海洋化学知多少/海洋10000个为什么

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世界上每年由陆地和大气中进入海洋的物质有多少？ 如果按照输入海洋的物质总量的年平均值进行估算，世界上 每年由陆地和大气中进入海洋的物质总量约为250亿吨，其中 90%是由江河输入的。在江河输入的物质中大部分是不能溶解 的物质。其余10%是由冰和大气尘埃输入的，大约为20亿吨/年， 其中90%来自南极大陆，由大气尘埃输入的量约为600万吨/年。 为什么每年进入海洋的物质存在不平衡性？ 实际上，世界河流向海洋输送的物质存在很大的不平衡性， 这些物质随地理位置和时间两个因素的变化而变化。河流量大的， 输入海洋中的物质数量会远远大于河流量小的。东南亚的所有河 流每年输送的物质数量约占全球河流总输入量的80%，而输入 的溶解物质的量仅占全球河流输入溶解物质总量的38%。 为什么一些海区的物质含量与大洋不一样？ 对于大洋的水来说，物质在其中的分布，基本上是均匀的， 但有一些海区的海水其物质含量则与大洋水有很大的不同，这些 海区包含以下几种： 首先是基本被陆地封闭的海区、河口和其他有大量河水流入 的海区，例如渤海、波罗的海等，主要受到陆地水的影响。 其次为一些深海海盆、峡湾等，底层水的物质含量与大洋水 的物质含量有较大的差别，其原因是受地形影响。这类区域底层 海水循环不流畅，其海水与外界水体不易形成交换。 再就是海底沉积物中的水，由于这些水存在于海洋底部的泥 沙中，使得这些水中的成分与大洋水不同。 另外在一些活动地壳，如海底火山、地震带的周围，其海水 浓度与大洋海区也不一样。由于这里的海水与地壳裂缝进行物质 交换，使得这些水体含盐量较高，从而与周围海水浓度不同。 什么是海洋学中所说的盐？ 提起“盐”相信大家都不会感到陌生，在我们日常食物的加 工及烹调过程中，它都是必不可少的材料，号称百味之王。大家 也都知道海水是成的，这是因为海水中含有大量的盐。但海洋学 中所说的盐与我们平时食用的盐(氯化钠)是不一样的。盐类是 地壳的主要构成部分，而我们所说的食盐，它仅仅是众多盐类的 一种。化学上所说的盐，是由金属离子和酸根离子所组成的化合 物，如氯化钠、硝酸钾和硫酸镁等。 为什么说海水中的盐主要来自河水和雨水？ 河水和雨水本来没有成味，为什么说海水中的盐主要来自河 水和雨水？这要从海陆循环说起，其实，海水并不是一开始就含 有这么多盐分的。在距今约45亿年前形成的原始海洋所含的盐 分是很少的，而且呈酸性。在漫长的地质年代中，由于地球上的 水总是不停地运动，从海洋到陆 地，又从陆地到海洋，在整个地 球空间内循环，每年从海洋表面 蒸发掉的水分就有1.25亿万吨之 多。这些水中的一部分又会在合 适的条件下变成雨降落到陆地的 每个角落，受地形影响，它们不 断地流向低处，把岩石和土壤中 的可溶性物质带入江河之中，最后又都流归到了大海。在海水的 蒸发过程中，盐类受其本身特性的制约，不能随水蒸气蒸发，只 能滞留在海洋里。海陆循环周而复始，如此日积月累，海洋中的 盐类不断得到浓缩，其浓度也就越来越大了。 你知道海水中的盐有多少吗？ 我们的日常生活离不开盐，而这些盐来自哪里呢？我们知道 除湖盐、井盐等内陆盐外，还有大规模的产盐区在海边，因为大 海是盐的故乡，但你知道海洋中到底有多少盐吗？ 目前海洋的平均含盐量为35，也就是说，每1千克海水中 就含有35克的盐。在整个海洋中，溶存的盐类达4亿亿吨之多， 如果把这些盐分都提取出来，均匀地铺在陆地表面，会形成153 米厚的盐层，比50层楼房还要高。由此可知，大海真可谓是取 之不尽，用之不竭的盐类宝库。 你知道什么是盐度吗？ 在海洋学上，盐度并不是直接表示海水含盐量，而是反映海 水含盐程度的一个指标。