海洋学-第2章

三、海水中的二氧化碳系统

海水中溶解有大量碳化合物。溶解CO2可以与大气中的CO2进行交换， 这个过程起着调节大气CO2浓度的作用。 海水从大气中吸收CO2的能力很大，而且最初它所能吸收的CO2是现 今的几倍。 海水对CO2的吸收受3个因素制约：



海水的静态容量，溶解度问题； 动力学问题，即大气-海洋之间CO2的交换速率； 海水铅直混合速率。
式中：a0 0.0080, a1 0.1692, ,
b0 0.0005, b1 0.0056, b2 0.0066, b3 0.0375, b4 0.0636, b5 0.0144, K 0.0162
Rt 的计算，可利用CTD测量的电导率C（S，t，p），换算得出
Ca2+、Na+、Cl-、So42-等）比值总是恒定的。这说明很久以前海水
便已混合的很均匀。
二、海水中的溶解氧
1.生物活动对海水中氧的影响 海洋植物在光合作用中产生氧气，而在呼吸作用中消耗氧气 6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2
海水表层氧含量最大，光合层主要在0~80m深度
在浮游植物密集的地区，表层海水氧气含量，最大值出现在下
一现象，在两个定点之间相对发出信号，测量声波到达的时间差，
就可以求得海水的流速。
5．声波在海底沉积物中传播
传播速度与沉积物的平均粒径和它们的孔隙率的大小有关 一般说海底物质的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小，反之则损 失愈大 利用各层的声学特性不同，用声学方法测定海底沉积物的分层情況 和各层中的声速。
利用声波在声道中超远传播，在大洋中三个不同方位的 岛屿安装声发系统，确定爆炸点位置，营救遇难船只或 坠海飞行员。
声速垂直分布实测曲线 1. 深于1500m的8个站声速随深度的分布是一致的； 2. 浅于1500m的水层，各站的变化规律都不相同。
声波在海水中的传播特征 1.声波折射、反射 声波在不同水层处发生折射； 声波遇到海面时发生反射。 2.声线分裂 在声速由大变小的水层声线发生分裂，产生声影区，在声影区听 不到声源发出的信息。
C ( s, t , p ) C (35,15, 0) C ( s, t , p ) C ( s, t , 0) C (35, t , 0) C ( s, t , 0) C (35, t , 0) C (35,15, 0) R p Rt rt R
所以 Rt
R R p rt
化学耗氧量(COD)：向水体中加入一定量的氧化剂(如KIO3，KMnO4，
K2Cr2O7)，把氧化后消耗氧化剂的量换算为氧的毫克数。
若污水中的有机物含量和组成相对稳定，二者可能有一定的比例关系，
可以互相推算。生活污水的BOD5和COD比值（B/C）大致为0.4~0.8， 该比值越高，表示该水质可生物降解性越好，越有利于生化法处理。
咸 苦 3.盐度:一定量的海水中含有的盐 类物质的总量
精确地测定海水的绝对盐量 困难
1、盐度的首次定义（1902）
1kg海水中的碳酸盐全部转化为氧化物，溴和碘全部以Cl当量置换，
其所含全部固体物质总克数。单位：g / kg 常用‰表示
2 、 用电导法测定（实用盐标）
定义：温度为15℃和压力为1个标准大气压(101325Pa)下，海水样品
2、用电导法测定（实用盐标）
特点：
a.不依赖于氯度
b.比化学法测定计算的值大 1000倍
盐度最大的海：红海 (s=42) 盐度最小的海：波罗的海 (s=3) 盐度最大的湖：死海 表面：s=227～275 40米深处：s=281 水的比重是1.17~1.227，而人体的比重只有1.02~1.097
( A1 A2 p A3 p 2 ) p Rp 1 1 B1t B2t 2 ( B3 B4t ) R
rt c0 c1t c2t 2 c3t 3 c4t 4
其中，R为现场测得电导率与标准海水电导率的比值，Rp为现场测定电导 率与相同样品在相同温度下和p=0时的电导率的比值；γt为盐度为35的标 准海水在温度t下与温度为15℃时的电导率的比值。
午2～3点，最小值在夜间2Fra bibliotek3点。初级生产力 • 通过这种变化量的大小可以估计生物生产氧的量，从而换算 成为单位时间、单位面积水体产生有机碳的量。 补偿深度
• 在近表层光合作用大于呼吸作用，随着深度的增加，光合作 用减弱，呼吸作用增强。在某一个深度下，溶解氧的生产量 恰好等于消耗量
2.海水中的生化需氧量、化学耗氧量 生化需氧量(BOD)：在有氧条件下水中有机物由于微生物的作用所消 耗氧气的量。
温度影响最显著，其次是压力，通常盐度的变化多忽略，除非极
特殊海区。
负 速下 度抛 梯传 度播
正 上 速抛 度传 梯播 度
声道轴：声速最小层所在水层 ① 深水声道（水下声道）：深度各大洋不同 大西洋中纬1260m，太平洋中纬则900m ① 浅水声道（表面声道）：常不稳定，因为表面波浪和大量气泡引起的 散射使声能损失了一部分能量。
气 候
低 高 低 高 洋 流
低 盐度 高 高 低
径 流
100年前，爱尔兰贝尔法斯特船厂中正在建造的泰坦尼克号邮轮，它是 当时世界上最大的邮轮。 “泰坦尼克二号”的尺寸将与原型基本相同，有9层甲板和840间房间， 配备多个健身房、游泳池、图书室、高级餐厅和豪华舱室，约可容纳 900位船员及2400多位乘客。

