13 海洋中的悬浮物

10
海洋中的悬浮颗粒含量
• 大洋中悬浮颗粒物总量大约1016 g或10 Gt，平均浓度只有 10~20 μg/kg
• 悬浮颗粒物主要来源：河流携带的悬浮颗粒、大气灰尘、 海洋中生成的生物颗粒、地壳风化物质。
• 河流和大气的输入量主要取决于地理位置和气象状况； • 生物颗粒量则取决于大洋环流、上升流和表面流的水平混
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物
1.1 定义 1.2 悬浮颗粒物的特性 1.3 悬浮颗粒物的研究意义
• 2 海洋中的悬浮颗粒
2.1 悬浮颗粒在大洋表层水中的分布 2.2 悬浮颗粒在大洋中的垂直分布 2.3 大洋中颗粒物的沉降速率 2.4 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 2.5 大洋中悬浮颗粒的研究方法
25
悬浮物的沉降速度大小
• 海水中悬浮颗粒沉降过程受到许多因素的影响，其中如盐度、温度和湍流， 是海水本身相关的影响因素。
• 海水中的悬浮物从水体中迁移至海底沉积物中，其沉降速度的大小与颗粒物 的种类、大小、形状等有着密切的关系。
• 粒径大的物质，其沉降速度就快，颗粒小的物质沉降速度就慢。例如粪粒的 半径在68-222微米之间，其沉降速度为15-860米/天。由此可见，虽然半径最 大与最小之间仅相差几倍，而速度则相差十几倍。
鲨鱼等大型游泳动物、万吨巨轮、细菌、浮游生物、粪粒
2
国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)定义
• 分散体系是指一种或几种物质以一定的分散度分 散在另一种物质中形成的体系
• 以颗粒分散状态存在的不连续相称为分散相；连 续相称为分散介质
• 颗粒某一线度大于1000 nm，粗分散体系 • 颗粒某一线度小于1 nm，真溶液体系 • 颗粒某一线度为1—1000 nm ，胶体体系
○＜30,●30-100,△100-300,▲＞300 (g/kg)
15
西大西洋中总悬浮物浓度的径向分布
（微克／千克）
16
悬浮物在大西洋中的经向分布
西大西洋75N~55S的经向断面中总悬浮物的浓度特点。 • （1）在生物生产力高的高纬区，表层水中总悬浮物的浓度高于100
微克/千克，有时高于200微克/千克，在丹麦海峡，冰岛-苏格兰溢口 和南极的底层水中也发现了高浓度。这些底层水团的快速运动明显维 持着再悬浮沉积物的高浓度； • （2）低浓度（小于20微克/千克）出现在马尾藻海和南大西洋亚热带 区水柱的中部； • （3）在约10oN—10oS海域观测到总悬浮物最大值约为25微克/千克， 其深度与赤道氧最小的深度（500—1000米）相同。这些总悬浮物的 最大值大概是由于有机颗粒的存在造成的； • （4）在35oN和40oN之间的海域发现总悬浮物浓度比较高（约25微克 /千克）的股流伸展至距海底约1公里的部位。作者们把它与北大西洋 气旋式深水涡流的边界联系起来； • （ 和52）0oS不之能间与3水00文0米状深况度联上系的起最来大的值总（悬约浮2物5微分克布/的千唯克一）特。征但是是在，1它0o可S 以 起与 来那 。个深度和位置上存在的不大明显的氧最小值和SiO2最大值联系
22
2.3 大洋中颗粒物的沉降速率
生物颗粒在沉降过程中大小变化的复杂性示意图
r=0
23
2.3 大洋中颗粒物的沉降速率
生物颗粒的沉降大体有四种情况：
①颗粒大，沉降快，基本没起变化即到达底部； ②颗粒沉降过程中发生矿化作用，粒径逐渐变小，
但最终还是到达了底部； ③颗粒小，未到底部即已完全消失； ④颗粒小，在沉降及矿化过程中已达到某一较小
合等物理过程对营养盐的提供和调节； • 河流携带的颗粒大部分沉降在河口或陆架区域，只有沉降
速率小于5×10-3 cm/s(直径小于5 μm)在颗粒才能被运送到 大洋里。 • 生物颗粒直径在1~1000 μm之间； • 大洋里的悬浮颗粒在1~10 μm范围内。
11
悬浮胶体的分类
• 悬浮胶体可按其来源，形成机制以及化学组成进行分类 • 通常先把它分为碎屑来源和自生的悬浮胶体。 • 碎屑性悬浮胶体包括由河流或风力输送到海洋的陆源颗
在小于100米的表层水中，有机物占颗粒量30 ％~70％，而且90％的有机物于上层400米的水体 中得到了再循环；海洋生物的硬组织CaCO3和 SiO2大约占总数的20％~50％；矿物晶格相(主要 是大气输入的铝硅酸盐)占0.3％~9％。
太平洋表层水里的悬浮颗粒量较大西洋低2~3
倍。
为什么？
14
大西洋表层水中悬浮颗粒的分布
19
悬浮颗粒物在不同水深组成变化
10米层主要为有机质（85%）， 750米有机质44%，铝硅酸盐28%， 近底层，无铝无机物44%，有机质34%。 20
西北大西洋中颗粒钡的分布
21
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物 • 2 海洋中的悬浮颗粒
2.1 悬浮颗粒在大洋表层水中的分布 2.2 悬浮颗粒在大洋中的垂直分布 2.3 大洋中颗粒物的沉降速率 2.4 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 2.5 大洋中悬浮颗粒的研究方法
