化學海洋知識彙總

1、化學海洋學研究的內容

①海洋環境中各種物質的含量、存在形式、化學組成及其遷移變化規律；

②控制海洋物質循環的各種過程與通量，特別是海-氣、海-底、海-陸、海-生等界面的地球化學過程與通量。

可概括為：含量、遷移、過程、通量

2、現代海水的化學組成

（1）元素存在形態

①海洋物質：

②顆粒物質：由海洋生物碎屑等形成的顆粒有機物和各種礦物所構成的顆粒無機物； ③膠體物質：多糖、蛋白質等構成的膠體有機物和Fe、Al等無機膠體；

④氣體：保守性氣體（N2、Ar、Xe）和非保守氣體（O2、CO2）；

⑤真正溶解物質：溶解於海水中的無機離子和分子以及小分子量的有機分子。

實際工作中，一般以孔徑為0.4或 0.2μm的濾膜過濾海水，被濾膜截留的稱為顆粒物，通過濾膜的稱為溶解物質，其中包含了膠體物質（操作性定義）。

（3）恆比規律

海水的大部分常量元素，其含量比值基本上是不變的。

原因：水體在海洋中的移動速率快於加入或遷出元素的化學過程的速率。

（4）海水常量組分組成非恆定性的影響因素

①河口區：河水輸入對區域恆比規律有一定影響

②缺氧海盆：細菌的還原作用，使SO42-被還原為H2S，進而可通過形成FeS2、ZnS、CuS等沉澱將遷出水體，由此導致海水中的SO42- /Cl-非常低，偏離恆比規律。

③海冰的形成：海冰形成時，僅少量離子結合進入海冰，導致鹽滷水常量組分比值偏離恆比規律。海冰形成時， SO42-結合進入冰體，導致海冰具有高SO42- /Cl-比值，而殘餘水的SO42- /Cl-比值較低。海冰形成過程中，CaCO3沉澱在海冰中的形成也會導致Ca/Cl比值的變化。

④礦物的沉澱與溶解：海洋中文石或方解石的沉澱會導致海水中Ca2+濃度的減少，而文石或方解石在深層水中的溶解可導致Ca2+濃度增加約1%，這就導致海水中Ca/Cl比值的變化。 ⑤海底熱液的輸入：熱液的注入對絕大多數海水主要成分的影響很小，但會使局部海域一些常量組分也會發生變化，如Si和Ca濃度的增加，Mg、K、B和SO42-濃度的降低等。此外，在大西洋海脊處觀察到高的F/Cl比值，也被歸因於海底火山氣體的注入。

⑥與鹽滷水的混合：不同礦物，如NaCl（食鹽）、CaCO3（文石）、CaSO4?2H2O（石膏）是在蒸發的不同階段形成，即在不同時間以不同的速率遷出。

⑦海-氣界面物質的交換：每年通過氣泡釋放至大氣中的離子高達109噸，其中的絕大多數直接或間接地返回海洋。在此過程中，由於氣泡會將部分溶解組分和顆粒物選擇性地富集在其表面並離開海洋，導致元素組成發生分餾。

由風引起的海水飛沫的搬運：Cl、Br、F

海面的蒸發：I、Br、S、H2BO3

氣體溶入海水中：CO2、SO2、CH4

⑧沉積物間隙水的影響：沉積物間隙水的一些常量組分與海水明顯不同，受沉積物間隙水影響的水體，其常量組分會發生一定的變化。

3、鹽度（Salinity）的原始定義（1902）

在1 kg海水中，將所有的碳酸鹽轉變為氧化物，所有的溴和碘為等摩爾的氯所取代，且所有有機物被氧化以後，所含全部固體物質的總克數。

單位：g/kg， 以符號S‰表示。

實用鹽度

1978年，航運的通道。海洋是人類環境的重要組成部分，具有穩定全球環境的機能和容納淨化“百川歸海”各種污物的機能，但近50年來，海洋這兩種機能正遭受到損害，如果海洋因污染而喪失生命力，人類將從地球上消失。

