海洋地球化學(xué)-第1章

1、海洋地球化學(xué)主講：嚴(yán)志宇聯(lián)系方式洋地球化學(xué)生命的重要部分重新認(rèn)識(shí)生命地球是母親，不僅是文學(xué)描述。要孝養(yǎng)：認(rèn)識(shí)、保護(hù)理性、無(wú)趣+感性前言 端身正念：端身正念：恭敬、情感、認(rèn)真 學(xué)習(xí)順序：學(xué)習(xí)順序： 被動(dòng)：現(xiàn)象 主動(dòng)：數(shù)據(jù) 學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：全面認(rèn)識(shí)、提煉知識(shí)、研究方法信息知識(shí)哲學(xué)智慧請(qǐng)以一種恭敬的心來(lái)學(xué)習(xí)請(qǐng)以一種恭敬的心來(lái)學(xué)習(xí)恭敬心在哪里？海洋地球化學(xué)？看目錄目錄 物質(zhì)種類(lèi)？ 介質(zhì)要素？ 地理位置？ 變化類(lèi)型？ 價(jià)值？應(yīng)用？ 物種：無(wú)機(jī)有機(jī)、礦物、陸源、生源 元素：同位素（放射性、穩(wěn)定） 沉積物、懸浮物、生物 溶解態(tài)固態(tài)（物理、化學(xué)、生物作用） 河口、近岸、深海 地質(zhì)

2、特殊地帶：火山、板塊邊界 地質(zhì)演變、生物作用、物理化學(xué) 認(rèn)識(shí)的結(jié)果也是認(rèn)識(shí)的工具第一章 緒論第一節(jié) 海洋地球化學(xué)的定義和任務(wù)第二節(jié) 海洋地球化學(xué)的研究對(duì)象及其特點(diǎn)第三節(jié) 海洋地球化學(xué)發(fā)展概述第四節(jié) 我國(guó)的海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介第一節(jié) 海洋地球化學(xué)的定義和任務(wù)一、地球化學(xué)的定義和任務(wù)定義：研究地球中物質(zhì)的化學(xué)運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。 化學(xué)：研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的科學(xué)。 物質(zhì)：原子層次（化學(xué)元素），進(jìn)而離子等。 變化：即演化，包括規(guī)律、分布（時(shí)空、形態(tài)）。 地球：地殼、地球、部分天體。任務(wù)：1.基礎(chǔ)科學(xué)（地球、生命、氣候、礦產(chǎn)）；2.運(yùn)用（資源、保護(hù)）第一節(jié) 海洋地球化學(xué)的定義和任務(wù)二、地球化學(xué)的

3、定義和任務(wù)定義：研究地球中物質(zhì)的化學(xué)運(yùn)動(dòng)的科學(xué)。 化學(xué)：研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的科學(xué)。 物質(zhì)：原子層次（化學(xué)元素），進(jìn)而離子等。 變化：即演化，包括規(guī)律、分布（時(shí)空、形態(tài)）。 地球：地殼、地球、部分天體。任務(wù)：1.基礎(chǔ)科學(xué)（地球、生命、氣候、礦產(chǎn)）；2.運(yùn)用（航運(yùn)、資源、保護(hù)（包括軍事）海洋海洋環(huán)境 海洋：灘涂、近海、沉積物研究對(duì)象作業(yè)：用自己的語(yǔ)言定義（一句話(huà)+長(zhǎng)篇大論）第二節(jié) 海洋地球化學(xué)的研究對(duì)象及其特點(diǎn)一、海洋地球化學(xué)的研究對(duì)象海洋的物質(zhì)變化、能量流動(dòng) 自身：混合液、水團(tuán)結(jié)構(gòu)；環(huán)流運(yùn)動(dòng)、潮汐、繁衍； 界面：海面-太陽(yáng)、海岸-陸地、海底-洋殼第二節(jié) 海洋地球化學(xué)的研究對(duì)象及其

