海洋学试题.docx

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海洋学试题

海洋学

[填空题]

1海水中有机物对海水的性质有何影响？

参考答案：

1、对水色的影响

2、对海气交换的影响

3、对多价金属离子的络合作用

4、改变一些成分在海水中的溶解度

5、对生物过程和化学过程的影响

6、对海洋生物生理过程的作用

[填空题]

2影响海气界面气体交换的因素有哪些？

参考答案：

1、温度的影响。

比如二氧化碳在25度海水中交换速率是在5度海水中的两倍。

2、气体溶解度的影响。

不同溶解度的气体海气界面气体交换通量不同。

3、风速的影响。

风速增加会使扩散层厚度减少，气体交换速率增大。

[填空题]

3海洋富营养化有哪些环境效应？

参考答案：

正效应

适度的富营养化对于当地水产养殖和渔业生产是有益的。

对全球气候变化的贡献（二氧化碳、二甲基硫）

负效应

对浮游生物的影响（自身的繁殖生长）。

对底栖生物的影响（光照）。

对生态系统结构和生物分布的影响。

造成贝类等海洋生物中毒，间接地影响人类的身体健康。

对沿岸旅游业的影响，造成景观地带受到污染，影响美观，游客减少。

对工业用水的影响。

藻类、鱼类等大量死亡后遗体沉积，加速河口、海湾、泻湖的填埋。

[填空题]

4什么是海水中的溶解气体？

参考答案：

海水中的溶解气体主要指溶存形式的气体分子，而不是指“气泡”，前者分布在海水的各个深度，后者集中出现在表层。

海水中的溶解气体种类

（1） 活性气体和非活性气体。

参与海水中生物和化学反应的气体称为活性气体，又称非保守气体；例如CO2、O2；不参与生物和化学反应，仅受物理过程影响的气体称为非活性气体，又称保守气体；例如惰性气体和氮气。

（2） 微量气体。

以空气中的含量为区分标准，除N2、O2、Ar、CO2外的气体，例如：

甲烷和一氧化碳。

（3） 放射性气体。

例如；3H、222Rn、3He。

[填空题]

5海水中富集、贫乏和预平衡元素划分的具体标准是什么？

参考答案：

若以cs、cr分别表示元素y在海水和河水中平均浓度（单位μmol/kg）。

可将海水中元素粗略划分如下：

（1） 海水富集元素：

 cs＞10cr

在漫长的地质年代里不断聚集，充分混合，相互间的浓度比例基本保持恒定（变化在±10%以内）。

（2） 海水贫乏元素：

 cs＞＜0.1cr

与河水比较，海水中这些组分含量少，一旦进入迅速从海洋中离去，因此在整个海洋中的分布是不均匀的，不同海区浓度差异常常很大。

（3） 预平衡元素：

   10cr ＞cs＞0.1cr

在河水和海水中的浓度相近，流入海洋的该元素似乎是被河水“预平衡”的。

[填空题]

6布鲁兰分类法的优点是什么？

其他分类方式有哪些？

参考答案：

（1） 直观地描述了微量元素的空间分布。

（2） 其他分类方式：

1）根据平均停留时间分类法——角皆静男等于1983年提出的。

2）根据与生物的关系的分类法——Broecker和彭宗宏于1982年提出的。

3）根据痕量元素在海水中的垂直分布进行分类——Bruland于1983年提出的。

[填空题]

7什么是微量元素的保守行为和非保守行为，影响元素行为的因素有哪些？

河口海区元素的非保守行为有哪两种？

请分别加以简介。

参考答案：

非保守行为是指元素的存在形态发生改变的行为，这种改变可能起因于生物的、化学的或物理的过程。

保守行为则是指存在形态未发生改变。

影响因素：

元素自身的化学性质和水体的（化学、物理、生物）环境。

河口水体中元素的非保守行为有：

清除型和溶出型

清除型：

当河水流向海洋经过河口地区时，水体中的目标元素的溶存形式会以不同方式与颗粒结合而转变成颗粒态，进而从水体沉降、沉积到水底，致使该元素迁移出水体。

溶出型：

当河水流向海洋经过河口地区时，水体颗粒态元素从颗粒溶出成为溶存形式，进而进入水体。

[填空题]