1. 海洋化學資源

地球平均半徑6378.14km，由此可算出地球總表面積為51000×10km，海洋麪積42

佔總面積的70.8%，為3605×104km2(陸地總表面積為1495×104km2)，海水總量為361×1011t。自從出現人類以來，海洋就成為人類獲取資源的寶庫。

化學元素有100多種而海洋中就有80餘種，尤其是Na+、K+、Cl-、I-、Br-、等非常豐富，每立方公里海水中含NaCl l2000多萬噸，據預測如果將渤海海水中的氯化鈉全部提取出來足有583億噸，夠10億人吃10萬年[2]。

在1000t海水中，可提取32t食鹽、3t氫氧化鎂、4t芒硝、0.5t鉀、65g溴、26g硼、3g鈾、170g鋰。所製得的食鹽是化工上製取純鹼、燒鹼、鹽酸、氯及各種氯化物的原料。據外國的估計，中國近海石油與中國陸地石油儲量相當約40~150億t(300~1120桶)其中渤海、黃海各為7.47億t(56億桶)、東海為17億t(128億桶)、南海(包括台灣海峽)11億t(80億桶)，XX周圍東海大陸架海域亦儲藏豐富的石油，據外國人估計有幾十億t。

一中國沿海和近海的海洋能藴藏量估計為10.4億kw，其中潮汐能1.9億kw、海浪能1.5億km，温差能5.0億千瓦、海流能1.0億kw、鹽差能1.0億km。可開發利用的裝機容量潮汐能為2000萬kw，海浪能為3000~3500萬kw。

2. 海洋污染的突出表現原因

海洋的污染是由於人類的活動改變了海洋原來的狀態，使人類和生物在海洋中各種活動受到不利的影響。由於海水水量之巨大和海浪的澎湃波濤，一般的污染在大洋中容易驅散通過大海得到自淨。同時因為海洋容量非常大，以至包括海洋深層的海水循環一週需要數百年，因此海洋遭受的重型污染影響海洋機能所潛優的危機可能暫不易發現，一旦出問題，可能就非人類力量所能解決的了。

海洋污染的主要表現有赤潮、黑潮和原油泄漏造成海灣大面積污染，海生生物、海鷗生靈塗炭。

2.1 赤潮形成及危害

水體富營養化作用(entrophication)使藻類在海灣大量繁殖是形成赤潮的主要原因。 藻類(algae)屬低等植物的一大羣類，形成赤潮的藻類主要是甲藻。當水中含N>0.2~0.3mg/L、ρ>0.02~0.03mg/L時，藻類等浮游生物暴發性地增殖、奪取水中溶解氧，而藻類代謝死亡又導致水體腐敗，散發魚腥味、黴腐味和硫醇、吲哚的惡臭，使魚蝦大量死亡，漂浮於水面引起嚴重厭氧。有的藻類還能產生毒素，傳播疾病直接危害人的健康。赤潮高潮時使大片海域生態環境嚴重破壞，形成公害。

藻類組成的原生質為C106H263O110N16ρ，它的形成機理是水中含氮、磷(硝酸鹽、氨氮和磷酸鹽)的有機廢水在高温氣候條件的光照作用下形成赤潮或紅潮(redtide)，在淡水湖泊則形成水華(water bloom)：

可知水體中含少量的氮(7.2g)和磷(1g)就會產生大量的藻類(115g)。

由於熱力學作用，水體在高温季節可呈現分層現象，即上層水暖比重小，下層水冷比重大，如果此時水面受富含氮、磷的有機物的污染，則極易形成赤潮。但當藻類代謝時，從藻類生成的逆反應可看出，要分解1個分子(1mol)的藻類需消耗138個分子(138mol)的氧，可知藻類代謝耗氧量是驚人的。此時最容易造成赤潮的危害。

