化学海洋知识汇总

1、化学海洋学研究的内容

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。

可概括为：含量、迁移、过程、通量

2、现代海水的化学组成

（1）元素存在形态

①海洋物质：

②颗粒物质：由海洋生物碎屑等形成的颗粒有机物和各种矿物所构成的颗粒无机物； ③胶体物质：多糖、蛋白质等构成的胶体有机物和Fe、Al等无机胶体；

④气体：保守性气体（N2、Ar、Xe）和非保守气体（O2、CO2）；

⑤真正溶解物质：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。

实际工作中，一般以孔径为0.4或 0.2μm的滤膜过滤海水，被滤膜截留的称为颗粒物，通过滤膜的称为溶解物质，其中包含了胶体物质（操作性定义）。

（3）恒比规律

海水的大部分常量元素，其含量比值基本上是不变的。

原因：水体在海洋中的移动速率快于加入或迁出元素的化学过程的速率。

（4）海水常量组分组成非恒定性的影响因素

①河口区：河水输入对区域恒比规律有一定影响

②缺氧海盆：细菌的还原作用，使SO42-被还原为H2S，进而可通过形成FeS2、ZnS、CuS等沉淀将迁出水体，由此导致海水中的SO42- /Cl-非常低，偏离恒比规律。

③海冰的形成：海冰形成时，仅少量离子结合进入海冰，导致盐卤水常量组分比值偏离恒比规律。海冰形成时， SO42-结合进入冰体，导致海冰具有高SO42- /Cl-比值，而残余水的SO42- /Cl-比值较低。海冰形成过程中，CaCO3沉淀在海冰中的形成也会导致Ca/Cl比值的变化。

④矿物的沉淀与溶解：海洋中文石或方解石的沉淀会导致海水中Ca2+浓度的减少，而文石或方解石在深层水中的溶解可导致Ca2+浓度增加约1%，这就导致海水中Ca/Cl比值的变化。 ⑤海底热液的输入：热液的注入对绝大多数海水主要成分的影响很小，但会使局部海域一些常量组分也会发生变化，如Si和Ca浓度的增加，Mg、K、B和SO42-浓度的降低等。此外，在大西洋海脊处观察到高的F/Cl比值，也被归因于海底火山气体的注入。

⑥与盐卤水的混合：不同矿物，如NaCl（食盐）、CaCO3（文石）、CaSO4?2H2O（石膏）是在蒸发的不同阶段形成，即在不同时间以不同的速率迁出。

⑦海-气界面物质的交换：每年通过气泡释放至大气中的离子高达109吨，其中的绝大多数直接或间接地返回海洋。在此过程中，由于气泡会将部分溶解组分和颗粒物选择性地富集在其表面并离开海洋，导致元素组成发生分馏。

由风引起的海水飞沫的搬运：Cl、Br、F

海面的蒸发：I、Br、S、H2BO3

气体溶入海水中：CO2、SO2、CH4

⑧沉积物间隙水的影响：沉积物间隙水的一些常量组分与海水明显不同，受沉积物间隙水影响的水体，其常量组分会发生一定的变化。

3、盐度（Salinity）的原始定义（1902）

在1 kg海水中，将所有的碳酸盐转变为氧化物，所有的溴和碘为等摩尔的氯所取代，且所有有机物被氧化以后，所含全部固体物质的总克数。

单位：g/kg， 以符号S‰表示。

实用盐度

1978年，航运的通道。海洋是人类环境的重要组成部分，具有稳定全球环境的机能和容纳净化“百川归海”各种污物的机能，但近50年来，海洋这两种机能正遭受到损害，如果海洋因污染而丧失生命力，人类将从地球上消失。

1. 海洋化学资源

地球平均半径6378.14km，由此可算出地球总表面积为51000×10km，海洋面积42

占总面积的70.8%，为3605×104km2(陆地总表面积为1495×104km2)，海水总量为361×1011t。自从出现人类以来，海洋就成为人类获取资源的宝库。

化学元素有100多种而海洋中就有80余种，尤其是Na+、K+、Cl-、I-、Br-、等非常丰富，每立方公里海水中含NaCl l2000多万吨，据预测如果将渤海海水中的氯化钠全部提取出来足有583亿吨，够10亿人吃10万年[2]。

在1000t海水中，可提取32t食盐、3t氢氧化镁、4t芒硝、0.5t钾、65g溴、26g硼、3g铀、170g锂。所制得的食盐是化工上制取纯碱、烧碱、盐酸、氯及各种氯化物的原料。据外国的估计，中国近海石油与中国陆地石油储量相当约40~150亿t(300~1120桶)其中渤海、黄海各为7.47亿t(56亿桶)、东海为17亿t(128亿桶)、南海(包括台湾海峡)11亿t(80亿桶)，XX周围东海大陆架海域亦储藏丰富的石油，据外国人估计有几十亿t。

一中国沿海和近海的海洋能蕴藏量估计为10.4亿kw，其中潮汐能1.9亿kw、海浪能1.5亿km，温差能5.0亿千瓦、海流能1.0亿kw、盐差能1.0亿km。可开发利用的装机容量潮汐能为2000万kw，海浪能为3000~3500万kw。

