海洋学导论

图4-4 世界主要海上石油 运输路线（Clark，1989）
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
“Si”元素 非保守元素 ②溶于海水中的气体成分：如氧、氮及稀有气体等 ③营养元素（营养盐、生源要素）：主要是与海洋植物生长有关的元素， 通常是指N，P及Si等。 ④微量元素：海水中含量很低，但又不属于营养元素者。 ⑤海水中的有机物质：氨基酸、腐植质、叶绿素等。
一、废弃物的本质
人类把物质或能量引入海洋，引起生物资源损害、人类健康危害、海洋活 动妨碍等影响的现象。
污染物包括： ㈠石油类 ㈡毒性较大的重金属 ㈢有机氯农药等合成有机物 ㈣引发
赤潮的NO3-、PO4- 营养物 ㈤放射性核素
二、废弃物处理的方法 最好的方法是减少废弃物的数量，废弃物再生利用，一些有机废弃物作为能
放射性物质
营养物质
天然放射性 微量元素
人工 核污染
（一）碳氢化合物 主要是指石油。碳氢化合物污染主要发生在从石油产地到炼油厂
和石油消费地之间海上运输过程中的泄漏和海上事故。
图4-4表示世界上主要的海上石油运输路线。从图中可以看到，美国、日本 和西欧国家对中东石油的依赖。每年大约有（5~10）×106t石油流入大海。 其中2/3是在运输途中泄漏的，1/3是由河流把炼油厂的废油和其他工业废水 中的碳氢混合物带入大海的。
其中： β 1-1.176兆电子伏（6.5%） β 2-0.514兆电子伏（93.5%） γ -0.662兆电子伏
在此需要注意的是：激发态的原子核回到基态时，除发生同核 异能跃迁外，还可以发射内转换电子，不放出γ 射线。原子核从高 能级跃迁到低能级时，多余能量使K层或L层、M层电子脱离轨道，成 为单一能量的内转电子。在发生内转换时，原子失去一个内层电子， 这种状态也是不稳定的，外层电子就会自动充填内层电子空位。由 于外层电子能量高，内层电子能量低，外层电子充填内层电子空位 时，多余能量以特征X射线放出。此时放出的射线叫X射线。
源烧掉，对于多氯联苯（PCB）这类难分解的有机物，采用焚烧是最好的方法。
排污口
2011年 日本东部地震 灾害 海啸残
骸在太平洋上 形成巨大的垃 圾岛,”垃圾岛” 长达111公里， 面积约为20 万平方米
三、海洋化学污染物
碳氢化合物 （ 5-10） ×10Mt
重金属 汞、铅等
污染物
有机化合物 7万 种
微量元素在海水参与络合、氧化还原平衡、生物吸收、颗粒物的吸附与解吸 等。
一、微量元素在海水中的存在形式
分为以下几种类型：
1）弱酸根，如 cr o42- ；
2）自由离子，如 Fe 2+, Fe 3+ ；
3）有机和无机络合物如
Cu
(
NH
2CH
2(OH
)
4
；
4）生物合成的有机物；
5）有机及无机颗粒物。
1999年12月 马耳他籍油轮“埃里卡”号在法国西北部海域遭遇风暴， 断裂沉没，泄漏1万多吨重油，沿海400公里区域受到污染。
1996年2月 利比里亚油轮“海上女王”号在英国西部威尔士圣安角附 近触礁，14.7万吨原油泄漏，超过2.5万只水鸟致死。
4.1.1海水的主要成分 （p112）
一、性质与溶存形式 表4-1中列举了几乎所有主要元素的无机形态。它对于元素在海水中的反应有
决定作用。 二、元素在海水中的逗留时间 （p114） ※ Ｂarth（1952）提出海水中元素的逗留时间（T）的概念
※ 定义：元素以固定的速率向海洋输送，如果要把全部海水中该元素置换 出来所需的平均时间。
(3.5学时）
（基本要求：了解海水化学组成基本知识、海气界面的气体交换模式、海洋 营养元素的存在形式及其循环的主要过程；理解海水总碱度、碳酸碱度、溶解 氧补偿深度、元素逗留时间等概念；掌握海水CO2系统控制pH的原理、海洋中 营养盐的分布与变化的一般规律。）