赤潮的特點是來勢兇猛持續時間長，其後果是海水水質惡化，對水產業和養殖業

造成區大損失，也危害沿海居民健康和漁民作業。值得注意的是關於使用化肥、農藥的農業污水，也是造成赤潮的原因之一，目前還未受到重視，有的甚至還完全不瞭解大量施用農藥、化肥對海洋生態的危害。對於建立城市污水處理廠和工業建設與環保“三同時”政策在各級領導中的環境意識也是非常薄弱的。總之，赤潮災害完全是人類生產、生活不注重保護生態環境的行為造成的。如果人們仍不採取有效措施保護海洋生態環境，重視環境保護人才的培養和使用、普及生態環境保護知識的話，當年的赤潮過去，第二年的赤潮還會卷水重來！甚至發生的頻率及其危害程度會逐年加大，亟待引起各方關注。

2.2 赤潮的監測和預報

水體富營養化是形成赤潮的主要原因，水體是否達到富營養化，可直接採海水水樣進行監測[6]，從而作出對赤潮的預報：

HL?耗氧量(mg/L)?無機氮(?g/L)?無機磷(?g/L)?1 1500

若測定結果大於等於，則説明水中N、P的含量達到富營養化的程度，此時如果水體光照充足，氣温高則很容易形成赤潮，其最終後果因藻類代謝需要大量溶解氧，導致藻類死亡引起厭氧水體腐敗釋放出大量有毒氣體 H2S、NH3、PH3、CH4等。

赤潮增殖的量可通過測定浮游生物初級生產量來估算，它對水體環境質量評價和水產資源合理開發利用具有重要意義。浮游生物又以藻類為主，所以通過測定藻類生長繁殖來評定生物生產能力。比較簡易的方法是用黑白瓶測氧法，測定的原理是根據藻類的特性，它們在陽光照射下進行光合作用合成有機物而釋放出氧氣。具體步驟是依據將其中的一個被黑布遮光的黑瓶完全不受光的照射，而其中另一個白瓶是在完全光照下。黑瓶中的藻類進行呼吸作用消耗水中一定數量的溶解氧，而白瓶中藻類進行光合作用則會使水中的溶解氧增加。通過黑白兩瓶之間溶解氧之差，即可計算出該水體中藻類總生產量、淨生產量和呼吸量。即：

①浮游生物藻類初級生產總量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浮游生物藻類淨增量PN PN=PG-PH 產量單位mg(O2)/L·d

2.3 黑潮

海面有時會出現黑白或黑綠白色的混濁現象，這一海水變色現象稱為黑潮。這是由於存在於底層的缺氧水團向沿岸湧升所致。黑潮發生時，在缺氧水的影響下，魚類因不能有效呼吸而死亡，這不僅影響海洋生物生存，也給漁業生產、海洋經濟造成重大損失。

缺氧水團的形成過程及其中物質循環紊亂是造成黑潮形成的原因。在海洋海灣高温季節，水呈現分層現象，上層水熱比重小，下層水冷比重大，而且隨陽光照射而加大，上層水與底層水無法產生對流相混合。表層增殖的浮游生物藻類因温度過高而死亡，沉降於底部，這些浮游生物屍體分解時消耗溶解氧最後達到厭氧、無氧狀態、水體腐敗。實際上赤潮與黑潮是相關聯的，因此黑潮是赤潮的晚期階段。

在有氧狀態下，有機物的分解是在好氧菌的作用下，最終被分解為 CO2；在無氧或厭氧狀態下，厭氧菌將有機物分解停留在有機酸階段，時間較長造成有機酸在水中積蓄，水中還原菌增殖，水中形成H2S，當缺氧底層水湧升時，水中H2S被上層水中的氧所氧化，形成膠體硫，並導致形成黑潮。