1
1.1 定义
• 悬浮固体、悬浮物、悬浮胶体 • 悬浮颗粒物，是指“那些可以在水中悬浮相当一
段时间的固体颗粒”。 • 由于海水中发生的主要过程至少要几天，根据沉
降理论公式计算，密度大/小于1且能在水体中停 滞几天的最大颗粒直径约在1000μm左右； • 直径大的颗粒悬浮的时间不长，不能与周围介质 发生重要的反应。 • 直径与胶体颗粒大小相当的颗粒在水体中需要很 长的时间才能沉降到达底部。
12
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物 • 2 海洋中的悬浮颗粒
2.1 悬浮颗粒在大洋表层水中的分布 2.2 悬浮颗粒在大洋中的垂直分布 2.3 大洋中颗粒物的沉降速率 2.4 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 2.5 大洋中悬浮颗粒的研究方法
13
悬浮颗粒在大洋表层水中的分布
一般说来，大洋表层水的悬浮颗粒中，生物 颗粒占了主要部份；
3
海水悬浮物研究的历程
研究者
研究简述
方法*
Kyle (1939)
第一次用廷德尔效应测定了颗粒物的浓度
LSDS
Armstrong & Atkin (1950) 第一次报告了滤膜器在测定颗粒浓度方面的应用 MFG
Thieroff (1953) Lisitsin (1959) Sacktor & Arrhenius (1962)
地中海、红海、大西洋、太平洋和印度洋中总悬 浮物的空间分布；第一次报告了海底附近的雾状 层
关于俄国人在悬浮胶体的空间分布和组成方面十 年工作的提要
用铝校准法专门测定悬浮物的铝硅酸盐
LSDS MFG、CG MFC
Ewing & Thorndike (1965) Jacobs & Ewing (1969)
④ 悬浮颗粒本身即可作为微小生物的食物。这些无机颗粒 和有机碎屑到达深海后成为底栖生物的主要食物来源；
⑤ 地震或浊流能引起大量沉积物瞬时悬浮，是成底层水密 度大大增加，并常改变底层水的温度和盐度。
9
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物 • 2 海洋中的悬浮颗粒
2.1 悬浮颗粒在大洋表层水中的分布 2.2 悬浮颗粒在大洋中的垂直分布 2.3 大洋中颗粒物的沉降速率 2.4 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 2.5 大洋中悬浮颗粒的研究方法
粒径，此后在上升流作用下颗粒向相反方向移 动至完全消失。
24
斯托克斯公式
对于粘性流体中的颗粒，其沉降速率可用斯托 (s
f
)g
18
V是沉降速率(cm/s)；
d是颗粒直径(cm)(假设颗粒为球形)；
ρs是颗粒密度(约为1.5 g/cm3)； ρf是海水密度(1.03 g/cm3)： η为海水粘度(10℃时约为0.015泊)
• 同体积不同形状的颗粒，其沉降速度由大到小的顺序为：圆柱体＞(椭)球体 ＞圆片体。例如，体积相当的两个半径为0.3微米的圆片和椭圆柱体，圆片的 沉降速度为0.026米/天，椭圆柱体的沉降速度为1.7米/天。如果这两种颗粒要 穿过3800米(大洋的平均深度)的水柱而沉降到海底，则分别需要400年和6年 的时间。
*：LSDS 个别样品的光散射；MFG 膜过滤重量法；CG 离心重量法；MFC 膜过滤化学分析；LSI 现场光散射
4
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物
1.1 定义 1.2 悬浮颗粒物的特性 1.3 悬浮颗粒物的研究意义
• 2 海洋中的悬浮颗粒
5
1.2 悬浮颗粒物的特性
• 直径>1000 μm的大颗粒在水体中停留时间 很短以至不能与周围海水发生相互作用；
• 从含量看，海水中溶解物质的总量要比悬浮物多 得多，一般来说1升海水中含有30-40克的溶解盐 类；而所含颗粒物质的量，每升中约0.0004-0.003 克不等，与溶解组分相比至少相差4个数量级。
7
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物
1.1 定义 1.2 悬浮颗粒物的特性 1.3 悬浮颗粒物的研究意义
17
第十章 海洋中的悬浮颗粒物质
• 1 悬浮颗粒物 • 2 海洋中的悬浮颗粒
2.1 悬浮颗粒在大洋表层水中的分布 2.2 悬浮颗粒在大洋中的垂直分布 2.3 大洋中颗粒物的沉降速率 2.4 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 2.5 大洋中悬浮颗粒的研究方法
18
2.2 大洋悬浮颗粒的垂直分布
• 悬浮颗粒含量最大值往往是在 温跃层的下面，这与生物的移 栖现象有关，
开始常规应用现场浊度测定法：肯定了海底附近 LSI 雾状层的存在
各主要大洋悬浮物的浓度及其组成的定性描述 CG
Gibbs (1974)
在“海水中悬浮固体”方面发表的文献的状况 所有的
Brewer et al.(1976) Spencer et al.(1976)