第四章_海水的化学组成和特性
4海洋的结构与海水的运动解析
2.2 风浪和涌浪 在风的作用下所产生的波浪
靠风对波浪迎风面上的正压力和切应力把风能传给波浪 17
2.2 风浪和涌浪
决定风浪大小的主要因素： 风速 风时 风区
18
2.2 风浪和涌浪 当风开始平息，或波速超过风速时，风浪就要离开风区传到远处去 随着传播距离的增长，波高变小，波长和周期增加，因而涌浪变得越平缓
1944年，古巴籍的货船“鲁比康”号在同一海域同样出现人去船空的奇案。当人们登上这艘漂浮不定 的船时，只有一只狗孤独地躺在甲板上。
1935年8月，意大利籍的货轮“莱克斯”号的水手们，亲眼看到美国籍纵帆船“拉达荷马”号被海浪渐渐吞 没，他们奋不顾身地从海上救起了“拉达荷马”号溺水的水手。但5天之后，“莱克斯”号的水手却惊讶地发 现，“拉达荷马”竟然漂浮在海上。这并不是幻觉，因为“莱克斯”号上的水手，连同被他们救起的“拉达荷 马”号上的水手，一同登上了“拉达荷马”号纵帆船。
46
3.3 变化——月变
半月周期潮：大潮、小潮 47
3.4 潮流——旋转流 48
3.4 潮流——往复流 49
第四章 海洋的结构与海水的运动
1 海洋的组成与结构 2 波浪 3 潮汐 4 洋流
50
4 洋流 51
4 洋流
4.1 洋流的成因及类型 4.2 大洋环流系统 4.3 厄尔尼诺现象
52
58
4 洋流
4.1 洋流的成因及类型 4.2 大洋环流系统 4.3 厄尔尼诺现象
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4.2 大洋环流系统
大洋表层环流模式 反气旋型大洋环流 气旋型大洋环流 北印度洋季风漂流 南极绕极环流
60
4.2 大洋环流系统——大洋表层环流模式 61
4.2 大洋环流系统——大洋表层环流模式 62
海水有什么成分组成
海水的成分组成海水是地球上最广泛的自然水源之一，它所包含的成分种类繁多。
海水主要由水和溶解在其中的各种化学物质组成，其中包括无机盐类、有机物质、气体和微量元素。
海水的成分组成对海洋生态系统的形成和维持起着至关重要的作用。
1. 水作为海水的主要成分，水占据了绝大部分的比例。
海水中的水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，是形成水的基本单位。
海水中的水不仅为海洋生物提供生存的环境，也在全球水循环中扮演重要的角色。
2. 无机盐类海水中主要的无机盐类包括氯化钠、硫酸镁、硫酸钠和碳酸钙等。
这些无机盐类的浓度相对稳定，其中氯化钠是海水中含量最多的无机盐类，占据了其大部分的比例。
无机盐类的存在使得海水具有较高的密度和电导率，对海水的物理性质产生影响。
3. 有机物质海水中还含有各种有机物质，包括有机碳和有机氮等。
这些有机物质来源于海洋生物的新陈代谢和分解产物，对海洋生态系统的平衡和生物多样性维持至关重要。
有机物质的丰富度也影响着海水的营养价值和化学平衡。
4. 气体海水中溶解了大量的气体，包括氧气、二氧化碳、氮气和溴气等。
这些气体对海洋生物的呼吸和新陈代谢发挥着关键作用，海水中的气体含量也受到温度、压力和光照等因素的影响。
5. 微量元素除了主要的成分外，海水还含有多种微量元素，如铜、锌、锰和钴等。
这些微量元素虽然在海水中的含量很少，但对海洋生物的生长和代谢却有着重要的调节作用，保持了海洋生态系统的生态平衡。
综上所述，海水的成分组成是多样且复杂的，其中的水、无机盐类、有机物质、气体和微量元素相互作用，构成了一个复杂而精密的海洋生态系统。
不同成分的变化和相互影响，使得海水具有独特的物理化学性质，为地球上的生命提供了重要的生存条件。
海水的主要成分化学式
海水的主要成分化学式
海水是地球上最常见的液体之一，它主要是由各种无机物质组成的。
海水中包
含许多元素和化合物，这些成分对海洋生物和地球生态系统都起着至关重要的作用。
我们来看一下海水的主要成分及其化学式。
