第四章水环境地球化学
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☆大气降水中所含溶解气体十分稳定,浓度几乎不变,但CO2成分不稳定。
☆大气降水中二氧化硅含量很小,一般不超过0.5mg/L。
大气降水的pH值一般为5.5-7.0左右。
☆目前,酸雨已成为全球性的重大环境问题之一。
海水占地球总水量的97.2%,世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素,在海水中几乎都能发现,它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
海水占地球总水量的97.2%,世界各地海洋水质基本相似和稳定。
各种天然存在的元素,在海水中几乎都能发现,它们以单离子、络合离子、分子等各种形式存在。
34g 3☆宏量组分海水中宏量组分的含量按其顺序为Cl、Na、SO4、Mg、Ca、K、HCO3、Br,它们的总量占海水溶解物质的绝大部分,即99.94%。
☆中量组分它们是指含量为0.1-10mg/L的组分,这些组分是:Sr、SiO2、B、F、NO3、Li、Rb、C(有机)。
☆微量组分它们是指其含量小于0.1mg/L的组分。
它们包括P、I、Ba、Zn、Ni、As等30多种。
☆海水的含盐度大到在34‰-36‰范围内,只有含量范围变化很大,Na和Cl比也有些变化。
☆海水中含有溶解的和悬浮的有机物,一般有机碳含量在0.1-2.7mg/L范围。
2、海水的成分特征2、海、海水的成分特征3、河水的成分特征☆不同地区的岩石、土壤组成决定着该地区河水的基本化学成分。
在结晶岩地区,河流水中溶解离子含量较少;在石灰岩地区,河水中富含Ca2+及HCO3;若河流流经白云岩及燧石层时,水中Mg、Si含量增高;河流流经石膏层时,使水中富含SO4,且总含盐量有所增加;富含吸附阳离子的页岩及泥岩地区则向河水提供大量溶解物质,如Na、K、Ca、Mg。
☆河水中总含盐量在100-200mg/L间,一般不超过500mg/L,有些内陆河流可以有较高的含盐量。
河水中主要离子关系与海水相反,即其次序为Ca>Na,HCO3> SO4>Cl。
第四章水文地球化学参数水文地球化学参数有三类:物性水文地球化学参数,条件水文地球化学参数,综合性水文地球化学参数。
第一节物性和条件水文地球化学参数一、物性水文地球化学参数物性水文地球化学参数是反映事物的性质(物质的性质和物质间相互作用时的质量和能量关系)的参数。
如平衡常数,反应速度常数,分配系数,吸附容量,自由能,焓,熵,标准电子活度或标准电极电位,离子电位,离子半径和价态,以及原子结构和其外层的价电子层结构都是反映事和物内在本性的参数。
这些参数反映的是事物的本性,或反映的仅仅是事物在理想状态时的特征。
事物在理想条件下的状态与实际条件下是有一定的差距的。
在研究客观具体事物时还需根据具体条件作具体分析。
但尽管如此,收集和掌握这些参数对水文地球化学研究无疑是非常必要和有益的,因为这些参数是对事物进行分析判断的基础,是对事物进行理论计算和实践设计必不可少的参数。
二、条件水文地球化学参数条件水文地球化学参数是反应体系及其环境所处的条件的参数,是用来描述事物或体系与环境的外观状态的参数,当然也是进行水文地球化学计算时所需要的基本数据。
它们主要有水化学组分,含量,pH,pE或Eh,温度,压力等。
无疑这些参数是水文地球化学研究和计算中必不可少的重要参数,因而也是我们野外和实验室工作中必须取得的主要资料。
第二节参比和综合性水文地球化学参数上面已提及,仅有物性水文地球化学参数是不能对水岩体系的客观状态和变化作出确定性的定量回答,也是无法对水岩体系进行具体的水文地球化学计算。
但是仅仅依靠条件水文地球化学参数也是不够的,因为同一个客观具体条件对不同的事物的影响显然是不尽相同的。
对一个事物要作出既科学又符合客观实际的回答,必须将理论与实践相结合,也就是说,将事物的条件状态与该条件下事物发生变化的边界状态相比较,才能对事物的状态、发展结果和将可能发生的事件作出正确的论断。
反映实际条件与该具体条件下的边界条件相比较的结果的参数便是综合性的参数,如饱和指数、反应条件指数等。
水文地球化学及其应用水文地球化学是地球化学的一个分支学科,其研究对象是水与地球物质的相互作用、反应和转化过程。
水文地球化学地位重要,尤其是在环境保护和自然资源管理方面具有很大的应用潜力。