8氮元素在生物吸收、及生物分解过程中各存在形式间的转换次序。

参考答案：

（1） 光合作用时植物对氮元素的吸收（同化）。

N.O3-（ 海水）→ NO3-（ 细胞内）→  NO2-  →   NH4+  → 氨基酸（有机氮）

↑              ↑         ↑           ↑

透性酶      硝酸还原酶   亚硝酸还原酶  谷氨酸脱氢酶

（2） 生物体的分解氧化。

像同化过程一样，在生物体呼吸、腐烂时各种细菌和酶在氮的分解、再生过程中也扮演着重要角色。

其氧化再生的顺序是，有机N →NH4+ → NO2-→ NO3-；其氧化再生过程停止（平衡）约需3个月。

[填空题]

9营养元素（氮、磷、硅、碳、氧、钙）在生物硬组织和软组织中的存在丰度特点。

参考答案：

软组织或称有机组织不含Si 和Ca；而硬组织[主要是碳酸钙和蛋白石-SiO2]不含P和N。

[填空题]

10决定化学存在形式的基本变量。

参考答案：

 压力（包括组分分压）、温度、盐度、PH、氧化还原电位、组分的活度（或浓度）。

[填空题]

11为什么可以用氧化还原反应平衡预测多价元素的优势价态？

如何预测？

预测成功或失效的实例有哪些？

（注：

当某体系内一个氧化还原反应达到平衡时，针对该反应的奈斯特方程才成立，才能用奈斯特方程反映

参考答案：

该反应涉及的氧化形态、还原形态活度[浓度]和体系氧化还原电位之间的关系）

预测原理：

在一定的氧化还原体系中，其特定元素所有的价态之间浓度关系都被相应的氧化还原反应平衡控制，当体系的环境条件（包括氧化还原电位、PH、温度、压力）确定时，体系内所有的氧化还原反应平衡的位置（即反应物和浓度积的比值）也是确定的这种比值可以可以直接或间接的确定该体系中特定元素的优势价态。

预测方法：

首先，确定某体系中有哪些可能价态形式，其次，任选两种价态构成一个氧化还原反应（一个电对），用奈斯特方程或4.33式计算并确定该电对中的优势价态。

（注：

当可能价态多于３时这个优势价态仅是该电对中的优势价态，不一定是整个氧化还原体系的优势价态形式）；其后，用上述优势价态与任选自第三个价态形式构成另一个电对，重复第二步中的计算并确定该电对中的优势价态，依次类推直至筛选出所有价态中的优势价态形式。

[填空题]

12海水中有机物有哪三个主要来源？

最多的是哪个来源？

参考答案：

海水中有机物的来源有内部来源和外部来源之分。

内部来源，又称自生的（autochthonous）是指：

生物活动制造的有机物，与海洋初级生产力净值基本相当，但这部分有机物最终将分解为无机碳返回海水中，因此严格地讲不能作为海水有机物的真正“来源”。

外部来源，又称外来的（allochthonous）包括：

1、河水径流（river run-off）。

2、大气输入（atomspheric transport）主要途径是降水。

表中海水中有机碳的河流与大气输入项合计为约0.40～0.53×1015gC/yr（净初级生产力），而迁出项合计约0.095～0.257×1015gC/yr，迁出不及输入的一半，显然，输入海洋的有机碳多数将转化成无机碳。

[填空题]

13什么是平衡模型？

请概要介绍斯图母和布劳纳的平衡模型研究。

参考答案：

平衡模型是涉及有机金属络合物的海水化学模型，既讨论无机存在形式，也讨论有机存在形式的海水化学模型．

[填空题]

14大洋悬浮颗粒的垂直和水平分布，什么是清水最小层？

参考答案：

（1） 大洋中悬浮颗粒的垂直分布的典型模式是：

上下含量大，中间含量小。

最大值一般在温跃层下缘，最小值在3000米附近。

（2） 大洋悬浮颗粒的水平分布：

大西洋表层水中悬浮颗粒的水平分布，具有纬度对称性：

赤道含量较低，南北纬40°-60°的海区含量较高[约10-600g/kg]；太平洋表层水悬浮颗粒比大西洋低2～3倍。

[填空题]