4、特點(diǎn)二、海洋地球化學(xué)作用的特點(diǎn)1. 多種化學(xué)：元素循環(huán)：表層攝取-碎屑沉積-水流返回。清掃：膠體-顆粒對(duì)元素的結(jié)合-沉積。結(jié)合方式：氫氧化物、螯（配）合、離子交換2. 復(fù)雜體系：自身動(dòng)態(tài)平衡，內(nèi)外要素互相牽制。3. 穩(wěn)定簡(jiǎn)單：局部均勻、參數(shù)恒常。氧同位素法測(cè)溫度：溫度影響生物介殼氧同位素組成。4. 海底保存：用于研究水層。第三節(jié) 海洋地球化學(xué)發(fā)展概述地質(zhì)考察-沉積物分布1872-1876年：12000個(gè)取樣，50冊(cè)著作深海鉆探-動(dòng)力學(xué)過(guò)程1968-1979年：鉆孔500個(gè)， 平均深300m，最深1737.3m， 巖芯總長(zhǎng)50km， 50卷，5000萬(wàn)字。高新技術(shù)-物理、化學(xué)大陸邊緣-油氣資源基

5、礎(chǔ)調(diào)查的重要和艱辛第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介一、河口及近岸海域元素分析、形態(tài)研究長(zhǎng)江口： 豐富的有機(jī)物使Cr(VI)還原為Cr(III)，并附在顆粒物上、轉(zhuǎn)移到水體； 氮化合物和Fe不是浮游植物生長(zhǎng)的限值因素 SiO32- -Si形態(tài)沒(méi)有明顯的化學(xué)及生物轉(zhuǎn)移 腐殖質(zhì)、CH、氨基酸由河口向外濃度遞減 九龍江口總碘、IO3-、I-與鹽度正線(xiàn)性相關(guān) 沉積物到上覆水的IO3-、I-表觀(guān)通量研究赤潮研究污染動(dòng)力學(xué)研究研究分布研究沉積第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介一、河口及近岸海域元素分析、形態(tài)研究珠江口：順序萃取法Fe、Al、Mn五種形態(tài)南沙群島：現(xiàn)象：20-75m深存在DO最大值關(guān)聯(lián)：靠近躍溫

6、層及葉綠素最大值深度 在光束衰減系數(shù)最大值層之上 CO2分壓最小而pH最大結(jié)果：表明DO是光合作用產(chǎn)物積聚可交換態(tài)碳酸鹽態(tài)氧化態(tài)有機(jī)態(tài)殘?jiān)ńY(jié)晶）態(tài)主要試試自己能否的得到該結(jié)論試試自己能否設(shè)計(jì)該調(diào)查方案？試試自己能否做出該預(yù)測(cè)并去驗(yàn)證？第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介一、河口及近岸海域元素分析、形態(tài)研究其它（或資源或環(huán)境）：中太平洋北部錳結(jié)核多個(gè)海灣的重金屬區(qū)域沿岸營(yíng)養(yǎng)鹽沿岸上升流區(qū)葉綠素a課后查閱第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究?jī)?nèi)容：各介質(zhì)中含量分布及變化。包括地理位置：渤海、黃海、東海、南海、全國(guó)海岸帶、海灣河口的綜合或?qū)ｎ}調(diào)查。海水、懸浮物、沉積物、生物體第四節(jié)

7、我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究成果：污染物在河口和近岸的分布污染物的形態(tài)和遷移沉積物背景值和污染歷史沉積物中元素的形態(tài)和釋放第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介1.污染物的分布和遷移轉(zhuǎn)化研究（1）重金屬一般限于河口海灣，但海水中對(duì)幼蝦、魚(yú)的毒性大；膠州灣：工業(yè)廢水Cr(VI)入海后還原為Cr(III)，因此溶解態(tài)Cr(III)為主，海水中Hg以有機(jī)結(jié)合態(tài)為主，而非甲基汞，無(wú)機(jī)汞占11-17%；和長(zhǎng)江口不一樣二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究哪種毒性大？第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介渤海灣：Zn、Cd、Pb、Cu有4中形態(tài)（離子、無(wú)機(jī)有機(jī)結(jié)合、顆粒）；總量最高在北塘河， Zn、Cd、Pb總