主要成分
氯化钠（NaCl）
氯化钠是海水中含量最丰富的物质之一，其化学式为NaCl。
它是普通食盐的主要成分，也是海水中呈现咸味的原因。
氯化镁（MgCl2）
氯化镁是海水中的另一个主要成分，其化学式为MgCl2。
氯化镁在海水中起着
调节细胞内外渗透压的作用，对海洋生物的生存和生长至关重要。
硫酸钠（Na2SO4）
硫酸钠是海水中的一种重要盐类，化学式为Na2SO4。
它可以在海水中与其他
盐类形成沉淀，影响海水的PH值和离子平衡。
硫酸镁（MgSO4）
硫酸镁也是海水中的主要成分之一，其化学式为MgSO4。
硫酸镁在海水中的含量较高，对海洋生物的代谢和生长有重要影响。
其他成分
除了以上主要成分外，海水中还包含微量元素如钾、钙、氟等，以及各种有机
物质和浮游生物。
这些成分共同构成了海水的复杂组成，维持着海洋生态系统的平衡和稳定。
综上所述，海水中的主要成分化学式包括氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁等，它们共同构成了海水的特有化学特性，对地球生态系统和人类生活都具有重要意义。
对海水成分的研究将有助于更好地理解海洋环境的变化和保护海洋资源的重要性。
海洋资料
第一章序言一、概念海洋学：海洋学是研究在海洋中的各种现象和过程发生、发展和演化及它们与环境相互作用、相互影响的规律的一门综合性科学。
研究的对象：地球上70.8%的海水，属地学分支。
二、海洋的特性1、海洋是环境的产物在地球上，通过能量、物质的相互传递与环境相互作用。
传递方式：通过边界：海面、海底和沿岸带。
不通过边界：辐射和地球及天体对海水的引力。
海水属于混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物。
2、海洋形态的固有特性：1）广漠而有垠：面积广阔，占地球表面积70.8%，但有边2）深又浅：平均深度4000米，最深11034m（陆地高8848m)，但地球半径6371公里。
海洋只是地球上一薄层；与水平尺度比其量级很小。
3）连通又阻隔：各大洋水域连成一体，可充分进行物质和能量的交换。
三、海洋学研究意义1、海洋与人类生存环境关系密切1）是蛋白质主要来源；运输和贸易的中介—航运（密度大）；国际冲突的焦点。
2）影响气候环境:环流--向高纬输送热量；对气温起调节作用（海水热容量大）3）更好的研究海—气相互作用。
4）海洋灾害：风暴潮、赤潮、海冰、海水倒灌、海岸侵蚀、海底地震等5）污染：排污与海洋自净能力关系。
2、海洋蕴藏着丰富的资源海洋中蕴藏着丰富的矿产资源、化学资源、生物资源、动力资源１）矿产资源石油：半数以上在海底。
估计海洋石油储量为(1100－2500亿吨)，我国大约100亿吨。
锰结核：年再生1000万吨，可提炼锰、铁、铜、镭等。
此外,金刚石、重晶石、金、锡都在矿砂中找到。
２）化学资源大量无机盐：海水中含80多种元素。
1kg海水含35g无机盐。
全球海洋中共含5亿亿吨无机盐，其中：黄金：500万吨；铀：50亿吨；镁：2100亿吨；银：4亿吨；钴：7亿吨；碘：820亿吨；盐：1立方公里海水含27万吨。
３）生物资源海洋生物大约26万种，其中海洋动物16万、海洋植物约10万。
发展近岸养殖业。
我国近海15m 以内滩涂2.1亿亩，可供养殖2000万亩，89年以来634万亩。
第四章 海水的化学组成和特性
Ca
A B .02127 .02123 .02128 .02126 .02121 .02121 .02130 .02126 .02124 .02122 .02131 .02123 .02115 --.02123 --.02127 --.02118 --.02122 --.02126 .02128
106Sr
Particulate Debris
Soft Tissue Hard Parts Composite Deep Warm Surface
P: N: 1: 15: 0: 0: 1: 15:
