[政史地]2海水的組成及特性-復(fù)習(xí).ppt

第二章海水的組成及特性 2 1海水的組成 一 海水的成分二 海水中的溶解氧三 海水中的二氧化碳系統(tǒng) 2 1海水的組成 一 海水的成分1 主要化學(xué)成分 占99 9 以上 5種陽(yáng)離子 1mg 1kg 鈉 鎂 鈣 鉀和鍶等5種陰離子 1mg 1kg 氯 硫酸根 碳酸氫根 包括碳酸根 溴和氟等硼酸分子微量元素 至今已分析出80多種微量元素 2 恒比關(guān)系 Marcet原理或Dittwar定律 無(wú)論海水所溶解的鹽類的濃度大小如何 其中常量離子間 Mg2 Ca2 Na Cl So42 等 比值總是恒定的 這說(shuō)明很久以前海水便已混合的很均勻 二 海水中的溶解氧和二氧化碳1 生物活動(dòng)對(duì)海水中氧和二氧化碳的影響海洋植物在光合作用中產(chǎn)生氧氣 而在呼吸作用中消耗氧氣6CO2 6H2O C6H12O6 6O2海水表層氧含量最大 光合層主要在0 80m深度 二氧化碳含量不飽和在浮游植物密集的地區(qū) 表層海水氧氣含量 最大值出現(xiàn)在下午2 3點(diǎn) 最小值在夜間2 3點(diǎn) 補(bǔ)償深度 在某一個(gè)深度下 溶解氧的生產(chǎn)量恰好等于消耗量生化需氧量 BOD 在有氧條件下水中有機(jī)物由于微生物的作用所消耗氧氣的量 化學(xué)耗氧量 COD 向水體中加入一定量的氧化劑 如KIO3 KMnO4 K2Cr2O7 把氧化后消耗氧化劑的量換算為氧的毫克數(shù) 海水的二氧化碳系統(tǒng)維持海水有恒定堿度 存在下列平衡 CO2 g H2O H2CO3 H HCO3 2H CO32 Ca2 CO32 CaCO3 s 海水的pH值約為8 1 其值變化很小 因此有利于海洋生物的生長(zhǎng) 組成介殼 1 哪些因素影響海水的溫度 2 海水溫度的分布規(guī)律 隨緯度分布規(guī)律 同一緯度地區(qū)大洋東西兩岸 同一海區(qū)不同季節(jié) 隨深度分布規(guī)律 熱量收支 緯度因素 洋流因素 從低緯向高緯遞減 暖流流經(jīng)海區(qū)高于寒流流經(jīng)海區(qū) 夏季高于冬季 1km以上 受太陽(yáng)輻射隨深度的變化 水溫隨深度增加而遞減 1km以下 水溫隨深度增加變化不大 2 2海水的溫度和鹽度 3 實(shí)用鹽標(biāo) PSS78 為使海水的鹽度值與氯度值脫鉤 選用一種精確濃度的氯化鉀溶液作為可再制的電導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn) 用海水相對(duì)于KCI溶液的電導(dǎo)比來(lái)確定海水的鹽度值 配制一種濃度為32 4356 的高純度KCI溶液 它在 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力 下 溫度為15 時(shí) 與氯度為19 374 鹽度為35 00 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)海水在同壓同溫條件下的電導(dǎo)率恰好相同 他們的電導(dǎo)比 當(dāng)K15 1 S 35 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下海水鹽度 式中 的計(jì)算 可利用CTD測(cè)量的電導(dǎo)率C S t p 換算得出 所以 其中 R為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得電導(dǎo)率與標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值 Rp為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定電導(dǎo)率與相同樣品在相同溫度下和p 0時(shí)的電導(dǎo)率的比值 t為鹽度為35的標(biāo)準(zhǔn)海水在溫度t下與溫度為15 時(shí)的電導(dǎo)率的比值 總結(jié)鹽度的影響因素 高 低 高 低 高 低 低 高 氣候 徑流 洋流 聲速與溫 鹽 壓關(guān)系 1 與溫度關(guān)系 隨溫度升高而增大溫度升高1攝氏度聲速的變化是原來(lái)的0 35 設(shè)C 1450m s 則聲速將增大5m s 2 與鹽度關(guān)系 隨鹽度增加而增大鹽度增加1 聲速值增加1 14m s 3 與壓力關(guān)系 靜壓力增加 聲速值增加海水深度變化100m 聲速增量為1 75m s 溫度影響最顯著 其次是壓力 通常鹽度的變化多忽略 除非極特殊海區(qū) 下拋傳播負(fù)速度梯度 上拋傳播正速度梯度 聲道軸 聲速最小層所在水層深水聲道 水下聲道 深度各大洋不同大西洋中緯1260m 太平洋中緯則900m淺水聲道 表面聲道 常不穩(wěn)定 