8、量與鹽度無(wú)線(xiàn)性關(guān)系；經(jīng)北塘入海通量為；自然沉積受環(huán)境和粒度控制，以Ni分布為代表，在大沽口和北塘口附近小于3-5m深河口潮間帶有排污帶，以Pb分布為代表，可劃分為污染的背景區(qū)。二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究1.污染物的分布和遷移轉(zhuǎn)化研究（1）重金屬第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介近海海水及河口：均勻分布規(guī)律，即恒定本底值和評(píng)價(jià)是否污染。二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究1.污染物的分布和遷移轉(zhuǎn)化研究（1）重金屬第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介（2）有機(jī)污染物我國(guó)海洋污染以有機(jī)污染為主研究?jī)?nèi)容： 總量、總指標(biāo)、主要組成含量等宏觀(guān)參數(shù)探討水質(zhì)、底質(zhì)的污染和環(huán)境質(zhì)量； 直接測(cè)定有害物二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究1.污染

9、物的分布和遷移轉(zhuǎn)化研究指標(biāo)： 水質(zhì)：水質(zhì)：COD（化學(xué)耗氧量）、BOD（生化耗氧量）、DO（溶解氧）、含氮化合物 底質(zhì)：底質(zhì)：有機(jī)碳、燒失量、腐殖質(zhì)、硫化物、N和P含量 耗氧有機(jī)物指標(biāo)：基本指標(biāo)COD；N：總N、無(wú)機(jī)N、有機(jī)N、無(wú)機(jī)N中的三態(tài)N（NH3、NO2-、NO3-）；P：總P、無(wú)機(jī)P、有機(jī)P成果：有機(jī)N在河段內(nèi)未充分氧化，到河口近岸逐次轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)三態(tài)N，海域中的轉(zhuǎn)換使海水氧虧增大。 難降解有機(jī)物包括：有機(jī)氯化合物、多環(huán)芳烴（PAHs）、陰離子表面活性劑、氟氯烴等特點(diǎn)：殘留時(shí)間長(zhǎng)（如：DDT殘留期40a（陸地土壤中只有數(shù)年甚至數(shù)月）、生物累積和生物鏈放大。渤海灣有機(jī)氯農(nóng)藥： 各介質(zhì)中異構(gòu)

10、體含量分布不同； 多氯聯(lián)苯（PCB）含量高于DDT，可能是DDT轉(zhuǎn)換為PCB； 河口近岸、鉆井平臺(tái)附近PAHs含量高，來(lái)源可能是陸源和石油開(kāi)發(fā)。致癌PCB：多氯聯(lián)苯DDT：有機(jī)氯農(nóng)藥，雙對(duì)氯-苯基三氯乙烷PAHs：多環(huán)芳烴 難降解有機(jī)物海河口陰離子表面活性劑AS ： 在懸浮物較為富集，說(shuō)明遷移動(dòng)向與環(huán)境因素有關(guān)； 底泥中穩(wěn)定，與多污染物有正相關(guān)關(guān)系，可用于示蹤和指標(biāo)； 垂向分布反映歷史和沉積速率。石油石油近海主要污染物，人為污染研究?jī)?nèi)容：石油海洋地球化學(xué)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè) 南黃海漂油油源鑒別：UV吸收比，總S，正構(gòu)烷烴色譜特征 現(xiàn)代沉積中的石油：瀝青總量，各族組分，正構(gòu)烷烴、芳烴、葉琳特征姥鮫烷/植烷比

11、（判斷原始沉積環(huán)境，氧化-還原條件）、微量元素特征石油特征石油石油評(píng)價(jià)評(píng)價(jià) 孤東油田、環(huán)評(píng)： 敏感目標(biāo)：灘涂、淺海 評(píng)價(jià)重點(diǎn)：污染區(qū)域，淺油如油膠擴(kuò)散；生態(tài)質(zhì)量生態(tài)演變 環(huán)境容量人類(lèi)開(kāi)發(fā)底限項(xiàng)目是否可接受 黃河三角州海域環(huán)評(píng)： 石油分布、遷移、轉(zhuǎn)化、自?xún)?勝利原油指紋 開(kāi)發(fā)對(duì)漁業(yè)、生態(tài)效應(yīng) 海洋有機(jī)污染物的分類(lèi)研究海洋有機(jī)污染物的分類(lèi)研究 研究手段（提取技術(shù)）的研究分類(lèi) 提取柱層析法5類(lèi)代表不同行業(yè)，不同毒性 5類(lèi)：石油烴類(lèi)、酞酸酯類(lèi)（PAE）、甾族化合物類(lèi)、有機(jī)氯農(nóng)藥類(lèi)、多氯聯(lián)苯類(lèi)（PCBs）小知識(shí) 姥鮫烷：2,6,10,14-四甲基十五烷（ 見(jiàn)P38 ） 植烷： 2,6,10,14-四甲基

