海洋化学问答题

海洋与其他水体相比具有的特性有哪些？1、水深、压力2、水温3、盐度4、时间、空间的变化5、敞开的复杂体系元素分类和成分分类方案的原则和类型，它们各自的优点及其间的差异？1.元素分类分类原则：只考虑96.5%的水和3.5%的溶解盐类，而不考虑溶解气体、有机化合物等，也称为元素分类方案。类型：保守元素和非保守元素两大类型。1)保守元素（Conservativeelement）：海水中溶解元素的含量在垂向上基本无明显变化的元素。①主要是由于元素的非反应活性或低地壳丰度。大多数海水主要成分是保守性的。②保守性元素几乎不参与化学或生物过程，其空间和时间分布主要受物理过程控制，如蒸发－降水、水团混合。③保守性元素为逗留时间长的元素。2)非保守元素（Nonconservativeelement）：在垂向上含量存在明显差异的元素。①这些差异是由于输入改变或反应引起的，如生物摄取、水热输入等。②非保守性元素除受物理过程控制外，还参与化学过程、生物过程或地球化学过程。③非保守性元素的逗留时间一般较短。非保守元素产生的原因：生物作用、清扫(除)作用以及其它海洋化学作用等。非保守元素由可进一步划分为营养元素、清扫元素和其它元素三种类型。(1)营养元素：构成生物软、硬组织或生命必须的元素；主要包括N、P、Si、C、Ba及Cu、Zn、Cr、Ni、Ge、As、Se、Ag、Cd、I等。(2)清扫元素：一些在粘土质沉积和富有机物泥质沉积中含量异常的微量元素，易被吸附、络合、鳌合、或通过离子交换而被“清扫”出水体进入沉积物中，主要包括过渡元素、铜组元素、REE等。(3)其它元素：主要指不属于上述两种类型的微量元素；主要包括铂组元素、难熔元素如：Ti、Zr、Nb、Ta等。2.成分分类分类原则：除包括96.5%的水和3.5%的溶解盐类外，还包括溶解气体和有机化合物等。主要划分成5种类型：（1）常量元素：是指海水中元素的浓度大于1mg/kg；总和占海水盐分的99.9%。（2）微量元素：海水中元素的浓度小于1mg/kg。（3）营养元素：是构成生物软、硬组织或生命必须的元素。（4）海水中的溶解气体：主要指N2、惰性气体、O2、CO2、H2、CH4、O3、SO2、NO2、NH3等。（5）有机化合物：是指存在于海洋水体中的溶解态有机质和固态颗粒有机质。两者的差异：两者分类原则不一样收集海洋中元素浓度数据和逗留时间数据，研究二者之间的关系。海水元素逗留时间的定义及计算。元素逗留时间：某元素以稳定速率向海洋输送，将海水中该元素全部置换出来所需要的时间（单位：年），称为该元素的逗留时间或者表述为“某元素以稳定速率向海洋输送，从进入海洋时算起直到从海洋出被移除出去所需的平均时间，即为该元素的逗留时间”前提条件：1、稳态2、元素在海洋中是均匀的计算：逗留时间：τ=(海水中某元素的总量)/(该元素每年进入海洋的量)=(海水中某元素的总量)/(该元素每年迁出海洋的量)海洋中阳离子的主要来源有哪些？阴离子的主要来源有哪些？（厦大P15）大陆径流、大气交换、海底热液。即：海水中的阳离子主要来源于地壳中的岩石：（1）海水与洋底岩石的接触和溶解岩石的过程，同时也是酸——碱中和过程，使金属离子增加；（2）大陆上岩石的物理、化学风化作用将岩石分解成细小碎片，雨水将其中的离子溶出并由河流带向海洋；（3）洋中脊运动及海底热液作用也是海水中阳离子来源的重要补充。现代海水化学组成的特点是什么？海水中常量元素占总量的99％以上。海水中主要成分含量比值恒定——Marcet恒比定律。海水是电中性的。海水化学组成主要由下述原理调节：（1）元素全球变化和循环原理。（2）化学平衡原理和相关的五大作用即：①酸-碱作用；②沉淀-溶解作用；③氧化-还原作用；④络合作用；⑤液-气、液-固、气-固……等界面作用。（3）元素海洋生物地球化学的过程、反应和生态系原理。海水的pH是8.0左右，近似中性。(海水主要成分与海底矿物平衡)元素循环的过程如何？（厦大P15）原始海水的化学组成是什么？与现代海水的化学组成的主要差别是什么？如何解释之？1、原始海水因溶解原始大气的成分（如HCI、CO2、H2S等），呈现为酸性和还原性为主的化学特征，近似为0.5mol.dm-3的HCI溶液。原始海水组成可视为：由0.3MHCl溶液与岩石接触，溶解Ca、Mg、K、Na、Fe、Al等元素，中和后，Fe、Al等以氢氧化物沉淀，把无机物和有机物携带沉降到海底。2、现代海水除组成水的H和O元素外，(手写补充）海水PH约为8.2左右，含氧。各主要成分之间保持非常接近的比例关系。3、30亿年前海水化学组成与现代海水的比较30亿年前的海水，其K浓度比现代海水来得高，而Na浓度比现代海水来得低。原因在于：玄武岩与HCl作用生成黏土矿物，它们与海水发生Na+和K+、H+的交换反应，结果是不仅使海水的pH≈8，而且K+被黏土矿物吸附，而水中Na+浓度升高。30亿年前的海水，其Mg、Ca浓度比现代海水来得高。原因在于：海水变成中性后，大气CO2进入海水并开始有CaCO3沉淀形成，Mg同时也发生共沉淀，结果海水中的Mg、Ca浓度逐渐降低。海水中的许多阴离子，如F、Cl、Br、I、S、As等，它们在海水中的含量远比从岩石溶出的要多，可能是火山、海底热液等输入的缘故。4、自地球上海洋形成起，就进行着蒸发—冷凝构成的水循环。水对其接触的岩石进行侵蚀、淋滤和风化，岩石变成了碎屑，元素溶于水中，由此形成了海水。海水中的大多数阳离子组分由此而来。进入海洋的各种离子则通过各种地球化学过程，如沉淀、成岩作用等从海水中迁出，由此构成元素的循环。海水与岩石接触和溶解岩石的过程，同时也是酸-碱中和过程，使金属离子增加。溶解了的Ca、Mg、K、Na、Fe、Al等金属离子等又发生中和作用。Fe、Al等以氢氧化物形式沉淀。Fe、Al、Mn、Si的氢氧化物是海洋中高分散度的胶体物质，是重要的液-固界面吸附剂。许多无机物（特别是痕量重金属）和有机物被交换吸附或沉积到海底。海水的pH值近于中性，约为8.2，对它如何从化学平衡的观点来说明？是否是唯一的说明？你是否还有新的观点？海水中包含了各种各样的物质，按形态可将它们分成哪几类？(厦大P16)颗粒物质、胶体物质、气体、真正溶解物质海水中元素的分布一般从哪三方面进行研究？（海大P46）垂直分布、水平分布、时间标度分布（1）元素的垂直分布；影响垂直分布的因素：1、元素本身的化学特性，不同元素有不同的垂直分布断面曲线；相关的元素有可能存在类似的垂直分布曲线，存在相关性。2、海洋环境（例如海洋生物，海况和海流，大气和河川影响…）。（2）元素的水平分布；元素的水平分布主要由海水的流、浪、潮和所处的环境（例如河川影响等）决定（3）时间标度（分，时，天，月，季，年…）分布时间标度分布的变化，与生物活动的关系更加密切，体现在昼夜、月、季、年…的变化上。