15试说明氧同位素测量海水古温度的原理。

参考答案：

海水中的18O和16O与动物壳体中的18O和16O之间存在如下平衡：

K.是温度的函数，当把海水的18O/16O（=H218O/H216O=δW）视为常数时，即δW比值古今相同时；动物壳体中的18O/16O（=CaC18O3/CaC16O3=δS）只取决于形成时的温度t（℃）。

生物存活时，通过新陈代谢实现上述化学平衡；当生物死亡后，新陈代谢停止，δS值不再改变；其壳体会成为沉积物的组成部分，而将δS值保留下来，则其生成时的温度为：

T.16.9-4.2（δS-δW）+0.10（δS-δW）2结合14C测年法，可以估计相应年代的海水温度。

[填空题]

16放射性同位素

参考答案：

极易发生放射性衰变的同位素。

[填空题]

17海水中放射性同位素的分类。

原生放射性核素的构成。

主要的宇生放射性核素（氚和碳14、海水中碳14的两个来源、碳14研究意义）。

参考答案：

（1） 按来源划分成如下三类：

A. 原生放射性核素及其子核素（地球来源）；

B. 宇宙射线产生的放射性核素（宇宙来源）；（A、B两类又合称天然放射性核素）

C. 人工放射性核素（人工来源）；

（2） 主要由两部分组成：

不成系的长寿命放射性核素和三大天然放射系。

海水总放射性主要是由40K、87Rb和U产生的，其中90%以上是由40K（半衰期1.29×109年）产生的。

三大天然放射系：

铀系，钍系，锕铀系。

包括11种元素的38种核素。

铀系，钍系，锕铀系在周期表中均为锕[Ac]系元素。

表7.2 给出了这38种核素在大洋中的浓度和半衰期。

特别注意：

三大天然放射系的始祖元素都是本系中寿命（半衰期）最长的核素。

（3）主要的宇生放射性核素 ：

3H 和14C

C.的来源有两个途径：

①宇宙射线诱生核反应生成，②核武器爆炸诱生核反应生成。

研究意义：

14C 的半衰期为5730年，相对适中。

而且参与生物化学循环。

作为海洋学的研究工具，广泛用于深水环流模式研究水团、沉积物年龄测定等方面。

是一种非常有用的手段。

[填空题]

18水中溶解气体的三种来源。

海水中溶解气体的归类。

参考答案：

溶解气体的来源：

（1） 空气溶入。

海洋有广阔的水面与大气接触，空气中的某些成分通过海气界面与海水进行气体交换；

（2） 生物活动产生。

海水中海洋生物活动产生的生物化学反应，例如光合作用和呼吸作用；

（3） 化学反应产生。

例如海水中的二氧化碳系统涉及的反应以及海底沉积物放射性衰变产生氦气。

海水中的溶解气体种类：

（1） 活性气体和非活性气体。

参与海水中生物和化学反应的气体称为活性气体，又称非保守气体；例如CO2、O2；不参与生物和化学反应，仅受物理过程影响的气体称为非活性气体，又称保守气体；例如惰性气体和氮气；

（2） 微量气体。

以空气中的含量为区分标准，除N2、O2、Ar、CO2外的气体，例如：

甲烷和一氧化碳；

（3） 放射性气体。

例如；3H、222Rn、3He。

[填空题]

19研究二氧化碳体系对海洋化学的意义；二氧化碳各分量之间的平衡关系（反应体系）。

参考答案：

研究二氧化碳系统的意义：

1）CO2 体系参与海洋中均液、气液、固液相化学反应过程；

2）它控制着海水的pH值，并直接影响海洋中的许多化学平衡；

3）在地球大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的演变史地位重要；

4）在控制大气“温室效应”方面也有特别重要的作用；

5）是维持海水具有恒定酸度的首要原因。

[填空题]

