海洋化学 期末复习资料

第一章

1. 海洋化学的定义是什么，研究内容是什么？

海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程，以及海洋资源在开发利用中的化学问题的科学，是海洋科学的一个分支（学科定义）。

研究内容概括：含量、迁移、过程、通量

①海洋环境中各种物质的含量、存在形式、化学组成及其迁移变化规律；

②控制海洋物质循环的各种过程与通量，特别是海-气、海-底、海-陆、海-生等界面的地球化学过程与通量。

2. 海洋化学和化学海洋学的定义与区别。

化学海洋学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程的科学，是海洋化学的主要组成部分。海洋化学包括：化学海洋学、海洋资源化学

区别：海洋化学是研究海水或是海洋里物质的化学，是以化学为主。

化学海洋学是用化学的方法来研究海洋。

3. 海洋中广泛存在五大化学作用分别为：

氧化还原作用、沉淀溶解作用、酸碱作用、络合作用、界面作用

第二章

1. 海水中包含各种各样的物质，分为几类，分别是什么？(p16，元素存在形态）

颗粒物质：包括由海洋生物碎屑等形成的颗粒有机物和各类矿物所构成的颗粒无机物；胶体物质：包括多糖、蛋白质等构成的胶体有机物个Fe、Al等无机胶体；

气体：包括保守性气体（N2、Ar、Xe）和非保守气体（O2、CO2）；

真正溶解物质：包括溶解于海水中的无机离子和分子以及小分子量的有机分子。

2.Marcet-Dittmar 恒比规律是什么？海水中常量元素基本保持恒定的原因是什么？影响海水中常量元素恒定性的原因是什么？

Marcet-Dittmar恒比规律，即表示海水的大部分常量元素，其含量比值基本上是不变的。（意味着不管盐度从一个地方到另一个地方如何变化，海水中常量元素的比值几乎是恒定的。）

海水中常量元素基本保持恒定的原因是：水体在海洋中的迁移速率快于海洋中输入或迁出这些元素的化学过程的速率。（加入和迁出不改变海洋中元素总量，只改变离子浓度和盐度）海水常量成分恒定性成因：

混合作用——大洋海水通过环流、潮流、垂直流等运动，连续不断地进行混合。

体积巨大——海水体积极大，它所拥有的多种成分的总量也十分巨大，外界的影响（如大陆径流等）很难使其相对组成发生明显的变化。即使海水的蒸发以及大气降水，也只能使海水的浓度在局部区域增加或减少，但对于主要成分相对比例的影响是极微小的。 影响海水中常量元素恒定性的原因是：河流、结冰和融冰、海底火山、生物过程、溶解度的影响、大气交换、盐卤水的流入、缺氧环境

河流：由于河水成分与海水不一致，而使氯度值低的河口及近海水域元素-氯度比值产生较大的变

化。

结冰和融冰：高纬度区结冰和融冰过程，会对Na +及SO 42-

的氯度比值产生影响。

海底火山：海底火山的喷出物可能对局部海水一些离子的氯度比值产生影响，如局部底层水中的

F -增高，可能就是这种影响的结果。

生物过程：例如生物对Ca 及Sr 的吸收使表层水中Ca 及Sr 含量相对于深层海水为低。

溶解度的影响：深层海水由于温度降低及压力增加使CaCO 3的溶解度加大，而使深层水的Ca 含量

增加。

大气交换：有些挥发性及大气降水含量高的化合物可能对表层海水中某些元素，例如B ，产生影

响。

盐卤水的流入：在海洋底部的某些区域，断裂层处会有高盐水流入海洋．例如红海2000米深的海

盆处发现有高温高盐卤水流入，其主要成分的氯度比值与大洋水完全不同。 缺氧环境：电位降低，部分SO 42－被还原为H 2S ，导致SO 42－/Cl 降低。

3.实用盐度的定义是什么？全球海洋盐度的分布特征是什么？

实用盐度的定义PSS78：以温度为15℃，一个标准大气压下海水样品的电导率与相同温度和压力下，质量比为32.4356×10-3的KCl 溶液电导率的比值K15来确定的。（选用标准海水为氯度为19.3740×10-3的北大西洋海水，其盐度为35.0000）

