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海水主要溶解成分

作者:汇感百科  阅读:次  类别:中国百科

    海水中含量大于1毫克/千克的11种化学成分。它们包括:①钠、镁、钙、钾和锶等5种阳离子;②氯根、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴根和氟根等 5种阴离子;③硼酸分子。这些成分的总量占海水中所有溶解成分的99.9%以上。被河川搬运入海的岩石风化产物和火山等的喷发物,是海水主要溶解成分的主要来源。

    自从地球表面出现海洋之后,在漫长的地质年代中,不但经历了海陆变迁,而且海水中的溶解成分,曾有过组成的演变。尽管各大洋海水的含盐量随海域和深度而异,但海水主要溶解成分的含量间有恒定的比例,就称海水的组成是恒定的,并称这些成分是保守成分。

    18世纪以来,人们对海水主要溶解成分进行了许多研究工作。1819年,A.M.马赛特分析了取自大西洋、北冰洋、 波罗的海、黑海和黄海的 14个水样,发现虽然Mg2+、Ca2+、Na+、Cl-、SO-等5种成分在不同水样中的含量都各不相同,但它们之间在每一份水样中的比值是近似守恒的,即这些溶解成分的组成有近似的恒比关系。1884年,W.迪特马尔分析了英国“挑战者”号调查船从主要大洋和海区的不同深度采样的77个海水样品,根据(Cl-+Br-)、SO-、CO2、Ca2+、Mg2+、K+和Na+等7 种成分的含量,证实了海水主要溶解成分的恒比关系。20世纪60年代中期,为了深入研究海水中主要溶解成分的含量及其保守性,英国国立海洋研究所和利物浦大学通过海洋调查,收集了世界各大洋及某些海区不同深度的海水样品,分别测定过表层水、中层水和深层水中主要溶解成分的含量,讨论了某些成分变化的情况。1975年,T.R.S.威尔孙对海水主要溶解成分进行了全面的总结。

    海水主要溶解成分之间,所以具有恒比关系这一特点,是因为海水中的含盐量相当稳定,加上海水的不停运动,使各成分充分混合的缘故。但由于生物的作用,海底热泉和大陆径流等的影响,局部海区的某些主要溶解成分的含量并不严格遵守恒比关系。例如深层海水中Ca2+的相对含量大约比表层水高千分之五。因此,不同的主要溶解成分的保守性(相对含量的守恒性)略有差异。要研究溶解成分的保守性,考虑的不是它的浓度大小,而应考虑其相对含量,即浓度与含盐量之比。由于通常以氯度或盐度表示含盐量的大小,故引用浓度(克/千克)与氯度或盐度之比为参量,称为氯度比值或盐度比值。直接用氯度比值或盐度比值的恒定性和变化范围说明海水中溶解成分的保守性。

    海洋中主要溶解成分的氯度比值,基本上保持恒量。但由于上述原因,氯度比值会产生变化,主要表现为:

    ① 生物的影响。上层海水中的生物在生长繁殖过程中,吸收Ca2+和Sr2+等溶解成分,其残体在下沉和在分解过程中逐渐将Ca2+和Sr2+释放于水中,其循环与海水营养盐类似。因此在深层和中层的水中,Ca2+和Sr2+的氯度比值大于表层水。

    ② 径流的影响。河水的溶解成分及其含量和海水不同。例如:

    海水中溶解成分的含量: Na+>Mg2+>Ca2+

            Cl->SO->HCO(包括CO-)

    全世界河水中溶解成分的平均含量: Ca2+>Na+>Mg2+

            HCO(包括CO-)>SO->Cl-因此,河口区的海水受河水的影响,溶解成分的氯度比值发生变化,特别是低盐海水更加明显。这些区域的海水中,Ca2+、SO-和HCO的氯度比值常常比较高。

    ③ 结冰和融冰的影响。海水在高纬度海区结冰时,Na+SO7会进入冰晶之中,故结冰后的海水的氯度比值降低;融冰时适相反。

    ④ 溶解氧的影响。在缺氧或无氧海域,由于硫酸盐还原菌滋生,可将一些 SO-还原成 H2S,使 SO-的氯度比值变小。例如黑海表层水中,SO-的氯度比值为0.1400,但在其深2000米的水层中,降低为0.1361。

    ⑤ 海底热泉的影响。在海底断裂带的裂缝处,常有海底热泉,其含盐量很高。例如红海海盆中心区2000米深处的热泉,水温为45~48°C,盐度为255~326,使附近海水中溶解成分的氯度比值和一般的海水差别很大。

    中国沿海的海水中,主要溶解成分的氯度比值和大洋海水基本上一致。

        

    

    海水的主要溶解成分,不仅以自由离子形式存在,还会由于缔合作用而形成各种离子对,从而影响着海水的化学性质和物理性质。例如 CaCO3在海水中溶解度较大,MgSO4对声波有较强的吸收作用。这方面的研究工作,主要是测定各种离子对的缔合常数,计算出主要溶解成分存在形式的分配比例模型(见海洋物理化学)。