§4.1 海水的化学组成
(1学时）
§4.2 海水中的二氧化碳系统 (1学时）
3．同核异能跃迁(γ 衰变) 有许多放射性核，在发生α 衰变以后，生成的子核不是处于基态而
是处于激发态，由激发态过渡到基态的半衰期大于0.1秒，我们把这种 衰变类型称之为同核异能跃迁或称作γ 衰变。
从上述定义可以看出：同核异能跃迁（γ 衰变）前后，母核与子 核的原子序数、质量数都没有改变，只是核的能量不同，再者是母核与 子核的半衰期不同。
4
Zr
5
6.3
V
5
Mo
5
4.5
Cr
3
Ag
5
5.7
Mn
4
Cd
4.7
7.7
Fe
2
Sb
4
7.0
Co
4.5
I
6
2
Ni
4
Cs
5.8
3.8
Cu
4
Ba
4.5
4
Zn
4
La
6.3
6.9
Ga
4
Au
5
元素 Hg Pb Ra Th U
logτ 5
（2.6） 6.6
（2） 6.4
4.1.2 微量元素 (P115)
微量元素——海水中浓度等于或低于1㎎／㎏的元素。除海水常量元素、营 养元素、溶解气体外，其余通称为海水微量元素。
2010年 美国石油钻井平台起火爆炸 致7人重伤11人死亡。钻井平台 爆炸沉没约两天，受损油井开始漏油。
2007年11月 装载4700吨重油的俄罗斯油轮“伏尔加石油139”号在 刻赤海峡遭遇狂风，解体沉没，3000多吨重油泄漏，致出事海域遭严重污 染。
2002年11月 利比里亚籍油轮“威望”号在西班牙西北部海域解体沉没， 至少6.3万吨重油泄漏。法国、西班牙及葡萄牙共计数千公里海岸受污染， 数万只海鸟死亡。
如：
β —衰变时放出的能量被衰变后的子核、β 粒子和中微子共同带走。 这三种粒子的发射方向的角度是任意的，所以带走的能量不固定。由于 子核质量远远大于β 粒子和中微子，相比之下，它带走的动能可以忽略 不计，因而β —衰变释放能量在β 粒子和中微子之间分配。实验测得β 粒子的能量是从零至最大值的连续能谱。与α 衰变时伴随放出的γ 射线 相比较，β —衰变放出的γ 射线强度要大得多。天然放射性元素放出的 主要γ 射线几乎都是伴随β —衰变产生的。
海洋的放射性来源于天然放射性核素和人工放射性核素。
一、天然放射性核素
三大天然放射系U、Ac、Th系成员 宇宙射线作用产物，3H、14C。 不成系的40K、87Rb。
二、人工放射性核素
核武器爆炸 核动力舰船和原子能工厂排放 固体放射性废物 放射性核素的应用和事故
放射性核的衰变的方式: 一个不稳定的原子核自发衰变为另一个原子核，同时放出射线，这
R =kM(k为输出速率常数 )
Q kM =0
1 =M =π kQ
海水中一些元素的逗留时间列于表4-2中 (P114)
例题：（1）海洋中水分子的逗留时间：海洋的平均深度为4000m，全球 河流的径流量折算为海洋水位是13cm/a，所以
TH2O=4000/0.13=3×104（年）。 海水的总体积和径流量计算，即
海水中某元素的总量 ※ 计算公式： T = 该元素每年进入海洋的 量
当海水中某元素的含量不随时间改变，则该元素输入海水的速率应当等于从 海水中输出的速率，
输入速率Q → 海洋物质 → R输出速率 总量 M
dM =Q
R
dt
处于稳定状态： d M = 0 dt
Q =R
元素的逗留时间等于元素输出速率常数的倒数 (P114)
一般α 衰变时，伴随放出的γ 射线的能量不大，概率也较小。
2.β —衰变 不稳定的核自发地放出β 粒子及中微子（ν ），变成另一原子核，
成为β —衰变。β —衰变相当于母核中的一个中子转化为质子，使中子、 质子数目之比发生了新变化，达到了新的平衡。
β粒子实际上就是电子，它的静止质量等于电子质量，带有一个负电荷。 β—衰变的母核与子核的质量数相同，子核的原子序数增加1，即：