海洋化学Chapter02-1.ppt

印春生 2010-04-28 海 洋 化 学 Marine Chemistry 第二章 海水的化学组成 第二章 海水的化学组成 §2-1 海洋的形成及海水化学组成的演化 §2-2 海水主要成分和海水组成恒定性 §2-3 元素逗留时间、海水盐度和氯度 §2-4 海水的物理、化学性质 §2-1 海洋的形成及海水化学组成的演化 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 元素丰度Abundance of elements 元素丰度即元素相对含量﹐一般以百分数表示。是在证认的基础上根据谱线相对强度或轮廓推算出来的。结果表明﹐绝大多数恒星元素丰度基本相同﹕ 氢最丰富﹐按质量计约占71％﹔氦次之﹐约占27％﹔其余元素约合占2％。这称为正常丰度。 少数恒星的元素丰度与正常丰度不同﹐一般说来﹐这与恒星的年龄有关。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 从化学热力学的角度（反应的自由能变化）看，反应 H2(g) + O2(g) 2OH（g）（2-1） 或 H2(g) + O(g) H2O（g）（2-2） 的可能应最大。 已经证实： ●太阳表面薄层上有OH存在 ●地球表层约有1.9×1024g水存在 海水和两极的冰共约1.45×1024g 沉积物中含水0.2 ×1024g 岩浆中的水约0.24×1024g 现有证据表明，自恒星生成初期就一直有H2O或OH存在。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 ●含有大量有机物的碳质球粒陨石含水量很高，这种陨石的水主要以含水矿物（例如绿泥石或石膏）的形式存在。 （Mg3(AlSi3O10)(OH)2~Mg2(Al2Si2O10)(OH)2） （石膏——CaSO4·2H2O） 有些碳质球粒陨石类型I之中水的重氢浓度比地球上任何地方的都高得多，可见在这类陨石中所含的水为地球以外（即其他星球）物质所含之水。有人因此提出地球上水也可能是地球外星体与地球碰撞产生之说。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一、太阳系物质的含水量 表2-1中所列地壳部分的含水量，是除以整个地球质量而得的商，应当说是地球含水量之下限。 假设地球与普通球粒陨石的单位含水量相同，则应注意：在地壳以下还存在着8倍于地壳水量的水。 地幔中有水吗？ 表2.2 地球、金星、火星、水星的大气组成和球表大气压力和温度（部分） §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 表2－2问题与答案 如何解释地球与金星含水量之相差悬殊？ 地球表面为何会有海水存在？ 以含水矿物在高温条件下与次生物质结合条件不同来解释。即 金星大气外圈温度为800K。其含水矿物(如绿泥石类)在373K（75?C）以上就会分解，因此与次生物质800 K下结合时，水则逸失。 相反，地球则是在含水矿物不分解的条件下与次生物质结合为一体，结果还有相当数量的含水矿物没有分解，因此含水量高。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 一般认为地球起源于星云物质和聚集。 地球形成初期的原始挥发性物质（包括水）不断逃逸。 在星际聚集能和核素衰变能作用下，地球内部温度升高导致内部物质分异，一方面形成壳、幔、核，一方面形成大气与水圈。 ●经脱气作用，地球内部挥发性物质包括水蒸气、二氧化碳、氯、氮、氩和氢气逸出地球表面。 ●逸出物质形成含水蒸气云的大气，含有二氧化碳、甲烷、氨、硫化氢等。 ●随着地球冷却，水蒸气凝聚降落到地球表面，汇聚成原始海洋。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 三、海水化学成分的演化 1. 原始海水的化学组成。 原始海水因溶解原始大气的成分（如HCl、CO2、H2S、SO2等），呈现为酸性和还原性为主的化学特征，近似为0.5 mol dm-3HCl溶液，缺氧。 2. 现代海水的化学组成。 现代海水除组成水的氢和氧元素外，Na+、Mg2+、Ca2+、K+、Sr2+、Cl-、Br-、F-、SO42-、HCO3-(CO32-)、H3BO3为构成海水盐分的主要化学成分。 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。 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 三、海水化学成分的演化 §2-1 海洋的形成和海水化学组成的演化 三、海水化学成分的演化 1. 原始海水为什么是酸性的？ 大气圈生成之初，地球温度较高，几乎所有挥发气体，包括 H2O都在大气之中。 随着去气作用的减弱，地表温度降至沸点以下，H2O便冷凝为水，形成原始海洋。由于大气中含有大量强酸性气体如HCl、HF、SO2、