12、十六烷 酞酸酯，鄰苯二甲酸酯，縮寫(xiě)PAE，是鄰苯二甲酸形成酯的統(tǒng)稱(chēng)（指甲油里有） 甾族化合物：環(huán)戊烷并全氫菲類(lèi)化合物的總稱(chēng)，又稱(chēng)類(lèi)固醇。甾上面“”表示三個(gè)支鏈，“田”字表示有四個(gè)稠環(huán)。第四節(jié) 我國(guó)海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究1.污染物的分布和遷移轉(zhuǎn)化研究2.沉積物環(huán)境背景值和污染歷史研究2.沉積物環(huán)境背景值和污染歷史研究（1）若干原則和方法的研究什么是背景值？南黃海北部沉積物中重金屬分布背景值研究的原則：巖芯樣分析幾cm-2.7m深無(wú)明顯變化平均含量為背景值與深處對(duì)比，與Fe、有機(jī)C，其它金屬相關(guān)性分析應(yīng)說(shuō)明沉積物類(lèi)型或粒度如該區(qū)粉砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂以細(xì)的沉積物深海沉積物富集

13、微量金屬，不宜用于近海沉積物速率（2）利用巖芯研究污染歷史和背景值速率 錦州：Zn、Cd、Ca、Pb、Hg隨深度變化規(guī)律受污染|背景值分解層 210Pb技術(shù)、氣候泥分析法現(xiàn)代沉積率速率，40a沉積史 渤海灣：總Hg背景值0.05mg/kg（查沉積物標(biāo)準(zhǔn)限值標(biāo)在書(shū)上） 污染帶來(lái)的Hg的擴(kuò)散暈來(lái)源，1957年開(kāi)始1.4/23a=6.1cm/a2.沉積物環(huán)境背景值和污染歷史研究速率（3）沉積物金屬測(cè)定的粒度校正 我國(guó)不多（4）參比元素相關(guān)分析法污染自然沉積中，元素含量有相關(guān)性，可由無(wú)污染元素檢驗(yàn)其他元素?？上６燃捌渌瘜W(xué)因素影響常見(jiàn)參比元素：Al、Fe、Rb、Li、Cs、Sc渤海灣選Ni，與Zn

14、，Cr，Pb，Cu，Hg顯著相關(guān)，最好多為同一數(shù)量級(jí)2.沉積物環(huán)境背景值和污染歷史研究階段小結(jié)知識(shí)框架知識(shí)框架重建重建聽(tīng)課起聽(tīng)課起1/31/3作用作用關(guān)注：關(guān)注： 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)32階段小結(jié)內(nèi)容：重金屬：種類(lèi)？有機(jī)物：耗 氧：指標(biāo)？石 油：鑒別指標(biāo)有 毒：種類(lèi)生 物：營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素a資 源：33階段小結(jié)污染：判斷：背景：原則？其中均勻用均數(shù)相關(guān)：好處？來(lái)源：油指紋位置接近34階段小結(jié)污染：輸入速率：入海沉積評(píng)價(jià)：擴(kuò)散分布（如污染帶）變化（如有機(jī)N、石油）生態(tài)：改變質(zhì)量功能35階段小結(jié)分類(lèi)技術(shù)形態(tài)類(lèi)別有機(jī)物石油金屬 知識(shí)技術(shù)：AS示蹤、指示、36第四節(jié) 我國(guó)的海洋地球化學(xué)研究簡(jiǎn)介

