化学海洋学-陈敏-第8章、海水的溶解气体

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1、第1节引言气体参与了海洋生物地球化学循环的方方面面：ò海洋有机物的生物地球化学循环在很大程度上受控于光合作用与代谢作用之间的平衡。第三章海水中的溶解气体ò除生物光合作用现场产生O2外，大气中O2的溶解也会向海洋表层水提供O2。表层水溶解O2能力的强弱对于深海中的生命具有重要的影响。òCO2等气体会通过海面进行海—气交换，海洋吸收CO2的能力将直接影响全球气候，而另外一些气体在海-气界面的交换将有可能影响臭氧层。了解这些气体组分的循环对于阐明地球环境变化机制具有重要意义。第2节大气的气体组成本章：一、大气层的构造ò首先介绍大气化学组分的组成与演化；ò阐述海

2、洋水体中气体地球化学行为，特别是控制ò对流层气体溶解度以及海-气界面气体交换的因素；ò平流层ò重点讨论海洋中溶解氧的含量、分布及调控因ò散逸层子；ò电离层（热层）ò有关CO2气体的讨论将放在第四章中进行。1二、大气气体组成的历史演化三、现代大气的气体组成ò距今约45亿年，ò常量气体（N2、O2、Ar、H2O、CO2，含量>100ppm）；地球大气组分主要由N2、CO2、ò微量气体（Ne、He、CH4、Co等，含量为ppm）H2O、CH4等构成。ò痕量气体（O、NO、NO、SO、CClF2、CF、32224ò距今约25亿年，NH3等，含量为ppb或ppt）

3、地球大气组分演化成以N、O、ò自由基（如OH•等）组成。22Ar等构成。ò除气体外，大气也含有一些凝结相，如云团、气溶胶等，它们由H2SO4、HNO3等组成。组分分子式体积丰度或浓度氮气N2(78.084±0.004)%氧气O2(20.948±0.002)%氩Ar(0.934±0.001)%水蒸汽HO0.2‾2.5%2二氧化碳CO2348ppmò大气中的常量气体组分含量变化较小（H2O、CO2氖Ne18ppm除外）；氦He5ppm氪Kr1ppmò微量气体主要来自生物学过程、人类活动和光化学氙Xe0.08ppm过程，含量有一定的变化；甲烷CH2ppm4氢气

4、H0.5ppm2ò痕量气体由于主要来自人类活动和生物过程，故含一氧化氮NO0.3ppm量变化很大。一氧化碳CO0.05‾0.2ppm臭氧O0.02‾10ppm3氨NH4ppb3二氧化氮NO1ppb2二氧化硫SO21ppb硫化氢HS0.05ppb22大大气气体的分布气各大气各种气体的分布受控于它们的分子量与停留时间组ò一般而言，分子量大的气体（Xe、Kr）相对富集于成气接近地表的大气中，而分子量小的气体（H2、He）体则在高空中含量较高。随ò停留时间长的气体（如CH4停留时间为7a），其在高大气中的分布比较均匀，而停留时间短的气体（如度H2O停留时间为6‾

5、15d），其含量空间变化较大，的受其来源与迁出作用的影响比较明显。变化温室气体水蒸汽（H2O）ò水蒸汽是大气中最重要的“温室”气体，其“温室”驱H2O、CO2、CH4、O3、NO和氟氯烃（CFCs）动效应较任何其他气体来得强，当它凝结成液相时，就产生了云、雾或霾，会对地球大气的辐射收等是“温室”气体。支产生明显影响。ò大气中水蒸汽的浓度一般在0.2%‾2.5%之间，在热带极端潮湿的环境中可达3%。3CO2CH4òCO2是人类排放的“温室”气体的代表，其对人为“温ò工业革命前含量为0.28ppm，现在约为1.8ppm，室”效应的贡献约占64%。增加了一倍多

6、；ò工业革命前，大气中的CO2含量为280ppm，现在ò它目前的增长速度为每年0.7%，比CO2增加得大气中的含量已达到约370ppm。快，但其增长速度在过去10多年中不断减少；ò大气中CO2的人为来源主要包括：森林砍伐（贡献ò大气CH4的来源并不固定，其可能主要通过生物量约3.5%）、其他的土地利用变化（贡献约19.1%）、燃烧、稻谷耕种、反刍动物肠内发酵及随后的肠内煤炭燃烧（贡献约31%）、石油燃烧（贡献约31.4瘴气排放等，此外，煤的开采、天然气钻井及其输%）、天然气燃烧（贡献约12.9%）以及化学品制送以及地下垃圾发酵等也会释放CH4。造（贡献约

7、2%）。O3氟氯烃（CFCs）ò既有用又有害，它不仅发射长波辐射充当一种“温室”ò氟氯烃（CFCs）不是自然产生的，而是人类活气体，而且截获和吸收太阳的紫外辐射。动产生的化合物，在1950年以前几乎不存在。ò紫外辐射中具有显著生物效应的成分被分为三部分：ò最常见的CFCs包括CCl3F（CFC-11）、CCl2F2315‾400nmUVA（CFC-12）、CClF（CFC-113）和CCl4，它们3280‾315nmUVB在现代大气中的浓度分别为280pM、503pM、100‾280nmUVC82pM和132pM。òO3吸收的紫外线波峰在250‾350n

8、m，它与大气颗粒和云一起将有害的UVB辐射降低至不危害地表生物的水平。4大气含硫