海洋噪声
海洋中噪声来源： • 海面波浪、洋流运动 • 海洋生物发声 • 水下的火山爆发或地 震 • 海水分子的热运动和 航船来往 缺点： • 噪声对声纳会产生很 强的干扰
一、海水的成分
1.主要化学成分（占99.9％以上） 5种阳离子
(＞1mg/1kg) • 钠、镁、钙、 钾和锶
5种阴离子
(＞1mg/1kg) •氯、硫酸根、 碳酸氢根(包 括碳酸根)、 溴和氟等
硼酸分子
微量元素 • 80多种
2．恒比关系（Marcet原理或Dittwar定律）
无论海水所溶解的盐类的浓度大小如何，其中常量离子间（ Mg2+、
泰坦尼克号的 三具螺旋桨推 进器，它是当 时人类建造的 最大、最快的 船之一。
§2.3 海水的声学特性
海水中传声的研究
1826年，瑞士和法国的科学家在日內瓦湖测量声音在水中传播的 速度，开始了现代水中声学的研究。 1911年，有人用炸药筒进行了最早的水下的回声测探实验。 1912年，美国科学家设计并制造了第一台在水下发信和回声的测 探设备。 第一次世界大战时，由于潜水艇在水下作战的需要而研发出声纳 (sonar: sound navigation and ranging)装置，进而发展了声波 在海洋中传播的理论。


§2.2 海水的盐度
一、海水的温度
取决于海水热量的收入和支出状况
收入
太阳辐射的热量 基本平衡
支出
海水蒸发所消耗的热量
变化规律：随时间和空间变化
同一海区：夏季高于冬季
北半球海洋热量收支随纬度的变化
其他因素
水温受洋流影响
较高纬
100c 150c 200c 较低纬
较高纬
100c 150c 200c

藻类光合作用消耗CO2，产生有机物和氧气。因此，大部分地区的海 水表层CO2是不饱和的。 CO2浓度随深度增加，一个原因是藻类光合作用消耗CO2而在呼吸中放 出CO2，另一个原因是CO2的溶解度随压力增加而增加。
海水中的CO2量足以满足海洋生物光合作用的需要，因此海洋成为生 命的摇篮。



海水的二氧化碳系统维持海水有恒定碱度。存在下列平衡： CO2（g）+H2O=H2CO3= H++HCO3-=2H++CO32- ；Ca2+ +CO32-= CaCO3(s) 海水的pH值约为8.1，其值变化很小，因此有利于海洋生物的生长 （组成介壳）。 在大面积海域中添加微量铁盐，可以大大提高藻类的增殖速度，从而 吸收更多的大气CO2。这对于减缓海洋全球变暖过程会有较大的影响。
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其中a0=0.0080 ；a1=-0.1692；a2=25.3851 ；a3=14.0941；a4=-7.0261 ； a5=2.7081
a
i 1
5
i
35.000
（当2≤S≤42时有效）
非标准状态下海水盐度
s
i/2 a R i t S i 0
5
其中:S
t 15 [b0 b1 Rt1/ 2 b2 Rt b3 Rt3/ 2 b4 Rt2 b5 Rt5/ 2 ] 1 K (t 15)
声速与温、盐、压关系
1)与温度关系：随温度升高而增大
温度升高1摄氏度声速的变化是原来的0.35%，设C=1450m/s，则声 速将增大5m/s。 2)与盐度关系：随盐度增加而增大 盐度增加1 ，声速值增加 1.14m/s。 3)与压力关系 ：静压力增加，声速值增加 海水深度变化100m，声速增量为1.75m/s 。
的电导率与标准氯化钾溶液(它所含KC1的浓度为32.4356‰)的电导率 比值为
K 15
当 K 15 =1， S=35
C (s , 15, 0) C KCl(32.4356, 15, 0)
当 K15≠l时，
S a0 a K a2 K15 a3 K a4 K a5 K
1/2 1 15 3/2 15 2 15

声波的应用
声波被广泛的应用在海洋探测上，包括： 探测环境、海水水文、以及海中生物； 预报台风和海啸等自然灾害； 水下导航、定位、信号传递和遥控等技术。
声音的传播
声音是一种弹性波，在弹性介质中传播，是纵波。