海洋化学海洋中痕量金属.ppt

第六章海洋中的痕量金属 第1节引言 痕量金属是海洋生态系统的重要组分之一，其生物地球化学循环对于了解海洋生态系的结构和功能具有重要意义。 某些痕量金属对于海洋生物的生长起着促进作用，而某些金属则对海洋生物有毒性作用，而且这些作用与痕量金属的存在形态有关。 不少痕量金属在古海洋学研究中也发挥着重要的作用，是解开地球环境变迁历史的重要指标。 随着工农业的发展，由废水排放等引起的海洋重金属污染已成为人们日益关注的问题。 一、痕量金属在生物生长中的作用 痕量金属几乎参与了海洋生命的方方面面，从细胞壁形成到蛋白质合成，无不存在痕量金属的踪迹。 参与一系列生化反应中，起催化剂的作用，激发、调控或抑制某些生化反应的进行。 在原子量大于50的元素中，大约有十几种元素已经知道具有生物学作用，并影响到海洋生物地球化学过程，它们通常作为海洋生物蛋白质的构成元素或酶体系的调控元素。 海洋重要生物地球化学过程及可能起作用的痕量金属 痕量金属在海洋碳、氮循环中的作用 痕量金属元素的毒性作用 即使是生物生长所必需的某些痕量金属元素，在其浓度过高时也会对生物生长产生抑制或毒性作用。 问题 毒性效应产生机制 海洋生物应对策略 研究意义 二、海水痕量金属的测定问题 1970年之前，由于仪器灵敏度不足以及采样与分析过程的污染等，所报道的数据存在较大问题 1969年Caribbean Sea样品比对结果 对于现在的研究，采样、分析过程的污染问题仍然是一个严峻的考验 第2节海洋痕量金属元素的来源与迁出 一、海洋中痕量金属的来源 （1）大陆径流 （2）大气沉降 （3）海底沉积物间隙水向上覆水体的扩散 （4）海底热液作用 （5）人类活动 （1）大陆径流输入 河流是海洋颗粒态、溶解态金属的主要来源之一。 吸附、解吸作用 沉淀作用 （2）大气沉降 对于某些金属元素大气沉降是进入海洋的最主要来源，如As、Pb等 对于开阔大洋中心区域的环流区，由于远离陆地，河流输送量很少，而垂直混合又受到层化作用的抑制，由深层水向上输送的量也有限，大气输送变得非常重要。 （3）海底沉积物间隙水向上覆水体 的扩散 沉降颗粒物输送痕量金属到沉积物后，沉积物中所发生的化学反应可将部分痕量金属重新溶解，这个过程称为再生重动。 富含有机质的沉积物（如近岸沉积物）由于具有高金属浓度以及有机物相对不稳定的性质，通常是痕量金属元素从沉积物重新回到海洋的重要区域。 （4）海底热液作用 海底热液通常富含痕量金属元素。 （5）人类活动 人类活动同样会向海洋输入痕量金属元素，绝大部分是通过河流和大气沉降的途径进入海洋。 周转时间（turnover time）或停留时间（residence time） 通过一系列过程将海洋中某一特定组分全部清除、迁出海洋所需要的时间。 也代表通过一系列过程重新产生海洋中现有储量所需要的时间。 第3节海洋痕量金属的垂直分布 海洋中溶解态金属的水平或垂直分布受控于其输入与迁出的速率，因此，通过海洋中溶解态金属的垂直分布可反应该元素收支平衡的状态。 根据垂直分布的特点，可分成7类（Bruland, 1983）: 一、保守行为型 少量痕量金属，如Rb+、Cs+、MoO42-、WO42-等，其垂直分布与温度或盐度的变化相一致，说明其分布仅受控于物理过程。 这类金属元素通常不会明显富集在生源物质中，故也是生物非限制性元素。 二、营养盐型 类似于主要营养盐，均在深层水存在富集现象，如Zn、Cu、Ni、Cd等。 产生原因：这些元素在上层水被浮游生物吸收，生物死亡后，部分在上层水体再循环，另有部分通过颗粒沉降输送至中深层。进入中深层水体的颗粒物发生再矿化作用，这些元素重新回到水体中，由此形成表层低而中深层高的分布。 营养盐型痕量金属与主要营养盐之间往往存在良好的线性正相关关系 深层水相对于表层水富集此类痕量元素的程度与以下因素有关： （1）元素在生物体的富集因子（EF）； （2）元素的颗粒沉降通量； （3）水体运动的相对速率。 不同的元素，其垂向富集程度不同。 3种子类型： （1）中层深度存在极大值； （2）深层水存在极大值； （3）中层与深层同时存在极大值。 三、表层富集型 由供给源输送至表层水，而后迅速并永久地从海水中迁出。它们在海洋中的周转时间远短于水体混合时间。 引起表层富集的过程主要有： （1）大气输送进入海洋，如Pb。 Pb主要通过人类燃烧含Pb汽油进入大气，并被大气气溶胶颗粒所吸附，其后颗粒态Pb主要通过降雨输送进入海洋表层。 北大西洋百慕大时间系列站表层水溶解态Pb浓度的时间变化 （2）由河流输送或由陆架沉积物释放，而后通过水平混合进入开阔大洋，形成表层或次表层极大值（如Mn）。 （3）生物过程导致的氧化还原反应会使还原态金属元素在表层或次表层出现极大值，例如C