它的确切定义为：“一千克海水中，溴、 碘全部以氯置换，并且所有碳酸盐转化为氧化物之后，所含无机 盐的总克数”，单位为克/千克。盐度可以近似理解为1千克海 水中所含溶解物质的总量。 为什么说引用盐度这一概念具有重要意义？ 虽然盐度不直接表示海水的含盐量，但在海洋学上，盐度是 一个很重要的参数。因为知道了盐度的大小，我们就可以计算其 他一些海洋学参数。例如，可以利用盐度的变化来研究海洋中海 流的运动与海水的混合问题；通过对盐度和温度的测定，来计算 海水的密度。除此之外，通过盐度还能够计算出海水中氯离子的 含量，根据氯离子的含量，我们可以用一定的公式，计算出许多 其他元素的含量。可见，在海洋学中引入海水盐度这一重要概念 具有重要意义。 怎样测定海水中的盐度？ 在测定盐度的方法中，最早使用的叫“重量法”，也就是取 1千克海水，先将海水蒸干，然后称量剩余物质的重量，得到的 就是这种海水的盐度了。目前人们常用的测定盐度的方法主要有 两种：一是直接使用一种叫做盐度计的仪器进行测定；另一种是 近年来才发展起来的新方法，利用电化学的原理进行测定。测定 时只要将事先制备好的探头放人海水中，盐度的大小便会通过电 缆直接显示在计算机中，相当简便快捷。 海水盐度对军事活动有何影响？ 从表面上看，海水盐度似乎与军事活动没有太大的关联，然 而，事实上海水盐度的变化对于海上的军事活动也会产生影响。 首先，声音在不同介质中传播速度的大小是军事上要考虑的影响 因素之一。以声音在海水中传播的速度为例，通常海水盐度每减 少1，声音在海水中的传播速度下降1.3米/秒。如果海水盐度 是在垂直方向上变化的，就会直接影响到声呐的测量距离，在军 事上这是要考虑的影响因素。此外，海水盐度越大，冰点越低， 海面冰层的形成和融化就越慢，从而影响舰船的前进速度。海水 盐度越大，附着在舰艇上的寄生物就越多。因此，海水盐度对军 事活动会产生影响。 海水的盐度变化有何特点？ 我们已经知道全世界海水的盐度是不一样的，但就开阔的大 洋水来说，它的盐度变化不大，一般为32～37.5，世界海洋平 均盐度为34.78。海水的盐度，随不同的海区而有所不同。被陆 地封闭的海区、河口、深海海盆及一些活动地壳周围的海区，其 盐度比大洋中的略有下降或上升。相比靠近大陆的海区，由于受 河流和雨水冲刷的影响，盐度较低，而且变化幅度也较大。 海水中的盐类对海水性质有什么影响？ 与河水或雨水等淡水不同，由于海水中溶解有大量的盐类， 这些盐类的存在对海水的物理、化学和生物性质都产生了巨大的 影响。一方面，因为盐类的密度都大于水，所以海水的密度也就 增加了；另一方面，盐类的存在影响了物质的化学平衡，使海水 中元素的存在形式和淡水中不同；此外，海水中的某些盐类(如 碳酸盐、碳酸氢盐和硝酸盐等)又能被植物吸收，用来合成有机 物并放出氧气，而植物的繁殖、生长又可为海洋动物提供食物来源。 地球上的海区为什么会出现盐度不均匀的状态？ 虽然就地球上开阔的大洋水来说， 其盐度变化不大，但在地球广阔的海洋 上，盐度的分布并不是很均匀。在红海 靠近海底的个别地点，曾测得270以上 的惊人的高盐度，这几乎是盐在水中最 大的溶解量了。在众多的海域中，盐度 最高的红海和波斯湾的海水的盐度超过 了42，是其他海域所不能匹敌的。另外， 大西洋的盐度也比较高，平均为37.9。 然而，在一些被陆地封闭和半封闭的海区中，由于降雨和河 流稀释的影响，盐度会出现一定程度的降低。例如，波罗的海， 盐度为2～15，黑海盐度约为18。在极地地区，由于冰融化出 一定量的淡水，将周围海水稀释而使盐度降低。因此，地球上的 海区就出现了盐度不均匀的状态。 海洋中盐度的高低变化为什么呈马鞍形？ 由于海洋中的盐分不能随着海水一起蒸发，而是滞留海中 使海水盐类浓缩增加，所以一般认为，海水的含盐量高低是与水 的蒸发量大小有密切关系的。那么是否可以认为高温、高蒸发量 的赤道海域表层海水的盐度要比全球海洋的其他表层海水都要高 昵？