2. 海洋污染的突出表现原因

海洋的污染是由于人类的活动改变了海洋原来的状态，使人类和生物在海洋中各种活动受到不利的影响。由于海水水量之巨大和海浪的澎湃波涛，一般的污染在大洋中容易驱散通过大海得到自净。同时因为海洋容量非常大，以至包括海洋深层的海水循环一周需要数百年，因此海洋遭受的重型污染影响海洋机能所潜优的危机可能暂不易发现，一旦出问题，可能就非人类力量所能解决的了。

海洋污染的主要表现有赤潮、黑潮和原油泄漏造成海湾大面积污染，海生生物、海鸥生灵涂炭。

2.1 赤潮形成及危害

水体富营养化作用(entrophication)使藻类在海湾大量繁殖是形成赤潮的主要原因。 藻类(algae)属低等植物的一大群类，形成赤潮的藻类主要是甲藻。当水中含N>0.2~0.3mg/L、ρ>0.02~0.03mg/L时，藻类等浮游生物暴发性地增殖、夺取水中溶解氧，而藻类代谢死亡又导致水体腐败，散发鱼腥味、霉腐味和硫醇、吲哚的恶臭，使鱼虾大量死亡，漂浮于水面引起严重厌氧。有的藻类还能产生毒素，传播疾病直接危害人的健康。赤潮高潮时使大片海域生态环境严重破坏，形成公害。

藻类组成的原生质为C106H263O110N16ρ，它的形成机理是水中含氮、磷(硝酸盐、氨氮和磷酸盐)的有机废水在高温气候条件的光照作用下形成赤潮或红潮(redtide)，在淡水湖泊则形成水华(water bloom)：

可知水体中含少量的氮(7.2g)和磷(1g)就会产生大量的藻类(115g)。

由于热力学作用，水体在高温季节可呈现分层现象，即上层水暖比重小，下层水冷比重大，如果此时水面受富含氮、磷的有机物的污染，则极易形成赤潮。但当藻类代谢时，从藻类生成的逆反应可看出，要分解1个分子(1mol)的藻类需消耗138个分子(138mol)的氧，可知藻类代谢耗氧量是惊人的。此时最容易造成赤潮的危害。

赤潮的特点是来势凶猛持续时间长，其后果是海水水质恶化，对水产业和养殖业

造成区大损失，也危害沿海居民健康和渔民作业。值得注意的是关于使用化肥、农药的农业污水，也是造成赤潮的原因之一，目前还未受到重视，有的甚至还完全不了解大量施用农药、化肥对海洋生态的危害。对于建立城市污水处理厂和工业建设与环保“三同时”政策在各级领导中的环境意识也是非常薄弱的。总之，赤潮灾害完全是人类生产、生活不注重保护生态环境的行为造成的。如果人们仍不采取有效措施保护海洋生态环境，重视环境保护人才的培养和使用、普及生态环境保护知识的话，当年的赤潮过去，第二年的赤潮还会卷水重来！甚至发生的频率及其危害程度会逐年加大，亟待引起各方关注。

2.2 赤潮的监测和预报

水体富营养化是形成赤潮的主要原因，水体是否达到富营养化，可直接采海水水样进行监测[6]，从而作出对赤潮的预报：

HL?耗氧量(mg/L)?无机氮(?g/L)?无机磷(?g/L)?1 1500

若测定结果大于等于，则说明水中N、P的含量达到富营养化的程度，此时如果水体光照充足，气温高则很容易形成赤潮，其最终后果因藻类代谢需要大量溶解氧，导致藻类死亡引起厌氧水体腐败释放出大量有毒气体 H2S、NH3、PH3、CH4等。

赤潮增殖的量可通过测定浮游生物初级生产量来估算，它对水体环境质量评价和水产资源合理开发利用具有重要意义。浮游生物又以藻类为主，所以通过测定藻类生长繁殖来评定生物生产能力。比较简易的方法是用黑白瓶测氧法，测定的原理是根据藻类的特性，它们在阳光照射下进行光合作用合成有机物而释放出氧气。具体步骤是依据将其中的一个被黑布遮光的黑瓶完全不受光的照射，而其中另一个白瓶是在完全光照下。黑瓶中的藻类进行呼吸作用消耗水中一定数量的溶解氧，而白瓶中藻类进行光合作用则会使水中的溶解氧增加。通过黑白两瓶之间溶解氧之差，即可计算出该水体中藻类总生产量、净生产量和呼吸量。即：

①浮游生物藻类初级生产总量PGPG=白瓶溶解氧量-黑瓶溶解氧量

②呼吸氧量PHPH=初始溶解氧量-黑瓶溶解氧量

③浮游生物藻类净增量PN PN=PG-PH 产量单位mg(O2)/L·d

2.3 黑潮

海面有时会出现黑白或黑绿白色的混浊现象，这一海水变色现象称为黑潮。这是由于存在于底层的缺氧水团向沿岸涌升所致。黑潮发生时，在缺氧水的影响下，鱼类因不能有效呼吸而死亡，这不仅影响海洋生物生存，也给渔业生产、海洋经济造成重大损失。