15、二、海洋環(huán)境地球化學(xué)研究3.沉積物元素的存在形態(tài)與釋放（1）重金屬（2）磷形態(tài)（3）污染物的釋放三、海洋沉積地球化學(xué)研究（1）沉積物元素地球化學(xué)（2）同位素地球化學(xué)（3）錳結(jié)核地球化學(xué)四、海洋生物地地球化學(xué)研究（1）海洋元素生物地球化學(xué)（2）自生礦物的生物地球化學(xué)（3）氨基酸的生物地球化學(xué)373.沉積物元素的存在形態(tài)與釋放（1）重金屬是環(huán)境科學(xué)的工作重點(diǎn)提取形態(tài)（指結(jié)合態(tài)或地球化學(xué)相）“五態(tài)”提取法（連續(xù)化學(xué)浸?。?簡(jiǎn)化“三態(tài)”法 簡(jiǎn)化稀鹽酸一步提取僅總量不清楚：環(huán)境行為、生物效應(yīng) 陽(yáng)離子可交換態(tài) 碳酸鹽態(tài) 鐵錳氧化態(tài) 有機(jī)-硫化物態(tài) 碎屑態(tài) 酸可提取態(tài) 有機(jī)態(tài) 殘?jiān)鼞B(tài) 有效態(tài)383.沉積物元

16、素的存在形態(tài)與釋放（1）重金屬錦州灣：污染較重，柱狀樣 污染較輕的存在于殘?jiān)嘀校貏t反之； 主要富集粒徑FeAl46三、海洋沉積地球化學(xué)研究（1）沉積物元素地球化學(xué)元素存在形態(tài)1mol/L鹽酸羥胺的25%乙酸浸取東海、南海： 非碎屑（自生） 陸源碎屑： 主元素 微量元素47三、海洋沉積地球化學(xué)研究（1）沉積物元素地球化學(xué)元素存在形態(tài)連續(xù)逐級(jí)浸?。狐S河口、渤海灣、南海沉積物硫酸銨和水浸取稀土元素：浸取出的稀土少稀土不是呈簡(jiǎn)單的陽(yáng)離子態(tài)被吸附48三、海洋沉積地球化學(xué)研究（1）沉積物元素地球化學(xué)元素存在形態(tài)陸架沉積： 除Cd、Mn、P等外以碎屑態(tài)為主 親碎屑：共晶沉積 親自生：吸附，化學(xué)沉積 親生

17、物：介殼，生物沉積自生礦物：他生礦物：生物礦物：49三、海洋沉積地球化學(xué)研究（2）同位素地球化學(xué)測(cè)時(shí)測(cè)速：如：210Pb沉積速率 沉積強(qiáng)度i=某站速率r/區(qū)平均速率R（2極強(qiáng)、1強(qiáng)、1弱、2.553四、海洋生物地地球化學(xué)研究（1）海洋元素生物地球化學(xué)東海陸架、長(zhǎng)江口、黃河口及鄰近陸架，太平洋錳結(jié)核、南大洋生物參與了上述沉積物中C、N、P、Ca、Si、S、Fe、Mn等變遷 生物必需 生物影響沉積研究海洋生物與環(huán)境之間關(guān)系（以化學(xué)元素）演變、成因、資源、污染。如： 有孔蟲(chóng)釋放P，有孔蟲(chóng)多則P多 有孔蟲(chóng)殼體為主，所以C、N低 以硅質(zhì)生物組成，C、N含量高 N以蛋白質(zhì)、氨基酸形式存在54四、海洋生物地

18、地球化學(xué)研究（1）海洋元素生物地球化學(xué)東海陸架、長(zhǎng)江口、黃河口及鄰近陸架，太平洋錳結(jié)核、南大洋生物參與了上述沉積物中C、N、P、Ca、Si、S、Fe、Mn等變遷S：S2-/S22-：古鹽度指標(biāo)，向陸架增加，估算沉積速率C/S：沉積環(huán)境分類(lèi)指標(biāo)S：循環(huán)與生物有關(guān)、形態(tài)與環(huán)境有關(guān)Fe、Mn： 細(xì)菌利用其氧化有機(jī)物沉積物中鐵錳氧化物還原沉積物間隙水上覆水 底棲生物細(xì)菌向上擴(kuò)散通量Mn2+/Fe2+比早期成巖鐵錳分離后大洋結(jié)核Mn富集55四、海洋生物地地球化學(xué)研究（1）海洋元素生物地球化學(xué)I成巖、生物 依賴(lài)于生源 成巖早期的堿性與還原環(huán)境有利于生源碘再生產(chǎn) 與有機(jī)N釋放有關(guān)Cu、Pb、Zn、Cr、Hg、Sn與浮游植物有關(guān) 形態(tài)、Hg攝取生長(zhǎng)率、毒性、生產(chǎn)力56四、海洋生物地地球化學(xué)研究