不然，因为我们只考虑到了“支出”却忘记了“收入”。 针对某一海域表层海水中含盐量的多少，除了水的蒸发量 外，我们还需要考虑降雨量。在赤道海域，尽管气温较高，蒸发 量大，但这里暴雨频繁，降水量大大超过了蒸发量，所以赤道海 域的盐度不仅不大，反而低于大洋水的平均盐度值。而南北回归 线附近海域表层水盐度最高。这是由于该区温度高、信风强，水 蒸发快，但降水量有限造成的。由回归线到两极之间的地区，由 于气温较低，降雨量超过蒸发量，使得盐度也不高。整体来看， 由南极经过赤道到北极，盐度的高低变化就形成了一个马鞍 形状。 你知道海洋生物是怎样适应盐度变化的吗？ 生活在海水中的生物对盐度的变化有着千奇百怪的应对措 施。实际上，海水盐度对海洋生物的影响，主要表现在穿过生物 膜的渗透作用上。对于海洋动物来说，它们体内都有与盐度正常 的海水处于渗透平衡的体液，当它们处于盐度较低的海水中时， 水会由于渗透作用穿过生物膜，使体内盐分的浓度保持相等。生 活在半成水(如在河口地区)中的动物有着各式各样对付低盐的 办法。它们付出一定的能量，逆海水渗透的方向吸收回水来维持 体液的正常浓度。如果盐度的变化时间是短暂的，某些动物会躲 进一个封闭壳中，就可以完全避开周围的环境。所以，生物适应 环境的能力是很强的，它们能够通过改变自己以求得在自然中的 生存。 海水的酸碱度、氧的浓度和二氧化碳浓度有何关系？ 越是深海，海洋生物的种类和数量越少，这是由于海水的酸 碱度变化与氧浓度的变化对生物活动会有一定的影响。生物的呼 吸和分解都在不断地产生出大量的二氧化碳，同时消耗氧气，所 以二者在同一地点呈现此消彼长的趋势。在海水透光层以下几百 米深处，氧气的消耗达到了极大值，所以在最小含氧层附近，二 氧化碳的浓度出现了极大值。同时，由于海水中溶解的二氧化碳 越多，酸性就越大，因而酸碱度也就越小。所以海水中大约在同 一深度上可以测到酸碱度和氧浓度的最小值，二氧化碳就是极 大值。 你知道什么是“海水组成的恒定性”吗？ 在海洋化学上，海水组成的恒定性是海水的一个非常重要的 特性。这里所说的“组成恒定”是指相对组成，而不是绝对量。“海 水组成恒定性”指的是不论海水中所溶解的盐类的浓度大小如何， 也就是说无论海水的盐度大小如何，其主要离子浓度间的比例是 不变的。 这个性质只适用于钠、钾、钙等11种海水中浓度比较高的 元素，即海水中的常量元素。而对于含量很少的微量元素并不 适用。 你知道是谁发现了海水组成的恒定性原理吗？ 直到现在，海水中物质组成具有恒定性这一理论，在海洋探 索研究中还发挥着重要作用，可它的发现并不是一个简单的过程。 从16世纪开始，人们就进行了这方面的研究。到了19世纪20 年代，马塞特初步提出了海水组成恒定性的理论。他发现世界大 洋海水都含有相同的成分，而各成分含量之间的比例都差不多。 在1872～1876年，由迪特负责，英国的“挑战者”号调查 船进行了为期4年的著名的世界性航行考察。在工作中，他们 进一步肯定了马塞特发现的规律，充分证实了海水恒定组成的 原理。 为什么海水的组成会出现恒定性？ 海水中出现常量元素浓度之间的恒定比例关系是受各种因素 影响的：大洋水的成分是在漫长的地质年代中形成的，整个海洋 中溶解着数量巨大的盐类，海洋中不断进行着的海水环流和混合等 过程，使大洋水的成分相对较为均匀。外界的影响，如河流和降水等， 都不足以使它的成分发生大的变化，因而海水成分处于一种相对稳 定的状态之中。海洋中的某些过程，如生物的生长、死亡以及海底 沉积物的形成和分解等，虽然会引起某些物质含量的改变，但这种 变化极不显著，并且它们主要改变的是微量元素的含量，一般不能 使海水主要元素之间的比例关系发生变化。另一些过程，如蒸发、 降水等，对海水只起着浓缩或稀释的作用，主要改变的是盐度的 绝对值，对各元素间的相对浓度变化影响不大。 P6-15