20碳酸钙溶解度的变化。

碳酸钙饱和度的概念。

参考答案：

（1） 碳酸钙的溶解度随pH反变；随温度反变；随CO2浓度正变。

（2） 海水中碳酸钙饱和度的概念：

海水中结晶物质相关离子积与其溶度积的比值。

Ω=1海水刚好饱和；Ω＜1海水是不饱和的[在深层]；Ω＞1海水是过饱和的[在表层]。

海水中碳酸钙饱和度的大小与其晶形、海水温度和压力有关。

[填空题]

21简述溶解度与溶度积的异同。

参考答案：

共同点：

都是用来描述固液平衡液相中相关离子浓度限度的概念；饱和溶液的相关浓度都刚好达到了这种限度。

不同点：

溶度积从液相指向固相，溶解度从固相指向液相；溶解度以溶存分子的浓度形式表达，溶度积以溶存离子浓度乘积形式表达；这意味着固相溶解得到的溶液中阴阳离子比与固相相等，而溶度积不同。

因此与溶解度相比，溶度积可以更好地描述物质溶解结晶平衡过程的溶解限度。

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[填空题]

22简述氮气、氧气、二氧化碳的比较。

参考答案：

大气中分压比    N2 ：

O2：

 CO2= 2400 ：

 630 ：

 1

海水中溶解度    N2：

 O2：

 CO2 = 1 ：

 2.2：

 60

海水中浓度比    N2：

 O2：

 CO2 = 28 ：

 19 ：

 1

[填空题]

23简述海水中二氧化碳（溶解气体）的垂直分布。

参考答案：

海水中CO2的垂直分布：

海水中CO2的浓度随深度而增加。

在海水的上层浓度总是较低。

由于藻类的光合作用消耗，白天CO2往往不饱和，而夜间有所恢复（生物呼吸放出、 从大气中扩散进入）。

在海水的深层CO2的浓度总是较高的。

由于下沉有机物的分解、生物的呼吸和压力的增加，CO2溶解度随深度增加。

某些海域的上升流会把更多的CO2带入表层。

[填空题]

24海水中碳总量的分配。

参考答案：

碳总量：

 3.87×1013吨，其中：

有机碳占11.11%，无机碳占88.89%。

无机碳中：

HCO3-：

 90% ；CO32-：

9%；CO2：

1%，而H2CO3仅为CO2的0.2% 

[填空题]

25海水中溶解氧的来源与消耗途径。

描述耗氧量的指标（AOU、BOD、COD）。

参考答案：

来源：

（1）大气；

（2）光合作用。

消耗途径：

（1） 植物的呼吸作用；

（2） 有机物的分解；（3） 无机物的氧化作用。

表观耗氧量AOU：

它假设水体在海面时与大气处于平衡。

水体的含氧量达到饱和，水体下沉后，由于有机物等的分解，氧的含量发生了变化，这两者之差称为表现耗氧量，可表示为：

AOU=co2s-

C.o2，式中co2s

C.o2是在总压为101.325kPa，相对湿度100%，在指定温度和盐度下氧的溶解度，co2，是所观测的氧的浓度。

生物需氧量（BOD）是在需氧条件下，水中有机物由于微生物的作用所消耗的氧量。

通常使用单位为mgO2/dm3。

化学耗氧量（COD）是在一定条件下，l立方分米水中还原物质被氧化所消耗氧的毫克数。

[填空题]

26亨利定律的形式及其在溶解气体研究中的应用。

参考答案：

分压为Pg的气体在海水中的溶解度可以用亨利定律表示：

Pg=Kgcg，式中Kg为亨利常数。

应用：

根据海水中某溶解气体的浓度可以计算其对应分压，进而确定交换方向。

[填空题]

27海水中气体溶解度的定义和单位；影响气体溶解度的因素；饱和度与饱和差的数学定义式。

参考答案：

气体溶解度的定义：

在现场大气压为101.325kPa时，一定温度和盐度的海水中某一气体的饱和含量称为该气体在上述温度和盐度下的溶解度。

气体的溶解度是一种（溶解速度与逸出速度相等）的平衡浓度。

单位有：

cm3/dm3，cm3/kg，μmol/dm3和μmol/kg。

影响溶解度的因素：

气体特性，气体分压，温度，流体力学因素，溶液组成（盐度），湿度。

饱和度：

是所观测海水中某一气体的浓度， sgc是在总压为101.325KPa、相对湿度为100％时.某一气体的分压所算出的溶解度。

饱和差：

[填空题]