本文将着重探讨水文地球化学的基本理论、应用现状和未来发展趋势。
一、水文地球化学的基本理论1、水文循环水文循环是地球上水分子在不同地方以不同形态的运动。
水分子在不同状态下所体现的物理、化学性质也不同。
水循环包括蒸发、降水和地下水的形成,它是水文地球化学的基础。
2、岩石和土壤岩石和土壤是水文地球化学的重要研究对象。
岩石化学和土壤化学是水文循环的重要环节。
岩石和土壤可以分解成不同的化学组分,并对水的特性产生深远的影响,因此,研究它们的化学特征和变化过程对于水文地球化学研究至关重要。
3、水文地球化学过程水文地球化学过程是指地球上水的循环、沉积、蒸发、降水等过程中与水相互作用、反应和转化的物质。
包括水分子与矿物、溶解气体、有机物和微生物的相互作用。
水文地球化学的过程是广泛且多样的,对其进行分析研究可以形成修正以及完善生态环境政策。
二、水文地球化学的应用现状1、水资源管理水资源是人类生存和发展的基础资源之一,对于保障人类健康和经济发展大有裨益。
水文地球化学对于水资源管理有着重要的作用。
科学有效的管理水资源是现代社会永续发展的必要条件,水文地球化学则可以提供一系列的分析方法和数据供管理层面参考,使得水资源的合理开发和保护得以实现。
2、水污染治理随着城市化的加剧和经济发展的快速发展,水污染已成为了一个不可避免的问题。
水文地球化学为水污染治理提供了一种全新的思路。
在处理水体中的化学物质时,可以运用水文地球化学的更准确的能力寻找有效的污染治理方法及杀菌程序,有效保障水生态的平衡和协调。
3、环境保护水文地球化学在环境保护领域有广泛应用。
例如,可以用化学和物理方法来检测大气、水、土壤污染程度以及其它人为污染物质的存在。
有越来越多的证据表明,环境的水文地球化学变化是关于地球气候科学和环境科学的。
•地下水的化学特征•地下水化学成分的形成作用•地下水化学成分的基本成因类型•地下水化学成分的分析内容与分类图示1、地下水中主要气体成分氧、氮、硫化氢、二氧化碳2、地下水中气体成分及其反映的地球化学环境(1)地下水中溶解氧含量越多,说明其所处的地球化学环境愈有利于氧化作用进行;(2)氮气的单独存在,常可说明地下水起源于大气并处于还原环境;(3)硫化氢的出现说明地下水处于缺氧的还原环境;(4)地下水中二氧化碳愈多,其溶解碳酸盐类的能力以及对结晶岩类进行风化作用的能力愈强。
1、地下水中主要离子成分氯离子、硫酸根离子、重碳酸根离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子2、离子成分与矿化度的变化(1)矿化度发生变化,地下水中占主要地位的离子成分也随之发生变化。
低矿化度水中常以碳酸根离子、钙离子与镁离子为主;(2)高矿化水则以氯离子与钠离子为主;(3)中等矿化水中,阴离子常以硫酸根离子为主,主要阳离子可以是钠离子,也可以是钙离子。
1、微量成分Br、I、B、Sr、Ba等;2、胶体Fe(OH)3、Al(OH)3、SiO2及有机质胶体;3、微生物(如硫细菌、脱氧细菌等);4、物理性质(如温度、透明度、颜色、放射性等)。
1、地下水的总矿化度(g/L)地下水中所含各种离子、分子与化合物的总量成为总矿化度;2、库尔洛夫式1、溶滤作用:在水与岩土相互作用下,岩土中的一部分物质转入地下水中,即为溶滤作用;溶滤作用结晶作用2、影响溶滤作用强度的因素(1)组成岩土的矿物盐类的溶解度;(2)岩土的空隙特征;(3)水的溶解能力;(4)水中二氧化碳、氧气等气体成分的含量决定着某些盐类的溶解能力。
水中二氧化碳含量愈高,溶解碳酸盐及硅酸盐的能力愈强,氧气的含量愈高,水溶解硫化物的能力愈强;(5)水的流动状况。
3、溶滤作用在时间上的阶段性(1)溶滤作用是一种与一定的自然地理与地质环境相联系的历史过程。
(2)首先易溶物质如氯化物由岩层转入水中,成为地下水中主要化学成分,并被水流带走而逐渐贫化;然后相对易溶物质如硫酸盐溶入水中,成为地下水的主要成分;随着溶滤作用的长期持续,岩层中保留下来的几乎只是难溶的碳酸盐和硅酸盐,地下水的化学成分也就以碳酸盐和硅酸盐为主。