C: Ca: 105: 0: 26: 26: 131: 26:
Si 0 50 50
Sea Water
1: 15: 1000: 5000: 50 0: 0: 869: 4974: 0
生物对重金属的富集作用重金属污染一类海水二类海水一类海水二类海水重金属对海洋污染的来源途径和污染危害趋势元素世界产量大气输入河流输入残留时间污染途径污污危害趋ag1000710123河流la39073785倾废l元素世界产量103ty大气输入103ty河流输入103ty残留时间a103y污染途径污污危害趋势bas39073785倾废lcd17101162河流大气lco22071537il河流cr28002024022河流ilcu600025025022倾废河流大气l气hg10323526河流大气rni660300170246河流ilpb300030015004大气河流wse105784大气lv121231256大气iwzn53006700600185倾废河流大气倾废河流大气l水俣病
1958 Redfield Ratio 阐述营养元素C, N, P, O值
(原子比) 浮游生物体内的含量 (Phytoplankton) 海水里的变化 (Seawater) 海水里可提供量 (Available) P 1 1 1 N 16 15 15 C 106 105 1000 O --276 --235 200--300
海水的物理化学特性
如何把已经产生的过剩CO2除去就更令人感兴趣。
3、 海水中的营养元素
海水中由N、P、Si等元素组成的某些盐类，是海洋植物生长 必需的营养盐，通常称为“植物营养盐、“微量营养盐”或 “生源要素”。
②降水 为海洋水收入的最重要因子。每年达411~416×10３km3。
③大陆径流 大陆径流及地下水入海是海洋水量收入的另一重要因子。 进入各大洋的径流量最大的为大西洋，其次为印度洋。对太 平洋来说，注入最大的河流是中国的长江。
④结冰与融冰 结冰与融冰为海洋水平衡中的可逆过程。 海冰被海水冲击到陆地上使海洋失去水量，相反，冻结在陆 地上冰的融化会使海洋水量增加。 如果被冻结在陆地上的冰全部融化流入海洋，将使海平面上 升66m。 就目前地质年代而言，结冰与融冰的量基本上是平衡的。
食盐：烹调必须的成份，化学工业的重要原料。海水质量 的3.5%是溶解固体物，其中氯化钠占71%。
镁：海水中仅次于氧、氢、氯、钠含量最多的元素。在各 种建筑结构中有广泛用途。
溴：海水中丰度列第九位的元素，是海水制盐或海水提镁 的副产物，它可用作汽油的抗爆化合物，也可用于制药。
铀：在海水中的浓度是溴的1/2000，即使如此，许多国家 仍在开展海水提取铀的研究，以期获得铀的稳定来源。但目前 陆源的铀成本低得多，故海水提铀尚难进入商业化。
（4）水的密度变化有反常 “热胀冷缩”是一般物质的性质。 纯水在大气压力下，温度4℃时密度最大，为1000kg·m3； 4℃以上时，密度随温度的降低而增大； 4℃以下时却随温度的降低而减小，即所谓“反常膨胀”。 水结冰时体积增大，密度减小，可达916.7 kg·m3，所以冰总
海水成分恒定成分
海水成分恒定成分
海水是地球上覆盖最广泛的水源之一，其成分的恒定性是海洋生物和地球化学
过程的基础。
海水的化学成分主要由水和溶解在其中的各种无机盐组成，这些盐成分在海水中存在着一定的比例，即海水的成分恒定。
主要组成物质
1.氯化物：氯化物是海水中最主要的盐类之一，占据了海水总溶解物
质中的大部分比例。
氯化物主要来源于岩石风化以及地下水的流入，是海水中的重要成分之一。
2.钠：钠是海水中溶解度最高的金属离子之一，主要来源于岩石风化
和来自陆地的河流输送。
海水中的钠主要以钠氯化物的形式存在，与氯化物等其他盐类形成盐度。
3.硫酸盐：硫酸盐是海水中第二大盐类成分，主要来源于火山喷发和
海底热泉，对海水的盐度有着重要的影响。
4.溴化物：溴化物是海水中的微量元素之一，虽然在海水中的含量较
