入物質(zhì)之源主要有三：11/11/202239河川對海洋化學(xué)組成的影響包括對常量元素和微量元素的影響：世界上不同河川中溶解元素的含量各不相同，因此進入太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋的元素量也就各不相同。河水中除元素的溶解態(tài)之外，同時存在懸浮粒子或懸浮沉積物。（一）河川11/14/2022105河川對海洋化學(xué)組成的影響包括對常量元素和微量元素的影響：世界11/14/202210611/11/20224111/14/202210711/11/202242（二）大氣物質(zhì)經(jīng)過大氣轉(zhuǎn)運到海洋主要是通過海洋氣溶膠途徑。估計各元素大氣的和人類的發(fā)射源的作用和影響，用大氣干擾因數(shù)（AIF）計算即：Ea為元素的總?cè)祟惖陌l(fā)射量；En為總天然發(fā)射量。AIF=100表示人類的與天然的通量相等。11/14/2022108（二）大氣物質(zhì)經(jīng)過大氣轉(zhuǎn)運到海洋主要是通過海洋氣溶膠途徑。111/14/202210911/11/202244（三）海底熱泉（洋中脊水熱流）洋中脊水熱流組成與標準海水的組成有明顯差異，而且由洋底噴出后在與海水混合過程中發(fā)生氧化-還原作用、酸-堿作用和物質(zhì)濃度的顯著