《地球化学》章节笔记第一章:导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义:地球化学是应用化学原理和方法,研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支,同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象:- 地球的固体部分,包括岩石、矿物、土壤等;- 地球的流体部分,包括大气、水体、地下水等;- 地球生物体,包括植物、动物、微生物等;- 地球内部,包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容:- 地球物质的化学组成及其时空变化;- 地球内部和外部的化学过程;- 元素的迁移、富集和分散规律;- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用;- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法:- 野外调查与采样:包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等;- 实验室分析:包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子吸收光谱(AAS)等;- 地球化学数据处理:包括统计学分析、多元回归、聚类分析等;- 地球化学模型:建立地球化学过程的理论模型和数值模型;- 同位素示踪:利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义:- 揭示地球的形成和演化历史;- 了解地球内部结构、成分和动力学过程;- 探索矿产资源的形成机制和分布规律;- 评估和治理环境污染问题;- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡;- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程:- 起源阶段:19世纪初,地质学家开始关注矿物的化学组成;- 形成阶段:19世纪末至20世纪初,维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础;- 发展阶段:20世纪中叶,地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展;- 现代阶段:20世纪末至今,地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉,形成新的研究领域。
第四章湿地的⽣物地球化学循环第四章湿地的⽣物地球化学循环⽣态系统中物质的迁移和转化过程称为⽣物地球化学循环,它包括许多相互联系的物理、化学和⽣物过程第⼀节湿地⼟壤(⼀)基本特征湿地⼟壤既是湿地许多物质转化过程的媒介,同时⼜是⼤部分湿地植物可利⽤化学物质的主要贮存库,通常被称为⽔成⼟。
通常湿地⼟壤分为:矿质⼟壤和有机⼟壤。
当⼟壤中有机质(⼲重)含量⼩于20-35%时,可以认为它是矿质⼟壤壤(⼆)有机⼟壤有机⼟壤主要是由不同分解阶段的植物残体组成,由于静⽔或排⽔不畅导致的厌氧条件⽽造成累积。
有机物质的植物来源和⼟壤分解的程度是湿地有机⼟壤包括泥炭和腐殖⼟的两个重要的特征。
⼟壤有机物质的植物源可以是苔藓、草本植物、树⽊和落叶。
–如⼤部分北⽅泥炭湿地的⼟壤有机质来源于苔藓植物;–海岸盐沼湿地的⼟壤有机质可以来源于芦苇属,⽶草属的草本植物;–⽽有林湿地中,⼟壤有机质可以来源于⽊质碎屑或落叶。
湿地⼟壤的分解或腐殖化状态是有机泥炭的另⼀个重要特征。
在泥炭分解时,随着物质的进⼀步破碎化,⼟壤的容积密度增加,⽔⼒传导率下降,粗⼤纤维颗粒(>1.5 mm)含量减少。
可溶于⾮极性溶剂的物质和⽊质素随着分解的进⾏⽽增加,⽽纤维素化合物和植物⾊索则下降。
有机⼟壤通常分成四类:–腐殖⼟,分解的物质占2/3或更多,并且可被确定的植物纤维不到1/3。
–泥炭⼟,分解的物质不到1/3,并且可被确定的植物纤维超过2/3。
–腐殖泥炭⼟或泥炭腐殖⼟,介于腐殖⼟与泥炭⼟之间。
–薄层⼟,热带地区和北⽅⾼⼭地区积聚的过量⽔汽(降⽔量>蒸发蒸腾量)造成的有机⼟壤。
(三)矿质⼟壤矿质⼟壤在长期淹⽔条件下,通过铁、锰氧化物的还原、迁移和/或氧化会形成特有的氧化还原形态特征。
⽽其形成过程要受微⽣物作⽤的调节,其形成的速率取决于三个条件:–持续的厌氧条件。
–⾜够的⼟壤温度(5℃被认为是―⽣物学零点‖,低于这个温度,⽣物活动就会停滞或相当慢)。