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第次课 海水中的悬浮物
海水中的悬浮物 海水中的悬浮物 * * * * 悬浮颗粒物的定义 不同大小悬浮颗粒物的不同作用 悬浮颗粒物的重要性 悬浮颗粒物浓度及主要来源 悬浮颗粒的水平分布、垂直分布 悬浮颗粒物沉降速率 悬浮颗粒物的收集和测定方法 大洋中元素随悬浮颗粒的沉降通量 那些可以在海水中悬浮相当一段时间的固体颗粒。 定义: 由于海水中发生的主要过程至少要几天,根据沉降理论公式计算,能在水体中停滞几天的最大颗粒直径约在1000?m左右;而那些与胶体颗粒大小相当的颗粒(直径0.01?m~1.0?m)在水体中需要几十年甚至更长的时间才能沉降到达底部。 直径1000?m的大颗粒在水体中停留的时间很短,以至不可能与周围海水发生相互作用; 而那些直径0.01?m~1.0?m的颗粒在水体中停留的时间达几十年,甚至更长的时间,因而可以与周围水体发生各种作用与反应。 颗粒物的不同作用 1000?m 0.01?m~1.0?m 悬浮颗粒物研究的内容:颗粒物成分、时空分布、水平、垂直迁移速率等。 具有以下什么意义,也就是why研究悬浮颗粒物? 研究悬浮颗粒物的意义或其重要性 1. 悬浮颗粒是海洋沉积物的主要来源; 2. 悬浮颗粒是许多元素由表层海水输送到底层水,由河流输入到大洋的主要载体,它在元素输送、循环和去除中充当着重要角色; 3. 表层悬浮颗粒量影响着海水的透明度和真光层的厚度, 4. 悬浮颗粒本身即可作为微小生物的食物。这些无机颗粒和有机碎屑到达深海后成为底栖生物的主要食物来源. 从而影响浮游生物的光合作用和初级生产力; 总量:大约1016g, 平均浓度:10-20?g/kg, 粒级范围:直径通常1-10?m,生物颗粒1-1000?m之间 。 主要来源: 大洋水体中的悬浮颗粒物 河流携入的悬浮颗粒、大气灰尘、海洋中生成的生物颗粒、地壳物质。 河流携带的颗粒大部分? 河流输入大洋的悬浮颗粒物 大部分沉降在河口或陆架区域,只有沉降速率小于5?10-3cm/s(直径小于5?m)在颗粒才能被运送到大洋里。 海洋断面地球化学研究计划(GEOSECS)的大西洋断面调查(1972-1973)结果如图。 大洋表层水中悬浮颗粒的水平分布 大西洋表层水的悬浮颗粒含量范围:10~600?g/kg, 分布具有纬度对称性,含量较高值分布在纬度为40o~60 oN(S)的地区,why? 这是由于上述地区有高的生物生产力;而含量较低值分布在赤道附近。 总的来说,大洋悬浮颗粒中,主要部分 ; 在小于100米的表层水中,有机物占颗粒量30%-70%,而且90%的有机物于上层400米的水体中得到了再循环; 海洋生物硬组织CaCO3和SiO2大约占总数的20-50%;矿物晶格相(主要是大气输入的铝硅酸盐)占0.3%-9%; 太平洋表层水里的悬浮颗粒量较大西洋低2-3倍。 分布和组成的其他知识点 生物颗粒 大洋悬浮颗粒的垂直分布 大洋上层水里悬浮颗粒随深度成倍减少,在500米深度以下,悬浮颗粒含量只有10~20?g/kg左右, 在接近海洋底部处往往存在着一层厚度从100米到1000米不等的雾状层(Nepheloid layer),其间悬浮体含量可达25?g/kg以上,why? 悬浮颗粒含量最大值往往是在温跃层的下面,这与生物的移栖现象有关, 通常它是海流作用下沉积物再悬浮的结果。 对于小于100?m的颗粒,其沉降速率可用斯托克定律来描述: 其中V是沉降速率(cm/s);d是颗粒直径(cm)(假设颗粒为球形);?s是颗粒密度(约为1.5 g/cm3);?f是海水密度(1.03 g/cm3):?为海水粘度(10oC时约为0.015泊) ,g为重力加速度(98l厘米/秒2)。 直径大于100微米的颗粒,其沉降速度比根据此定律计算的为低,因为当其下沉时,与之有关的湍流要产生阻力。 沉降速率计算公式:斯托克定律 大洋颗粒的粒径、形状和密度变化很大,因而其沉降速率的变化范围也较大, 同时颗粒在沉降过程中其粒径和形体发生变化,使得沉降速率问题变得更为复杂, 下图给出的是生物颗粒在沉降过程中大小变化的复杂性。 沉降速率的影响因素? r=0 生物颗粒沉降大体有四种情况: 颗粒大,沉降快,基本没起变化即到达底部; 颗粒沉降过程中发生矿化作用,粒径逐渐变小,但始 终还是到达了底部; 颗粒小,未到底部即已完全消失; 颗粒小,在沉降及矿化过程中已达到某一较小粒径,此时在上升流作用下颗粒向相反方向移动。 在近岸表层水中,颗粒可按斯托克斯定律计算沉降速率。但是,1. 它们有可能立即被吞食,从而就并入粒径很大的粪粒中,这种粪粒有较快的沉降速度。或者2. 被细菌分解或溶解而使该颗粒粒径变小而使其沉降速度下降。在最深的水层中,颗粒甚至可能完全溶解而完全不能沉积
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