2.4 海洋的原油污染

海洋的`原油污染主要來自三大污染源。第一大污染源當數海上油田開發，海底石油採鑽；第二大污染源來自海上巨型油輪的撞沉，原油在海域大量泄漏造成重大污染事故。在這兩大污染源之外，是人類戰爭的特殊原因。迄今為止，世界上最大的原油污染海洋的事件是海灣戰爭期間約50萬噸以上原油流人大海。科威特油田破壞造成波斯灣海域的污染。大部分原油在西北風和環流的作用下，在2~3個月內，南下到200km之外的波斯灣，在沙特沿岸一帶造成大面積嚴重污染，在數月之內，還使伊朗沿岸布爾什地區及遙遠的霍爾姆茲海峽受污染。此外海上油田的井噴事故，如墨西哥坎佩切海灣的油田井噴事故，以及多起的巨型油輪在海途失事也給海洋生物造成極大災難和海洋生態的嚴重破壞。

3. 海洋的生態環境保護措施

3.1 赤潮的控制

制定法規，嚴格限制含N、P超標的工業污水、生活污水排人海洋。

嚴禁江河、湖泊的淤泥污泥排人海灣、對大量淤積污泥的江、河、湖、泊限期疏浚清理，制止工業污泥、生活污泥排人海中。

提倡科學養殖，加強對內海、海灣網箱養殖的管理，減低網箱密度。

嚴格控制圍海造地、圍海造田、濫採亂挖海灘砂石等破壞海灘、海岸生態環境的行為，加強對海岸、海灘開發利用的規劃管理。

加大並保障海洋環境保護的資金投入，加大海洋環境保護的力度，特別要加快對入海河流流域的環境綜合規劃與整治和城市污水綜合治理。制定建設城市污水處理廠，

未經處理的污水絕對禁止排入海洋的法規、法令，確保這些法規、法令、政策的貫徹落實。

儘快建立健全農村作業面的環境管理和普及推廣科學施用農藥、化肥的技術，控制衝涮農田、果園富含氮磷的雨水直接流人海洋。

加強對赤潮發生、發展與臨界條件的科學研究，在做好海域環境監測的同時，開展赤潮監測、監視和預報工作。

3.2 赤潮的防治

3.2.1 污水深度處理法

有機廢水包括工業廢水和生活污水的生化降解，包括兩個主要過程，即有機物的碳氧化、氨氧化。碳氧化是藉助於通過微生物的分解作用將水中有機污染物降解為CO2、H20和小分子有機物；而有機污染物中的蛋白質、脂肪酸等含氮化合物則通過微生物的氨化作用轉化成NH3及其相應的有機物。氨氧化也稱為硝化作用，是將蛋自質、脂肪放出的氨通過好氧型的自養菌的硝化作用，將其轉化成硝酸鹽(NO3)，然後又將硝酸鹽(NO3)進行反硝化脱氮，生成分子態氮，完成氮的循環，使廢水、污水實現無害化。經過深度處理的工業廢水或生活污水排入水體則不會造成富營養化。

3.2.2 化學滅藻法

對於範圍較小的水體，在形成赤潮的初始階段，可採用投入硫酸銅、漂XX或液氯等化學藥劑，以殺死藻類。硫酸銅的效果好，投加0.1~0.5mg/LCuSO4，幾天內就能殺死大量海藻，但必須輔以打澇清理死海藻以防止厭氧腐敗水質。漂XX和液氯既能殺死藻類又能去除藻類腐爛散發的臭氣，投藥量0.5~1mg/L。

3.2.3 生物殺藻法

培養繁殖能吞噬藻類的噬藻菌，這種噬藻體是以藻類作為食物鏈，是一種以“菌治菌”的新方法。但目前尚處於試驗階段。據介紹這種方法發展前景廣泛，因為已有研究者發現能吞噬藻類的噬菌體。

3.2.4 機械攪拌法

對富營養化形成赤潮的海域，採用強力機械攪拌或高壓空氣噴射攪混，使水體受強烈的剪切作用使藻類因水攪混、水流紊亂而死亡，這對來勢洶洶的赤潮控制和減緩災害起到一定作用。

以上四種方法，對富含N、P污水進行深度處理後再排入水體才是基本而可靠的方法。