全球海洋盐度的分布特征：

（1）沿岸海域由于受到河流径流与地下水输入的影响，盐度变化很大；在开阔大洋，表层水盐度主要受控于蒸发导致的水分损失与降雨导致的水分增加之间的相对平衡。

（2）赤道附近盐度最低，在纬度20°左右盐度最高；原因是赤道降雨量大和风速减弱，而高纬度则因降水量超过蒸发量。

（3）世界各大洋的表层海水盐度分布不均匀，影响因素主要有：蒸发、降水、结冰、融冰和陆地径流的影响。 （4）深层海水的盐度变化较小，主要受环流和湍流等物理过程的控制。

第三章

1.大气层的结构是什么？四层结构的特点是什么？现代大气的组成（p35）

结构：对流层、平流层、散逸层、电离层。

对流层：越向高处气温越低，温度平均以每上升1km 降低6度的速度下降。

平流层：气温随着高度上升而增加，这是由于该层大气中的氧分子和臭氧分子吸收阳光而变暖的缘故（臭氧层即在此大气层中）。

散逸层：气温降低到极小值。

电离层：由于气体组分的逐渐消失气温逐渐升高。

现代大气的组成：大气主要由一些常量气体（N2、O2、Ar、H2O、CO2，含量>100ppm）、微量气体（Ne、He、CH4、CO等，含量为ppm）、痕量气体（O3、NO、N2O、SO2、CCl2F2、CF4、NH3等，含量为ppb或ppt）和自由基（如OH 等）组成。除气体外，大气也含有一些凝结相，如：云团、气溶胶等

2.道尔顿分压定律内容是什么？

大气气体的定量组成可用道尔顿分压定律来描述，即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。

某理想气体分压p G为

3.气体溶解度的定义。

4.海-气界面气体交换的薄膜模型内容是什么？

假定存在一层“静止”的薄膜层，其作用是阻碍海-气界面气体的交换，气体通过分子扩散穿过此薄膜，同时假设该薄膜层以上的大气中以及该薄膜层以下的水体中气体是充分混合的，在这种情况下，该薄膜层顶部水体中气体的浓度与其上方的大气达到平衡状态，而薄膜层底部气体的浓度与海洋混合层的浓度相同。

5.非活性气体包括哪两类气体？它们在海洋中的分布受哪些因素的影响？其饱和度和饱和偏差的表达式？

非活性气体包括：惰性气体、氮气；其分布受控于物理过程以及温度和盐度对其溶解度的影响。

6.海水中的溶解氧来源有哪两个途径，其主要通过哪三个过程被消耗

迁出？

途径：大气输送、海洋生物的光合作用。

消耗：生物呼吸、有机物分解、无机物的氧化作用。

7.简述大洋水溶解氧的垂直分布特征（按照表层、次表层（真光层内）、真光层以下、深层水等四个层次分别写出它们的特征）。（ P50） 表层：溶解氧含量上下基本一致的，与大气处于或者接近平衡（海－空交换、风力作用混合和垂直交换）

次表层（真光层内）：会出现氧的极大值（通常约在50 m 以内）（光合作用产生氧的速率＞氧扩散速率，出现暂时积累。）

真光层以下：氧含量随水深增加逐渐降低。氧消耗速率较高时会出现氧最小值层（约在1000 m 以内）。（有机物分解耗氧，氧的补充速率小于真光层。）

深层水（氧最小层以下）：随深度增加溶解氧含量逐渐增加。（高纬地区低温富氧水下沉补充交换所致。）

8.表观耗氧量（AOU ）的定义。

指在相同条件下，实测氧浓度对于氧溶解度的偏离量。

假设某水团在沉降至深海前其在海面与大气达到气体交换平衡，水体中的溶解氧将达到饱和，水体下沉后，由于有机物的分解等作用，溶解氧含量发生变化，二者之差称为表观耗氧量（AOU ） S

