课溶解气体海洋化学.ppt

第五章 海水中的气体 海水中除含有大量的无机物和有机物以外，还溶解一些气体，如O2，CO2，N2等。研究这些溶解气体的来源和分布对了解海洋中各种物理和化学过程起着重要作用。 氧是海洋学中研究得最早、最广泛的一种气体，它在深海中的分布与海水运动有关，通过氧的分布特征可以了解海水的物理过程，如水团的划分和年龄以及运动速度等。 海水中溶解氧的含量与海洋生物的活动有关，海洋植物的光合作用放出氧气，呼吸作用消耗氧气。 “保守气体”或非活性气体：不参与海水的化学和生物反应，如氮、氢和其他惰性气体。有助于深入了解空——海界面的物理过程，以及深入了解氦经由海底的放射核素输入的过程。 微量气体，如甲烷和一氧化碳等，气体的全球性循环过程。 放射性气体，如3H,222Rn,3He，可用来研究海——空界面的气体交换，同时也是海水运动中有用的气体指示剂。 海水中所溶解的气体主要来自大气、海底火山活动、海水中发生的化学反应和其他过程（例如生物过程特别是光合作用和呼吸作用、有机物的分解和放射性蜕变，以及地球化学过程等）。 水循环、风化作用、光合作用、生物的腐败分解、波浪和海流等很多海洋学和海洋化学过程都与大气有关。 大气与海洋相比有相似之处，例如两者都是流体，它们的大多数成分的逗留时间比地球寿命短等。 Dissolved Gases Other than CO2 Composition of the Atmosphere Dissolution of Gases in Seawater Air-Sea Exchange Nonreactive Gases in Seawater Oxygen in the Oceans Other Nonconservative Gases Sources of Gases to the Oceans 1. Atmosphere (N2, O2) 2. Volcanic Activity (H2S) 3. Chemical Processes Biological Activity (NO3 ? N2O) Radioactive Decay (226Ra ? 222Rn) Composition of the Atmosphere N2 0.7808 O2 0.2095 Ar 0.00934 CO2 0.00033 Ne 1.8 x 10-5 He 5.2 x 10-6 Kr 1.1 x 10-6 Xe 8.7 x 10-8 Pollutants (O3,SO2,NO2,CH4,CO) 大气中的温室气体 Measurement Methods 1. Equilibrating or stripping with an inert gas and measure by G.C. , M.S. or I.R.(N2, CH4, CO2, Ar, etc.). 2. Direct measurement in solution (O2 by Winkler Method). Mn2+ + 2 OH- ? Mn(OH)2 Mn(OH)2 + O2 ? MnO(OH)2 MnO(OH)2 + 4H+ + 3I- ? Mn2+ + I3- + 3H2O I3- + 2S2O32- ? 2 I- + S4O62- Basic Concepts Dalton’s Law PT = PN2 + PO2 + PAr + PH2O Ideal Gas Law PG = nGRT/VG R = 82.05 cm3atm mol-1deg-1 Henry’s Law P’G = KG [G] [G] = P’G/KG P’G(soln) = PG(air) Solubility of Gases in Seawater [G] = k PG = (1/KG) PG PG(atm) = PG(solution) ln [G] = a0 + a1 S ln [G] = b0 + b1/T + b2 ln T ln [G] = A1+A2(100/T)+A3ln(T/100) + S[B1+ B2(T/100) +B3(T/100)^2] Effect of Salinity o