因?yàn)楸砻娌ɡ撕痛罅繗馀菀鸬纳⑸涫孤暷軗p失了一部分能量 聲波在海水中的傳播特征 1 聲波折射 反射聲波在不同水層處發(fā)生折射 聲波遇到海面時(shí)發(fā)生反射 2 聲線分裂在聲速由大變小的水層聲線發(fā)生分裂 產(chǎn)生聲影區(qū) 在聲影區(qū)聽(tīng)不到聲源發(fā)出的信息 聲影區(qū)某層存在聲速最大層 聲能部分向上部分向下折射 使到達(dá)某區(qū)的聲能減小 存在聲陰影區(qū) 3 聲波在深水中傳播的會(huì)聚區(qū)在距聲源的不同距離處 聲線有許多會(huì)聚區(qū) 在大洋中大約每隔30 40km出現(xiàn)一個(gè)會(huì)聚區(qū) 其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱 但波能傳播較遠(yuǎn) 4 聲波在海流中傳播聲波在海流中傳播時(shí) 順流使聲速增大 逆流使聲速減小 利用這一現(xiàn)象 在兩個(gè)定點(diǎn)之間相對(duì)發(fā)出信號(hào) 測(cè)量聲波到達(dá)的時(shí)間差 就可以求得海水的流速 5 聲波在海底沉積物中傳播傳播速度與沉積物的平均粒徑和它們的孔隙率的大小有關(guān)一般說(shuō)海底物質(zhì)的密度愈大 聲速愈高 反射損失愈小 反之則損失愈大利用各層的聲學(xué)特性不同 用聲學(xué)方法測(cè)定海底沉積物的分層情況和各層中的聲速 二 光的吸收光能量在水中損失的過(guò)程就是吸收 藍(lán)光被吸收最少紅光被吸收最多離岸越近光能被吸收越多吸收公式dI Idz 三 光的散射1 分子散射 散射微粒的半徑小于光的波長(zhǎng) 散射系數(shù)與波長(zhǎng)的四次方成反比 瑞利定律 波長(zhǎng)較短的藍(lán)色光比黃色和紅色光散射強(qiáng)烈 當(dāng)白光通過(guò)干凈的大洋水時(shí) 散射光呈藍(lán)色 所以 大洋的顏色呈藍(lán)色 2 粒子散射 散射微粒的半徑大于波長(zhǎng)散射系數(shù)與波長(zhǎng)的平方成反比 此時(shí)藍(lán)光的散射仍然較其它波長(zhǎng)的光來(lái)得強(qiáng)烈 3 散射公式dI SIdz式中S稱為散射系數(shù) 散射系數(shù)隨深度增加指數(shù)衰減 四 光的衰減 衰減規(guī)律 為衰減系數(shù) S 吸收系數(shù)和散射系數(shù)之和 五 透明度定義 表示海水能見(jiàn)程度的一個(gè)量度 1 直接測(cè)量法 1 測(cè)量方法用直徑為30cm的白色圓板 透明度板 垂直沉入水中 直至剛剛看不見(jiàn)的深度 測(cè)出的是相對(duì)透明度 2 優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)便 直觀 2 儀器測(cè)量法 1 測(cè)量原理一準(zhǔn)平行光束在水中傳播一定距離后 其光能流與原來(lái)光能流之比 即比較式與得 2 數(shù)據(jù)處理由T可算出 衰減長(zhǎng)度 L 1 L與圓板透明度的數(shù)值大體相當(dāng) 大洋海水顏色多為蔚藍(lán)懸浮物較少 顆粒也很微小 其水色主要取決于海水的光學(xué)性質(zhì) 懸浮物較多 顆粒較粗 海水的顏色主要取決于懸浮物的顏色 海藻赤潮 浮游生物大量繁殖聚集 沿岸海水多為綠色由于懸浮物質(zhì)增多 顆粒變大 根據(jù)大微粒對(duì)光線的選擇吸收和選擇散射的性質(zhì) 可知其水色多呈淺藍(lán)和綠色 七 水色與透明度的分布二者分布一致 水色高透明度大 水色低透明度小 在淺海 泥沙多 混合強(qiáng)烈 水質(zhì)肥沃 生物繁殖較大洋發(fā)達(dá) 因此 淺海的水色較大洋為低 透明度較大洋為小 一 海冰的形成 類型和分布 1 結(jié)冰過(guò)程淡水結(jié)冰 表層開(kāi)始結(jié)冰海水結(jié)冰 結(jié)冰前一直對(duì)流混合 然后混合層都達(dá)冰點(diǎn)時(shí)一起結(jié)冰 海冰形成的主要條件 有一定過(guò)冷度海水溫度降至冰點(diǎn)并且繼續(xù)失熱 相對(duì)冰點(diǎn)有過(guò)冷卻現(xiàn)象 有結(jié)晶晶核 2一5海冰 二 海冰的鹽度和密度海冰的鹽度是指海冰融化后所得海水的鹽度 1 影響海冰鹽度的因素 1 凍結(jié)前的海水鹽度 2 結(jié)冰速度 3 冰齡 三 海冰與海洋水文狀況1 結(jié)冰使海水垂直對(duì)流上下溫度 鹽度差別不大聚集在表層的溶解氧轉(zhuǎn)入深層肥沃海泥被帶至海洋上層2 海冰形成內(nèi)波不結(jié)冰的暖季 海冰融解 溫暖的低鹽水 鹽度躍層 密度躍層 易出現(xiàn)內(nèi)波 死水 3 海冰形成大洋底層水海冰使下層海水具有增鹽 低溫 高密度的特征大洋底層水