AOU DO DO =-

第4章

1.海水中二氧化碳-碳酸盐系统的反应平衡方程包括哪几个？

海水中碳元素的存在形式：

2.PH 值的定义，及其影响因。

PH 值等于氢离子活度的负对数，对于无限稀释的溶液，氢离子活度约等于氢离子浓度。 导致海水PH 值变化的主要因素是海水的无机碳体系和海洋生物活动

而无机碳体系与温度、盐度、压力、无机碳各组分含量等有关

3.海水的总碱度定义，表达式是什么？影响海洋总碱度的海洋学过程是什么？海水中无机碳主要化学形态。

总碱度定义：海水中含有相当数量的HCO3-、CO32-、H2BO3-、H2PO4-、SiO(OH3)-等弱酸阴离子，它们都是氢离子的接受体。海水中氢离子接受体的净浓度总和称为“碱度”或“总碱度”，用符号Alk 或TA 表示，单位为mol/dm3

或mol/Kg 。

为氢离子自由离子的浓度。

因此海水总碱度与盐度密切相关。海洋盐度主要受控于降雨、蒸发、淡水输入、海冰的形成与融化等，因而这些过程也会导致海水总碱度的变化。

CaCO3的沉淀与溶解：CaCO3的沉淀会导致海水中Ca2+浓度的降低，由此导致保守性阳离子与保守性阴离子之间的电荷数差减少，海水总碱度降低。

氮的生物吸收和有机物再矿化过程中溶解无机氮的释放：海洋生物对氮的吸收以及有机物再矿化过程中释放的溶解无极氮对海水总碱度产生小的影响。

海水中无机碳主要化学形态：CO 2（aq ）、H 2CO 3、HCO 3-和CO 32-

4.总二氧化碳的定义，表达式是什么？影响海洋总二氧化碳的海洋学过程是什么？

定义：海水中各种无机碳形态浓度之和称为总二氧化碳（TCO2）或总溶解无机碳(DIC)，有些文献以ΣCO2或CT 来表示。 表达式：DIC=TCO 2=[CO 2(aq)]+[H 2CO 3]+[HCO 3-]+[CO 32-]

其含量也随盐度的变化而变化。一般而言，海水盐度越高，TCO2亦较高，而海水盐度与降雨、蒸发、淡水输入、海冰的形成与融化等密切相关。

海洋生物光合作用：海洋生物光合作用的实质在于将海水中的溶解无机碳（DIC ）经过生物化学过程转化为有机碳，因此，海洋生物光合作用的强弱将对海水TCO2产生影响。在光合作用比较强的海域或区间，海水TCO2一般较低，反之亦然。

有机物的再矿化：海洋有机物的再矿化过程会产生CO2，进而快速水解成HCO3-和CO32-离子，从而增加海水的TCO2，这一过程的影响对于中深层水体TCO2尤为重要。

CaCO3的沉淀与溶解：海洋钙质生物生长过程中利用海水中的CO32-合成其CaCO3壳体或骨骼，由此可导致海水TCO2的降低。当这些CaCO3壳体或骨骼输送进入中深层海洋后会溶解，由此导致水体中TCO2的增加。

]PO H [][]HSO [][]HS []NH []SiO H []PO [2]HPO []O []B(OH)[]CO [2]HCO [T 434343-3-242334

4----++++++++=-+--

----HF H H A F []F H +

5. 海水中二氧化碳分压的定义，并说明影响其空间分布的因素。 定义：海水中二氧化碳分压是指溶解在海水中的二氧化碳分子产生的压力。 影响其空间分布的因素：

（1）海洋生物光合作用消耗水体中的CO2，导致pCO2的降低；

（2）CaCO3的溶解降低水体中的CO2浓度，导致pCO2降低；

（3）太阳辐射的增强可导致表层水温度升高，海水中CO2溶解度降低，pCO2也会降低；

（4）海洋生源颗粒有机物氧化分解会增加水体中CO2，使pCO2升高；

（5）海水中CaCO3的形成增加水体CO2浓度，进而导致pCO2的升高；

（6）人类燃烧矿物燃料导致大气CO2的增加，进而通过海-气界面交换导致表层水CO2的加入，pCO2升高。

6.二氧化碳-碳酸盐体系的缓冲因子RF 反映的是什么？

缓冲因子RF 反映了大气二氧化碳分压相对变化对海水总二氧化碳相对变化的影响。

7.海水中CaCO3的表观溶度积、饱和度以及饱和深度的定义？ 通常采用表观溶度积来表示CaCO3的沉淀与溶解平衡：此时达到平衡： CaCO3的饱和度可用下式表示： 表达式上部为实测溶度积，下部为现场温度、盐度和压力下的溶度积

