第3章海水中的溶解气体

（ 2） 将（2）代入（1）得：
得亨利（ Henrry ）定律，KH=Keq/RT称为亨利常数。
亨利（
Henrry ）定律：海水温度和盐度一定 时，溶解于海水中气体浓度与分压成正比。
[ A(aq)] K H PA
A(aq):气体A在海水中的浓度(mol L-1) KH:海水中气体A的亨利常数(mol L-1 atm-1)
2、气体溶解度的计算
气体分子连续不断地进入或离开海洋表面，当交
换的速率相等时，称该气体处于平衡状态 （equilibrium）。

气体的溶解平衡可用下式表示： 其中A(g)和A(aq)分别表示气相和水相中的气体A。 气体交换的热力学平衡常数为：
（ 1） [A(g)]通常以分压PA表示，因为：PV=nRT，所以，
1、大气层的结构
对流层（0-10km）： 气温随高度增加而降低， 热量来源于地表。 平流层（10-50km）： 气温随高度增加而增加 散逸层（50-100km）： 气温降至最低。 电离层（100-1000km）： 气温逐渐升高。

2、大气气体组成的历史演化
距今约45亿年， 地球大气组分主 要由N2、CO2、 H2O、CH4等构 成。 距今约25亿年， 地球大气组分演 化成以N2、O2、 Ar等构成。

大气气体的分布
大气各种气体的分布受控于它们的分子量与
停留时间
分子量大的气体相对富集于接近地表的大气中，
而分子量小的气体则在高空中含量较高。 停留时间长的气体在大气中的分布比较均匀，而 停留时间短的气体含量空间变化较大，受其来源 与迁出作用的影响比较明显。
大 气 各 组 成 气 体 随 高 度 的 变 化
4、道尔顿气体分压定律

道尔顿气体分压定律：对于一定体积的混合气体， 其总压力等于各组成气体分压之和。 PT=PN2+PO2+PAr+PH2O+…

假设这些气体服从理想行为，则每种气体的分压 为：
ni RT Pi V
干空气中，各种气体的组成可以用摩尔分数
表示：
ni Pi xi nT PT
PA:气体A的分压(atm)
当A(aq)以（ml气体 L-1海水）为单位时：
[ A(aq)] K H 22400 PA A PA
αA称为本生系数，单位(mL L-1 atm-1)
气体在海水中的溶解度除与海面上气体的分
压有关外，还与海水的温度和盐度有关。 Weiss（1971）提出了海水中气体溶解度与 海水温度、盐度的计算式：
对于非理想状态下的气体，可用范德华状态
方程来描述：
由于水蒸汽的含量会随地理位置和高度（95 km以 下）而有明显的变化，要计算给定温度下空气中各 种气体的分压，必须对湿度进行校正，把湿空气换 成干空气。 h 水蒸汽的分压计算如下： P P

H 2O
100
0
P0是给定温度下饱和水蒸气的压力，h/100是相 对湿度
1、海-气交换的薄膜模型（Thin-film modFra bibliotekl）假定：
海洋上方的大气充分混合； 上层海水也充分混合（混合层）； 大气与海水以一层“静止”的水薄膜隔开，气体通过分
子扩散穿过此薄膜。
在未达到平衡的状态下，气体分子的净扩散
通量FA（ mol m-2 a-1 ）正比于薄膜中气体分 子的浓度梯度（d[A]/dz）：
3、气体饱和度
用以衡量海水和大气中气体的平衡情况
饱和度％＝
海水中气体的观测浓度 100 现场条件下气体的溶解 度
如果实测海水中气体浓度超过与大气平
衡时的浓度，称为过饱和；如果二者相 等，则称为饱和；否则称为不饱和。
4、气体在海水中的溶解度
海水中气体的溶解度（气体分压为101.325 kPa）
100 T T T T 2 ln C A1 ' A2 ' A3 ' ln A4 ' S B1 ' B2 ' B3 ' ( ) T 100 100 100 100
式中T是绝对温度，各常数与所研究气体和所用溶解度单位有关
Weiss气体溶解度关系式已被普遍采用，1974年纳入国际海 洋常用表中，S=0~41.5, t＝0～35℃。
ppm
39 42
23 26
（1）气体在海水中 的溶解度一般随 分子量的增加而 增加(CO2例外). （2）气体在海水中 的溶解度随温度 的升高而降低. （3）气体在海水中 的溶解度一般小 于其在淡水中的 溶解度.
第4节 海-气界面气体交换
交换过程：
平衡状态：气体分子以同样速率进入或离开每一
相（大气/海洋），各项分压相等。 非平衡状态（通常）：气体分子从分压高的一相 转移到另一相中
第三章 海水中的溶解气体
第1节 引言
气体参与了海洋生物地球化学循环的方方面
面：
生物光合作用现场产生O2 大气中O2的溶解也会向海洋表层水提供O2。表
层水溶解O2能力的强弱对于深海中的生命具有重 要的影响。 CO2等气体会通过海面进行海—气交换，海洋吸 收CO2的能力将直接影响全球气候
第2节 大气的气体组成

3、现代大气的气体组成
常量气体 N2、O2、Ar、H2O、CO2，含量>100ppm；含量 变化较小（H2O、CO2除外）； 微量气体 Ne、He、CH4、CO等，含量为ppm；含量有一定 的变化 痕量气体 O3、NO、N2O、SO2、CCl2F2、CF4、NH3等，含 量为ppb或ppt；含量变化很大 自由基 如OH•等
在考虑了水蒸汽的贡献后，其他气体的分压
转化为干空气的分压即可用下式计算得到：
h Pi ( PT P0 ) xi 100
第3节 气体的溶解度
1、气体溶解度的定义
在现场大气压为101.325 kPa时，一定温度和盐
度的海水中，某一气体的饱和含量称为该温度、 盐度下该种气体的溶解度。
其中z 是薄膜的厚度，DA是分子扩散系数， [A(aq)]top是薄膜层顶部浓度， [A(aq)] Bottom是 薄膜层底部浓度。
2、海-气界面气体交换的影响因素
（1）薄膜层的厚度（z） 薄膜层越厚，气体分子于薄膜层运动的 时间越长，气体交换速率越慢； （2）气体分子在海水中的扩散速率（DA） 水体温度越高，气体分子运动越快； （3）浓度梯度 薄膜层顶部和底部气体浓度的差异越大， 气体扩散输送越快。