缺氧水团的形成过程及其中物质循环紊乱是造成黑潮形成的原因。在海洋海湾高温季节，水呈现分层现象，上层水热比重小，下层水冷比重大，而且随阳光照射而加大，上层水与底层水无法产生对流相混合。表层增殖的浮游生物藻类因温度过高而死亡，沉降于底部，这些浮游生物尸体分解时消耗溶解氧最后达到厌氧、无氧状态、水体腐败。实际上赤潮与黑潮是相关联的，因此黑潮是赤潮的晚期阶段。

在有氧状态下，有机物的分解是在好氧菌的作用下，最终被分解为 CO2；在无氧或厌氧状态下，厌氧菌将有机物分解停留在有机酸阶段，时间较长造成有机酸在水中积蓄，水中还原菌增殖，水中形成H2S，当缺氧底层水涌升时，水中H2S被上层水中的氧所氧化，形成胶体硫，并导致形成黑潮。

2.4 海洋的原油污染

海洋的`原油污染主要来自三大污染源。第一大污染源当数海上油田开发，海底石油采钻；第二大污染源来自海上巨型油轮的撞沉，原油在海域大量泄漏造成重大污染事故。在这两大污染源之外，是人类战争的特殊原因。迄今为止，世界上最大的原油污染海洋的事件是海湾战争期间约50万吨以上原油流人大海。科威特油田破坏造成波斯湾海域的污染。大部分原油在西北风和环流的作用下，在2~3个月内，南下到200km之外的波斯湾，在沙特沿岸一带造成大面积严重污染，在数月之内，还使伊朗沿岸布尔什地区及遥远的霍尔姆兹海峡受污染。此外海上油田的井喷事故，如墨西哥坎佩切海湾的油田井喷事故，以及多起的巨型油轮在海途失事也给海洋生物造成极大灾难和海洋生态的严重破坏。

3. 海洋的生态环境保护措施

3.1 赤潮的控制

制定法规，严格限制含N、P超标的工业污水、生活污水排人海洋。

严禁江河、湖泊的淤泥污泥排人海湾、对大量淤积污泥的江、河、湖、泊限期疏浚清理，制止工业污泥、生活污泥排人海中。

提倡科学养殖，加强对内海、海湾网箱养殖的管理，减低网箱密度。

严格控制围海造地、围海造田、滥采乱挖海滩砂石等破坏海滩、海岸生态环境的行为，加强对海岸、海滩开发利用的规划管理。

加大并保障海洋环境保护的资金投入，加大海洋环境保护的力度，特别要加快对入海河流流域的环境综合规划与整治和城市污水综合治理。制定建设城市污水处理厂，

未经处理的污水绝对禁止排入海洋的法规、法令，确保这些法规、法令、政策的贯彻落实。

尽快建立健全农村作业面的环境管理和普及推广科学施用农药、化肥的技术，控制冲涮农田、果园富含氮磷的雨水直接流人海洋。

加强对赤潮发生、发展与临界条件的科学研究，在做好海域环境监测的同时，开展赤潮监测、监视和预报工作。

3.2 赤潮的防治

3.2.1 污水深度处理法

有机废水包括工业废水和生活污水的生化降解，包括两个主要过程，即有机物的碳氧化、氨氧化。碳氧化是借助于通过微生物的分解作用将水中有机污染物降解为CO2、H20和小分子有机物；而有机污染物中的蛋白质、脂肪酸等含氮化合物则通过微生物的氨化作用转化成NH3及其相应的有机物。氨氧化也称为硝化作用，是将蛋自质、脂肪放出的氨通过好氧型的自养菌的硝化作用，将其转化成硝酸盐(NO3)，然后又将硝酸盐(NO3)进行反硝化脱氮，生成分子态氮，完成氮的循环，使废水、污水实现无害化。经过深度处理的工业废水或生活污水排入水体则不会造成富营养化。

3.2.2 化学灭藻法

对于范围较小的水体，在形成赤潮的初始阶段，可采用投入硫酸铜、漂XX或液氯等化学药剂，以杀死藻类。硫酸铜的效果好，投加0.1~0.5mg/LCuSO4，几天内就能杀死大量海藻，但必须辅以打涝清理死海藻以防止厌氧腐败水质。漂XX和液氯既能杀死藻类又能去除藻类腐烂散发的臭气，投药量0.5~1mg/L。

3.2.3 生物杀藻法

培养繁殖能吞噬藻类的噬藻菌，这种噬藻体是以藻类作为食物链，是一种以“菌治菌”的新方法。但目前尚处于试验阶段。据介绍这种方法发展前景广泛，因为已有研究者发现能吞噬藻类的噬菌体。

3.2.4 机械搅拌法

对富营养化形成赤潮的海域，采用强力机械搅拌或高压空气喷射搅混，使水体受强烈的剪切作用使藻类因水搅混、水流紊乱而死亡，这对来势汹汹的赤潮控制和减缓灾害起到一定作用。

以上四种方法，对富含N、P污水进行深度处理后再排入水体才是基本而可靠的方法。