低，但在海洋生物的新陈代谢过程中起到了重要作用。
成分的恒定性
海水中的主要盐类成分相对稳定，其比例在大部分海域中基本保持不变。
这种
恒定性是由地球化学过程和海洋生物的活动共同维持的，保证了海洋环境的稳定性和生物多样性。
尽管海水中的盐类成分相对恒定，但在不同的海域中会存在着一些微小的差异，这些差异主要受到地质构造、海洋环流以及当地气候等因素的影响。
因此，海水成分的恒定性并不意味着完全一致，而是在一定范围内保持着相对稳定的比例关系。
结语
海水的恒定成分是海洋生态系统和地球化学过程的基础，它们的稳定性对于维
持海洋环境的平衡和生物多样性至关重要。
通过深入了解海水的成分和恒定特性，可以更好地保护海洋资源，促进海洋科学的发展和海洋环境的可持续性。
海水成分包括无机盐和什么
海水成分包括无机盐和有机物
海水是地球上最广泛的天然水体，其成分复杂多样。
海水中的主要成分包括无机盐和有机物。
这两类物质构成了海水独特的化学组成，为海洋生物的生存提供了必要的条件。
无机盐
无机盐是海水中最主要的成分之一。
主要的无机盐包括氯化钠（NaCl）、硫酸镁（MgSO₄）、硫酸钙（CaSO₄）、碳酸钠（Na₂CO₃）等。
这些无机盐是从陆地上岩石的风化和海床的火山喷发中流入海洋中的。
其中，氯化钠是海水中含量最丰富的盐类，占据了海水总盐量的大部分。
有机物
有机物是海水中的另一类重要成分。
有机物包括蛋白质、脂肪、碳水化合物等有机化合物。
这些有机物来源于海洋生物的代谢活动、植物残骸的分解以及陆地上的污染物输入等因素。
有机物为海洋生物提供了能量和营养物质，同时也参与了海水的化学循环过程。
海水成分的影响
海水中的无机盐和有机物对海洋生物和海洋环境具有重要的影响。
无机盐的含量影响着海水的密度、结晶度和电导率等性质，对海水的物理化学过程产生影响。
有机物则在海洋食物链中扮演着重要的角色，是海洋生态系统的重要组成部分。
总的来说，海水中的无机盐和有机物相互作用，共同构成了复杂的海洋化学系统。
了解海水的成分对于认识海洋环境、保护海洋资源具有重要意义。
希望人类能够更加关注海洋环境，共同保护我们美丽的蓝色地球。
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合成有机化合物- DDT杀虫剂
化学名为双对氯苯基三氯乙烷，化学式 (ClC6H4)2CH(CCl3)。是有效的杀虫剂。为20世 纪上半叶防止农业病虫害，减轻疟疾伤寒等蚊蝇 传播的疾病危害起到了不小的作用。 1948年，瑞士科学家米勒因合成高效有机杀虫剂 DDT获诺贝尔生理学或医学奖。 在环境中非常难降解，并可在动物脂肪内蓄积。 从70年代后滴滴涕逐渐被世界各国明令禁止生产 和使用。
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§4.4 海水中的营养元素
海水中由N、P、Si等元素组成的某些盐类，是海洋植物 生长必需的营养盐，通常称为 “生源要素”。
海水中痕量Fe，Mn，Cu，Zn，Mo，Co，B等元素，也 与生物的生命过程密切相关，称为“痕量营养元素”。
营养元素在海水中含量很低，在海洋表层成为海洋初级生 产力的限制因素，又称它们为“生物制约元素”(the biological limiting elements)。
溶解氧（DO）在海水中分布 O2Fra bibliotek200
补偿深度
深度
呼吸
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光合
海水中的气体－O2
生化需氧量（BOD）：需氧条件下有机物由 于微生物的作用所消耗氧气的量。 一般用20℃下培养5天－5日生化需氧量， 记为BOD5 化学耗氧量（COD）：向海水中加入氧化 剂，反应后将消耗的氧化剂的量换算成氧 的毫克数。