饱和深度的定义：实测的海水中CO 32-浓度垂直分布曲线将与CO 32-饱和浓度垂直分布曲线产生交点，该交点对应的深度即为饱和深度。

8.表观电力平衡常数PK 值的含义？海水中碳酸一级表观电离常数？ pK 值简单地等于其平衡常数的负对数：pK=-lgK

首先考虑海水中碳酸的一级表观电离常数：

假设某给定的溶液中，[CO2]=[HCO3-]，

即此时该溶

液的pH 值等于Pk 。 其二级表观电离常数也有相同的特征。第5章

1.一般来讲主要的生源要素包括哪三个？

（1）不称为营养盐：CO2、SO42-、HBO3-、Mg2+、Cl-、K+、Ca2+等（含量高，不会限制生物生长）。

（2）痕量营养盐：如Fe 、Mn 、Co 、Zn 、Se 等（在海水中含量很低）。

（3）主要营养盐： N 、P 、Si ，是海洋初级生产过程和食物链的基础，其在海水中的含量会影响海洋生物生产力与生态系统结构，反过来，生物活动又对其在海水中的含量、分布产生明显影响。

22sp sat 3sat '[Ca ][CO ]K +-??223'

sp [Ca ][CO ]K +-

Ω=

2.海水中主要营养盐的来源包括哪4类？

大陆径流的输入、大气沉降、海洋生物源有机物的分解（营养盐再生）、海底热液活动等。

3.海水中氮输入海洋的主要途径包括哪三类？

火山活动（以NH3形式）、河流和大气。

4.海洋氮循环的关键过程有哪些？

1. 氮的生物吸收、

2. 固氮作用、

3. 硝化作用、

4. 反硝化作用。

5.生物的固氮作用怎么理解？

海洋中的某些原核生物通过固氮酶的作用将N2转化为N化合物（如NH4+, DON等）的过程。该过程所释放的N化合物可为浮游植物和其他微生物提供N营养盐。固氮酶促成生物固氮

作用，将N2还原为NH3是6个电子的转移过程：

但还原酶还原形成H2，还另外需要2个电子：

生物固氮过程需要消耗大量的能量，同时伴随着放氢反应，ATP为此反应过程提供所需的能量。生物固氮的总反应式为：

6.硝化作用和反硝化作用怎么理解，反映方程式如何？

硝化作用：在氧化性海水中，氨极易通过海洋细菌Nitrosomonas（亚硝基单孢菌）和Nitrobacter（硝化细菌）的作用被氧化成NO2ˉ，并进一步被氧化为NO3ˉ，这一过程称为硝化作用。

硝化作用包括两个环节，首先是氨的氧化，其参与生物是Nitrosomonas（亚硝基单孢菌），

具体反应如下：

其次是亚硝酸盐的氧化,参与生物是Nitrobacter（硝化细菌），反应如下：

反硝化作用：在溶解氧低的海水中，一些异氧细菌将NO3ˉ作为电子接受体以代谢有机物，从而将部分NO3ˉ还原为NO2ˉ，并进一步还原为N2，在这个过程中，氮并没有被结合到细菌生物体中，该过程称为反硝化作用，它会将海水中的NO3ˉ转化为N2而离开海洋。

第6章

1.海水中痕量金属的来源包括哪几类？（p162）其迁出主要包括哪几个方面？

来源包括：1.大陆径流（主要途径）和大气沉降（大陆径流和大气沉降是陆地岩石风化产物、人类活动排放物）、2.海底沉积物间隙水向上覆水体的扩散、3.海底热液活动、4.人类活动迁出主要包括：1.氧化环境下颗粒表面的吸附和沉淀、

