海水中微量元素

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1、haishui weiliang yuansu海水微量元素minor elements in sea water海水中含量小于1毫克/升的元素。海水是一个多组分、多相的复杂体系，除水和占所有 溶解成分总量的99.9%以上的11种常量元素（见）之外，都是微量元素。它们广泛地参加 海洋的生物化学循环和地球化学循环（见），因而不但存在于海水的一切物理过程、化学过 程和生物过程之中，并且参与海洋环境各相界面，包括海水-河水、海水-大气、海水-海底沉 积物、海水-悬浮颗粒物、海水一生物体等界面的交换过程。在这些过程中，微量元素的化 学反应是十分复杂的。虽然它们从环境输入海水体系的速率和输出到环境中去的速

2、率相当， 可是不同的微量元素有不同的输入或输出的速率;微量元素在海水中还有区域分布和垂直分 布；它们有一定的存在形式，而且不断通过各相界面迁移。这些方面,都是海洋化学的重要 的研究内容。20世纪50年代以前，为了研究海洋生物和发展海洋渔业，曾对碳、氮、磷、硅、铁、锰、 铜等营养元素在海水中的含量及其分布，进行过一些调查。人们从50年代开始，才对海水 微量元素进行地球化学研究。例如：1952年，T.F.W巴尔特提出并计算了元素在海水中的逗 留时间（见）；1954年，E.D戈德堡发表了微量元素从海水向海底沉积物转移的研究结果； 1956年，K.B.克劳斯科普夫对海水中13种微量元素的浓度和影响因素

3、，进行了实验室模拟 试验。但是早期测定的数据，有一些是不可靠的，只有在P.G布鲁尔于1975年总结并发表 了海水微量元素的含量、可能的化学形式和逗留时间的估算表之后，微量元素的测定，才有 一些准确度很高的结果。随后，E.博伊尔和T.M.埃德蒙于同年提出了判断测定数据是否真实 可靠的标准:它们必须具有海洋学的一致性,即海洋中经过相同的物质循环过程的微量元素， 应有较好的相关关系，它们在海水中的含量应有类似的分布。例如：铜如果参加生物循环， 则它的分布应与参加生物循环的氮、磷或硅等营养元素相类似。含量和逗留时间 下表列出了海水中微量元素的含量、可能存在的化学形式和在海水中的 逗留时间。化学元素在海

4、水中的逗留时间的定义可表示为：L 二277-10 心。式中A为海水中某元素的总含量；Q为该元素每年向海洋的输入量或从海水的输出量；注为该元素在海水中的逗留时间，单位 是年。由于元素在海水中的总含量A不变，所以每年向海洋输入的量与从海水输出的量相 等,都等于AQ。由于年输入量和年输出量数据的近似性不能把所估算的逗留时1间的数值 看作为确切的年代数，只能反映不同化学元素的化学反应活性。逗留时间越短，说明此元素 的地球化学反应活性越大，反之亦然。例如:地球化学反应活性较差的元素，如钠、钾、钙、 镁等，逗留时间长达1010年；而钍、铝、铁等，只有10年的量级。海水中化学元素含量及其逗留时间估算 表海水

5、中化学元素含量及其谨留时间估算表元素化学莎式总浓度1曾时间(年)重量克分予獗克/升巴氽特(1952)戈so阿 伦尼乌斯 (1958)戈德堡(1971)Hei.jxi(ra6*8X1 尸一Lili+180L2X10?1JX1072x10BeBeOH+i6.axi(rw5.6X1 严一一NNnN0N0pNH：L07X10H1.5X-NeN貞岂体)7XKT1.2X10-1L LAlAl(OH)；7.4X10-23.1X1051X1C11.0xi0!SiSi(QH)*7.1X10*52X10fl3.5 X1Q41X10*1.8X104FHFO 匚 FO 门2XKT160L8X104ArAt(气体)LI

6、XICT4.3JScSc(O 珊exir一4X10*TiTi(OH)；2X1(T(1S= *J1.3X101VHiVOHVOi5xi0_ftN58X10*CrCr(OH)J,CfO；-55x10*0.3i6X1(FMnMn 叫 MdCl*3.6X KT1一1X1*FcFefOHJFeCOH);3.5X10522X1Q!Co38X10*lfl&.053X10*NiN?+8,8X10L7l.SXlfl4L8X10*9X10*CuCnCbjCiiOH+BXUT10.55X1Q*2X10*ZaZnOH+血计趣CO；mxi(r4*9一2X10*海水中化学元素含量及 其逗留 时间估算表续 表元素化学形式总

