中国海洋大学：《海洋化学》课程教学资源（课件讲稿）第九章 海洋化学原理、模型理论和物质全球循环

Chemical Oceanography 第九章 海洋化学原理、模型理论 和物质全球循环 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 §9-2 海洋化学模型和元素存在形式 §9-3 海洋化学中的界面作用 §9-4 海洋生物地球化学循环与全球变化

Chemical Oceanography 第九章 海洋化学原理、模型理论 和物质全球循环 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 §9-2 海洋化学模型和元素存在形式 §9-3 海洋化学中的界面作用 §9-4 海洋生物地球化学循环与全球变化

§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 第九章 海洋化学原理、模型理论和物质全球循环 一、海水组成恒定比规律 二、海水状态方程 三、平流－扩散方程 四、海洋中的化学平衡 五、海洋稳态原理和元素逗留时间 六、海水活度系数 七、双箱模型

§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 第九章 海洋化学原理、模型理论和物质全球循环 一、海水组成恒定比规律 二、海水状态方程 三、平流－扩散方程 四、海洋中的化学平衡 五、海洋稳态原理和元素逗留时间 六、海水活度系数 七、双箱模型

一、海水组成恒定比规律 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 如何对海水组成恒定性（或恒定比规律）进行描述（回顾第三章） ？ －什么是 “海水组成恒定性 ”规律 /原理？ －海水组成恒定比规律是怎样建立和确认的？ －海水主要成分组成恒定比关系一般如何表示？ －海水组成恒定性的原因是什么？ －影响海水组成恒定比规律的原因有哪些？ －使用海水组成恒定比规律可研究哪些问题？

一、海水组成恒定比规律 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 如何对海水组成恒定性（或恒定比规律）进行描述（回顾第三章） ？ －什么是 “海水组成恒定性 ”规律 /原理？ －海水组成恒定比规律是怎样建立和确认的？ －海水主要成分组成恒定比关系一般如何表示？ －海水组成恒定性的原因是什么？ －影响海水组成恒定比规律的原因有哪些？ －使用海水组成恒定比规律可研究哪些问题？

§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 对海水组成恒定比的说明（P247－248） 1.河口区往往不遵循海水组成恒定性。 2.主要组分浓度对区域性生物和地球化学过程不敏感。 例外：①生物的影响。②结冰和融冰。③海底热泉。 3.恒比规律不适用于少量（或微量或痕量）成分。 4.恒比规律并非指海水之过去和未来都有相同的比值。 5.恒比规律表明，即使海洋多处的化学、生物、地质和水文状况各不 相同，但其主要成分含量变化很小。 这就是称海洋中主要成分的浓度为保守性质的原因（浓度大到足以 掩蔽海洋过程效应而未产生动摇恒比定律的结果）。 一、海水组成恒定比规律

§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 对海水组成恒定比的说明（P247－248） 1.河口区往往不遵循海水组成恒定性。 2.主要组分浓度对区域性生物和地球化学过程不敏感。 例外：①生物的影响。②结冰和融冰。③海底热泉。 3.恒比规律不适用于少量（或微量或痕量）成分。 4.恒比规律并非指海水之过去和未来都有相同的比值。 5.恒比规律表明，即使海洋多处的化学、生物、地质和水文状况各不 相同，但其主要成分含量变化很小。 这就是称海洋中主要成分的浓度为保守性质的原因（浓度大到足以 掩蔽海洋过程效应而未产生动摇恒比定律的结果）。 一、海水组成恒定比规律

二、海水状态方程（P248－251，结合海洋学、海洋物理化学） UNESCO推荐使用的海水状态方程（t – S – ρ 关系） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 式中P为压力，K和K0为压力为P和1 atm时海水的正割体积弹性模量， ρ STP和ρST0分别为P和1 atm时的海水密度。 ρ ST0为纯水密度和盐度的函数， K0为纯水KW和盐度的函数： 各项系数是温度的函数：

二、海水状态方程（P248－251，结合海洋学、海洋物理化学） UNESCO推荐使用的海水状态方程（t – S – ρ 关系） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 式中P为压力，K和K0为压力为P和1 atm时海水的正割体积弹性模量， ρ STP和ρST0分别为P和1 atm时的海水密度。 ρ ST0为纯水密度和盐度的函数， K0为纯水KW和盐度的函数： 各项系数是温度的函数：

教材P249 －251

教材P249 －251

①用1908个实验数据验证，标准误差为9×10－6cm3/g；对大洋水计 算的标准误差为5.0×－6cm3/g 。结果很好。 ②可应用于高压深海。 ③方程式结构比较简明，能清晰地刻划出决定海水体积弹性模量的 “纯水项”，“标准大气压项”，“压力项”、“盐度项”和“温度项”，给研 究和计算带来很大方便。 二、海水状态方程 UNESCO推荐使用的海水状态方程（t – S – ρ 关系） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理

①用1908个实验数据验证，标准误差为9×10－6cm3/g；对大洋水计 算的标准误差为5.0×－6cm3/g 。结果很好。 ②可应用于高压深海。 ③方程式结构比较简明，能清晰地刻划出决定海水体积弹性模量的 “纯水项”，“标准大气压项”，“压力项”、“盐度项”和“温度项”，给研 究和计算带来很大方便。 二、海水状态方程 UNESCO推荐使用的海水状态方程（t – S – ρ 关系） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理

R z S V y S V x S V z S K zy S K yx S K xt S x y z zyx +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ ⎟ −⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ ⎟ +⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ = ∂∂ R ＝0（保守要素/元素） ≠0 （非保守要素/元素） 要素变化与海流的关系 三、平流－扩散方程 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 平流－扩散方程 Vzyx zS VyS VxS tS dt dS ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ = 个别变化＝局部变化＋平流项 局部变化＝涡动扩散作用－平流项＋海洋内部作用

R z S V y S V x S V z S K zy S K yx S K xt S x y z zyx +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ ⎟ −⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ ⎟ +⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ = ∂∂ R ＝0（保守要素/元素） ≠0 （非保守要素/元素） 要素变化与海流的关系 三、平流－扩散方程 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 平流－扩散方程 Vzyx zS VyS VxS tS dt dS ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ = 个别变化＝局部变化＋平流项 局部变化＝涡动扩散作用－平流项＋海洋内部作用

平流－扩散方程的应用 ①稳态解（不含时间变量的解）：海洋中要素空间分布 = 0 ∂ ∂ t S 河口区某元素的分布与转移（见第二章） 溶解氧垂直分布（见第四章） ②包含时间变量的解（P253－254，课下阅读） A．只有垂直混合的情况 B．通过水平扩散引起斑点扩展 ③扩散和切变的综合效应（P254－256，课下阅读） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 三、平流－扩散方程

平流－扩散方程的应用 ①稳态解（不含时间变量的解）：海洋中要素空间分布 = 0 ∂ ∂ t S 河口区某元素的分布与转移（见第二章） 溶解氧垂直分布（见第四章） ②包含时间变量的解（P253－254，课下阅读） A．只有垂直混合的情况 B．通过水平扩散引起斑点扩展 ③扩散和切变的综合效应（P254－256，课下阅读） §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 三、平流－扩散方程

四、海洋中化学平衡 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 温度对平衡的影响 （P257 －258 ）

四、海洋中化学平衡 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 温度对平衡的影响 （P257 －258 ）