表层（0~80m）DO最高，随深 度增加DO（80~200）递减 表层光合作用较强，DO高 深层（200m下）含量较低且较 稳定 光照弱，光合作用弱，DO低 在某一深度，溶解氧的生产量等 于消耗量。该深度即为溶解氧的 补偿深度。 近岸补偿深度1~2m，马尾藻海 100m，平均20m。 O2测量：碘量法
18
19
海水中的气体
气体 与生物相关:CO2、O2 与生物无关：N2、惰性气体
决定海水中气体含量首要因素是大气中气体含 量，如果没有生物活动，海水中气体含量应与大 气中该气体含量成正比。 实际含量因生物活动会产生显著变化，两者之差 反映海水中生物活动。
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海水中的气体－O2
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第二节 海水中的二氧化碳系统
二氧化碳溶解于海水中，存在电解方程
CO2+H2O → H2CO3 → H++HCO3- → 2H++CO32-
Ca2++CO32-=CaCO3 CO2在海水中存在形式：CO32-、HCO3-、H2CO3+ CO2 浓度： HCO3- >CO32-> CO2 （pH值8.1） 海水总二氧化碳中含量约2.2mmol/kg
第四章 海水的化学组成和特性
化学海洋学是用化学的原理和方法解决海洋 中有关问题的科学，基本内容就是研究海水 的化学组成和特性
掌握 : 主要成分 海水中CO2存在形式及浓度 营养盐分布及变化规律 海洋污染及种类
1
第一节 海水化学组成
海水化学组成包括：
纯水：965.3‰ 溶质：34.7‰ 1、主要成分 2. 气体：氧气、氮气、二氧化碳、惰性气体 等 3.营养元素：N、P、Si等 4.微量元素：Ca、Mn、Zn等 5.有机物质：氨基酸、叶绿素等
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铁假说
面对日益严重的温室效应，科学家束手无策，人 心惶惶。却有 一位海洋学家，异想天开，提出 一个十分简单的解决之道：把100万吨的铁粉撒 在南极样上即可。这个【铁假说】引起学术界一 片哗然。 「你给我半条船的铁，我给你一个冰河时 代！ 」 ──馬丁
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海洋成为生命的摇篮
海水的pH值约为8.1，海水具备缓冲溶液性质，使得 pH值变化很小，因此有利于海洋生物的生长。 海水弱碱性有利于海洋生物利用CaCO3组成贝壳。 海水中溶解无机盐为植物生长提供必需营养盐、微 量元素。 大洋水体大，比热大，温盐变化小，生物环境较稳 定，洋流等水平（铅直）方向水交换，保证大洋水 体热盐较长时间内维持相对稳定。 海水的CO2含量足以满足海洋生物光合作用的需要， 因此海洋成为生命的摇篮。
25
氮、磷、硅的主要存在形式
氮 nitrogen的主要存在形式：
在各种形式的氮化合物中，能被海洋浮游植物直接利用
的是溶解无机氮化合物(Dissolved Inorganic Nitrogen， DIN)，包括硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐。
26
氮是构成海洋生物体内蛋白质、氨基酸的 主要组分。
海水中无机氮化合物被同化为植物细胞中的氨基酸。 此外，近年来的一些研究表明，还原浮游植物也会直接利
AMPLIFIED GREENHOUSE EFFECT
Higher concentrations of CO2 and other "greenhouse" gases trap more infrared energy in the atmosphere than occurs naturally. The additional heat further warms the atmosphere and Earth’s surface.