28大气可变成分与不变成分的区别。

主要的可变成分和大气中含量最多的四种不变成分是什么，他们在海水中的溶解度大小顺序？

参考答案：

不变成分是指任何时间，在地球表面任何地方组成几乎可以视为不变的组分。

例如N2、O2、Ar（三者占99.95%）以及其他稀有气体；可变成分是指大气中含量随季节、气象、人类活动影响而发生变化的组分，例如H2O、CO、O3等。

其中尤以水分的可变性最为突出，其易变性造成了地球丰富多彩的气候现象和气象活动。

[填空题]

29海水中溶解气体与气泡有什么不同？

参考答案：

海水中的溶解气体主要指溶存形式的气体分子，而不是指“气泡”，前者分布在海水的各个深度，后者集中出现在表层。

[填空题]

30简述放射性同位素的应用。

参考答案：

海流示踪剂、碳14和U系测年。

[填空题]

31放射性衰变平衡的概念和结论（暂时平衡、长期平衡、不平衡）。

参考答案：

应用：

例如U系测年法中钍230在新沉积物中的浓度NoTh不需直接测定，可以用下述方法计算，由于母体238U的半衰期远远大于230Th的半衰期，故二者维持着长期平衡关系；NUλU=NoThλTh。

又例解释226Ra 的垂直分布，再例氡222法计算交换速率的估算。

放射性核素的衰变平衡有三种情况：

暂时平衡、长期平衡和不平衡。

（1） 暂时平衡：

母体半衰期大于子体半衰期，即T1＞T2。

这意味着，衰变时间足够长时母子体的放射性活度比恒定，或者说母子体达到暂时平衡。

（2） 长期平衡：

母体半衰期远大于子体半衰期，即T1》T2。

这意味着，衰变时间足够长时母子体的放射性活度相等，或者说母子体达到了长期平衡。

3、不平衡：

母体半衰期小于子体半衰期，即1＜T2。

这意味着，母子体的放射性活度始终未达平衡，或者说母子体不平衡。

[填空题]

32核爆炸产生的放射性的主要贡献者的变化。

影响因素：

核素的寿命、比度、存在量。

参考答案：

核武器爆炸产生的放射性核素：

A. 直接产生200种核素。

原子序数从30（Zn）到66（Dy）；B. 诱生核反应。

会产生像3H、24Na、65Zn、59Fe、14C、31Si、35S、54Mn、60Co等放射性核素。

一般认为目前海洋中的3H[12.3年]和14C[5730年]主要来源是核试验；C. 直接和诱生的放射性核素中，多数寿命较短，极少数寿命较长。

核素对海洋放射性的贡献取决于寿命和存在量。

[填空题]

33半衰期T1/2

参考答案：

原子数衰变到原有原子数的一半所用时间。

半衰期大说明放射性核素活度小，衰变很慢。

否则相反。

[填空题]

34放射性比度

参考答案：

一升海水中，某种放射性核素在一分钟之内的衰变数。

单位dpm/l，类似的还有Bq/l，dpm/ton海水dpm/g元素。

另外对氚，常用氚单位T.U.，1T.U.=7 dpm/l 。

[填空题]

35放射性活度

参考答案：

单位时间内放射源的浓度称为放射性活度（即单位时间原子核的衰变速率）。

用符号A表示：

[填空题]

36稳定同位素

参考答案：

不发生或极不易发生放射性衰变的同位素。

已知81种元素有稳定同位素。

[填空题]

37核素

参考答案：

具有相同质量数、核电荷数和核能态，而且平均寿命足够长（大于10-10秒）的所有原子的总称。

[填空题]

38同位素

参考答案：

具有相同核电荷数、不同质量数的核素，互（共）称为同位素。

同位素可以表示成：

[填空题]

39元素

参考答案：

具有相同核电荷数的所有原子的总称。

[填空题]