2.结合进入生源颗粒物、

3.还原性环境、

4.热液活动

2.根据海水中痕量金属垂直分布的特点可分为几类，各有什么特点？（1）保守型：少量痕量金属，如Rb+、Cs+、MoO42-、WO42-、Au（预计），其垂直分布与温度或盐度的变化相一致，在海洋中的分布仅受控于物理过程，如水体的平流与扩散作用等。这类金属元素通常不会明显富集于生源物质，故也是生物非限制性元素。

（2）营养盐型：类似于主要营养盐，均在深层水存在富集现象，如Zn、Cu、Ni、Cd等。（3）表层富集型：由供给源输送至表层水，而后迅速并永久地从海水中迁出。它们在海洋中的周转时间远短于水体混合时间。

（4）中层极小值型：表层水溶解态Al较高的浓度来自大气沉降的输入，而深层水溶解态Al较高的浓度来自沉积物中Al重新溶解后向上覆水体扩散。中层水的极小值是由于该区域距离源区较远，同时通过吸附至沉降硅质外壳而迁出共同形成。类似的痕量金属元素有Sn。（5）中层极大值型：缘于痕量元素存在中层来源，如由热液活动输入引起，如Mn、3He。（6）中层亚氧层的极大或极小值型：海洋的次表层相对于溶解氧通常是不饱和的，但如果仍存在少量溶解氧的情况下，称为亚氧化条件（suboxic）。最明显的亚氧化条件出现在沿岸上升流区和水体运动不活跃的区域，如太平洋的秘鲁上升流区和印度洋的阿拉伯海。（7）缺氧水体的极大或极小值型：开阔大洋几乎没有缺氧现象，但在边缘海（如黑海）和深海沟中（Carciaco Trench）可以见到。痕量金属在中层水体存在极大或极小值的原因与亚氧化条件下相同。

第7章

1、海洋有机物的来源、特点、分为哪几类？

外部来源：主要是河流输入和大气沉降。

内部来源：生物光合作用合成、光化学合成和沉积物释放。

海洋有机物的特点：

●含量低。大洋表层水溶解有机碳浓度为90 μmoldmˉ3左右，深层平均含量不到50 μmoldmˉ3。

●组成复杂。到目前为止，尚未完全搞清海洋有机物的组成，大部分溶解有机物的组成、结构尚未确定下来，只有大约25％的有机物的结构得到确定。

●分布不均匀。受来源和去除作用的影响，海洋有机物分布呈现明显的时间性和区域性，属非保守要素。

●容易形成金属－有机络合物。海洋中存在有机－无机相互作用，其中所观察到的是形成金属有机络合物，如含Co2+的氰钴胺素（VB12）和含镁的叶绿素a，均已作结构鉴定。

海洋中的有机物（OM）

●按来源分类：陆源、海源；

●按溶解性（过滤操作）分类：溶解有机物（DOM）、颗粒有机物（POM）；

●按分子量分类：低分子有机物、高分子有机物；

●按稳定性分类：稳定有机物、不稳定有机物；

●按（生物）化学类别分类：类脂物、碳水化合物、氨基酸和多肽、腐殖质，…

2.海洋中的颗粒有机物主要来自哪几个方面的初级生产过程？分为哪两类？

主要来自浮游植物、大型藻类、自养细菌等的初级生产过程，可区分为活体颗粒有机物和非活体颗粒物有机物两类。

3.溶解有机物根据活性可分为哪三个部分？

易降解、半易降解、难降解。

第8章

1.同位素的定义是什么？根据原子核的稳定性可分为哪两类？

同位素的定义：原子核内质子数相同而中子数不同的原子，它们在周期表中占同一个位置。按原子核的稳定性分为：稳定同位素和放射性同位素。

2.同位素丰度的定义，同位素比值的定义？

丰度：某元素的某种稳定同位素所占的百分数。

比值：某种元素的两种稳定同位素含量之比（重/轻）。

3.同位素的示踪意义？

在元素生物地球化学循环研究中，同位素示踪独具特色和优势，他们不仅可以提供诸多元素生物地球化学循环路径的信息，而且可以为各种循环过程提供可靠的时标，由此从动力学角度揭示元素生物地球化学循环的调控机制。