7
海洋中重金属污染
重金属的主要污染源为： 工业废水 矿山污泥 废水 被污染的大气 重金属污染对海洋生物的危害 致死现象 阻化效应 形态变化 危害的根本原因：生物对重金属的富集作用
8
重金属污染
二类海水 一类海水
9
重金属对海洋污染的来源、途径和污染危害趋势
元素 Ag As Cd Co Cr Cu Hg Ni Pb Se V Zn 世界产量 103t/y 10 39 17 22 2800 6000 10 660 3000 1 12 5300 大气输入 103t/y 0.07 0.7 10 0.7 20 250 3.2 300 300 0.5 12 6700 河流输入 103t/y 10 37 1.1 15 240 250 3.5 170 150 7 312 600 残留时间a 103y 12.3 85 62 3.7 22 22 26 246 0.4 84 56 18.5 污染途径 河流 倾废 河流、大气 河流 河流 倾废、河流、大 气 河流、大气 河流 大气、河流 大气 大气 倾废、河流、大 气 污污危害趋 势b Ⅱ(L) Ⅲ(L) Ⅲ(L) I(L) I(L) Ⅱ(L) Ⅳ(R) I(L) Ⅳ(W) Ⅱ(L) I(W) Ⅱ(L)
秋季
冬季
32
光、营养盐—影响初级生产力
营养盐
纬度
营养盐浓度
70 50
极地生产力
光照强度
营养盐 营养 盐
温带生产力 30 光照 热带生产力
冬季 春季 夏季 秋季 冬季
光照 光照 5 10
33
中纬海域生产力季节变化
季节性温跃层3月形成，5月增强，7～8月强盛，9月消 衰；夏季跃层形成使得对流混合不能达到海底，表层 营养盐得不到及时补充，含量较低，成为生产力的限 制因子；冬季光照成为初级生产力限制因子 初级生产力即植物利用光合作用单位时间内合成有机 物能力，受光照、营养盐含量等多因素制约，只有当 各因素同时满足条件，初级生产力才能形成高峰 冬季光照较弱，限制初级生产力，对流混合深度较深 因此积累大量营养盐；春季光照逐渐增强，生产力形 成一次高峰；夏季由于跃层形成，对流混合深度变 浅，使得营养盐得不到补充，生产力逐渐降低；秋季 跃层逐渐消衰，对流混合深度增强，营养盐补充增 34 加，初级生产力出现第二次高峰。
用一部分溶解有机氮化合物(Dissolved Organic Notrogen ，DON)，但是吸收量甚少。
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磷 Phosphorus
溶解态无机磷酸盐 DIP
HPO42-,PO43-, polyphosphate（多磷酸盐）
溶解态有机磷酸盐 DOP 颗粒态磷酸盐 PP
颗粒态无机磷酸盐 PIP：磷矿-主要是磷灰石。 颗粒态有机磷酸盐 POP：核酸、ATP、细胞膜磷
15
生物泵
海洋植物能够吸收大气中CO2，将CO2以有 机物形式固定在海水中，有机物经过食物链 传递，最后以碳酸钙形式沉降到海底，该过 程称为生物泵－减少大气中CO2含量 减轻温室效应途径之一—增加海洋中植物生 物量；
赤道、两极硝盐和磷盐丰富，生物量很低，可能
是因为铁的限制。向该海域中增加微量铁盐，可 以提高藻类的增殖速度，从而吸收更多的CO2。
来源：岩石风化产物、河流径流 含量：周期表两端元素较高（除惰性气体）
微量元素：海水中除了14种主要元素浓度大于 10-6mg/kg外，其余元素浓度值均低于此值，这 些元素即为微量元素
3
4
5
海洋污染
海洋污染：直接或间接由人类向大洋和河口排 放的各种废物或废液，引起对人类生存环境和 健康的危害，或者危及海洋生命的现象。 分为：
脂
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硅 Silicon
主要以溶解硅酸盐和悬浮二氧化硅两种形式存 在。 硅是硅藻(Diatom)生长必需的营养盐。含硅海 洋生物的残体沉降到海底后，形成硅质软泥， 是深海沉积物的主要组分。
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营养盐平面分布
1、沿岸、河口水域的含量高于大洋－人类 活动和大陆径流 2、太平洋、印度洋高于大西洋－水文状况 和沉积作用 3、大洋中高纬度海域高于低纬度海域－生 物活动
石油等碳氢化合物－生态恶化； 重金属－易被生物体富集； 农药等合成有机物－难分解； 生活污水和有机废物－富营养化； 放射性物质； 热污染。
6
碳氢化合物污染物
海上石油运输导致泄露: (5-10)X106t/y流入大 海，约2/3是在运输途中泄露，1/3是炼油厂的 废油和其他工业废水中的碳氢化合物流入海中。 大部分海洋石油污染则是来自船用内燃机燃料 的不完全燃烧和油轮压舱水的排放。 溢油对食物链中的大部分海洋生物有毒。