海洋化学问答题
更新时间:2023-10-08 17:11:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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(Conservative element):
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(Nonconservative element): 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0.5 mol.dm-3的HCI溶液。
原始海水组成可视为:由0.3 M HCl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。
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