7、浓度逗册时问年)團*克分子微克/升巴尔转(1952)戈徳堡和阿 伦尼乌斯 (1958)戈徳堡 (1971)GaGft(OH);4,3x1070.03一IX10*GeGe(OH)26.9X1 严0.05AsHASO：血 A,O；5X1Q-*3.7一5X10*SeSeOp2.5X100.2一2X104KrKr(气体:)2.4X100.2RbRb1.4X10-120caxio2.7X1054X10sYY(OH)$1.5XHT“1.3xl0sZr(OH；：3.3X103X10*21X10*JO1X101MoO广1X10102.1X105X1C32X103AgCI；4X IL0,042,5X122.1X

8、1084X10MCdClj1X10*0.1Id(OH)：0.8xi(F:a1 x ILSnO(OH)；8.4X10u1X30-1Sb(OH);2XHT10.247X10HTcOiio； J-5X10r材4X105Xe(气体)3.8X10*105X10=CZ3XW80.46X103Ba3*1.5X10-725X104S.4X1044乂10L 臥 OH)；2Xl-n3X1T$6X102Ce(OH)；1X1O:O3 X旷P(OH)：4X106X1(F一一Nd (OH)?I.9XlS8X10-152X10*YbYbCOH)S5X10F8X10-*LuLu(OH)S9X10-22X10一Hf4X10-u

9、7X10TaIX JO112X10一wwo：-5xlO-Hoa一L2X105ReReO；2X10*134X103A 口AtlCla2X10n4X10-52 x10sHrHgCI? HgClJi.5xi(ric3X1CJP8X WBiIX10-102X103PoPQOr，PoO(OH)$一RaRa(气体02.7X10-al6X0RaR护3X10-7X1CT1ThTh(OH)$4x1円1X1023X10Pa2X10%5X10一UU0/0H)7.1.4X10-83.23X10uoacco5)r影响分布的过程微量元素在海水中的分布及其变化，都受其来源和海洋环境中各种过程 的影响。这些过程称为控制过程，

10、包括各种化学过程、生物过程、物理过程、地质过程和人 类活动等，其中最突出的是生物过程、吸附过程、海气交换过程、热液过程、海水-沉积物 界面交换过程等。生物过程 海洋生物在生长过程中所需要的全部元素，都取自海水，其中有些元素，如碳、 钾、硫等，在海水中的含量，大大超过生物的需要量；有另外一些元素，如氮、磷、硅等， 则仅能满足生物的需要，而又是海洋生物必不可少的，故通常称为营养元素。浮游生物通过 光合作用，从海水中吸收营养元素而放出氧，其残骸在分解过程中消耗氧而释放出所含的营 养元素。这种生物过程，控制着营养元素的分布及其变化（见）。有一些微量元素在海水中的分布，分别与某种营养元素十分相似。例如：

11、铜和镉的分布与 氮和磷相似，钡、锌、铬的分布与硅相似，镍的分布介于磷和硅之间。这都说明，生物过程 很可能是控制海水中的铜、镉、钡、锌、铬、镍等元素的浓度的因素之一。吸附过程 悬浮在海水中的粘土矿物、铁和锰的氧化物、腐殖质等颗粒在下沉过程中，大 量吸附海水中各种微量元素，将它们带到海底，使它们离开海水而进入沉积物中。这也是影 响微量元素在海水中的浓度的因素。海一气交换过程 有几种微量元素在表层海水中的浓度高，在深层浓度低。例如铅在表层 海水中浓度最大，在1000米以下的海水中，浓度随深度的增加而迅速降低。氢弹爆炸时放 出的氚和氡蜕变而得的铅-210,在海水中也有类似的垂直分布。这说明表层的铅主要来自大 气，因而它在海水中的分布受海一气界面的交换过程所控制。热液过程 海底地壳内部的热液，常常通过地壳裂缝注入深层的海水中，形成海底热泉， 它含有大量的微量元素，因而使附近深海区的海水组成发生很大的变化。例如：1965年在 红海中央裂缝区域深达2000米的海水中，出现了热盐水，其最深处的温度达到59.2 C，其 中微量元素的组成和一般海水有很大的差异;东太平洋的加拉帕戈斯裂缝，有海底热泉喷射， 向海水输