40试说明14C测年法的原理。

参考答案：

生物生存时，通过新陈代谢，组织中的14C/C与表层海水中的14C/C平衡（相等）；一旦生物死亡，新陈代谢结束，保留下来的硬组织即构成了“封闭”体系，继而14C按其固有衰变速率常数（λ）衰变（β衰变成14N）；假设①海水中14C浓度古今相同②海水中C含量不变；由此我们可以通过测定古代沉积物中古生物化石中的14C/C，计算其形成年代计算公式：

用14C/C表示14C的浓度，代入到衰变速率式中得：

[填空题]

41请解释226Ra 的垂直分布为何具有如下不同特征。

参考答案：

因为226Ra的半衰期相对较小，而其母体230Th半衰期相对较大；满足实现长期平衡的条件。

太平洋中悬浮颗粒少，底部沉积作用很慢， 海洋底部沉积物中的226Ra充分溶出，下层226Ra含量受溶出控制，随深度增加而增加，且远远高于由其母体计算的平衡浓度；上层与母体230Th平衡，浓度受上层水体中母体浓度和衰变平衡过程控制。

地中海悬浮颗粒多，沉积作用很快，226Ra来不及溶出；浓度只与母体230Th浓度和衰变平衡相关。

若230Th在海水中的含量均匀，则不同深度226Ra的浓度也无明显改变。

[填空题]

42元素随颗粒沉降研究中，所采用的双箱和四层模型的基本假设。

包括（）。

参考答案：

水层界定、上升流量与下降流量相等、稳态海洋假设

[填空题]

43用斯托克斯公式计算沉降速率和最小颗粒粒径。

参考答案：

不同粒径的悬浮颗粒的理论沉降速率用斯托克斯公式计算：

实际沉降过程非常复杂，理论结果不准。

放射性示踪法测得：

大颗粒V =50～200m/d，小颗粒V =1～2m/d。

[填空题]

44简述生物颗粒沉降过程的四种情况。

参考答案：

生物颗粒的沉降大体有四种情况：

（1） 颗粒大，沉降快，基本没有起变化即到达底部；

（2） 颗粒沉降过程中发生矿化作用，粒径逐渐变小，但始终还是到达了底部；

（3） 颗粒小，未到达底部即已完全消失；

（4） 颗粒小，在沉降及矿化过程中已达到某一较小粒径，此时在上升流作用下颗粒向相反方向移动至完全消失.

[填空题]

45简述海水中悬浮颗粒的来源和分类。

参考答案：

（1） 来源：

外部来源：

包括：

河川径流、冰川运动和风力输送的陆源颗粒、再悬浮物质、水下喷出物产生的颗粒。

内部来源：

包括：

细菌、微小浮游生物、排泄物；及碳酸钙和硫酸钡沉淀、胶体金属水合氧化物。

（2） 悬浮颗粒的分类：

A. 按化学属性分类：

分为无机性和有机性悬浮颗粒。

B. 按生物属性分类：

分为生物性和非生物性悬浮颗粒。

C. 按来源分类：

分为碎屑性和自生性。

碎屑性颗粒，也可称为外源性。

包括：

河川径流、冰川运动和风力输送的陆源颗粒、再悬浮物质、水下喷出物产生的颗粒。

自生性颗粒，是海洋中由生物或无机化学过程所产生的生物和无机颗粒。

包括：

细菌、微小浮游生物、排泄物；及碳酸钙和硫酸钡沉淀、胶体金属水合氧化物。

D. 按形成源地分类：

分为外部生成和内部生成两类。

再悬浮沉积物被划分在内部生成类属中。

E. 按物种分：

分类数较多；原生粘土质和POC，粘土质淤泥聚集体，有孔虫等低等动物，动物粪球，浮游植物（ 尤其是球石藻），浮游动物，鲸鱼等大型动物，鱼类等。

[填空题]

46海水中悬浮颗粒的化学组成（有机物含量及随深度的改变）。

参考答案：

大洋悬浮颗粒的化学组成：

含量和构成很少受陆地影响是大洋海水悬浮颗粒与近海海水悬浮颗粒的最大区别，在大洋悬浮颗粒中，生物颗粒占了主要部分。

例如，在100米以上浅水的悬浮颗粒中：

有机质：

    占30～70%；绝大部分[90%]在表层再生。

生物硬组织：

占20 ～50%；碳酸钙、磷酸钙和二氧化硅等。

矿物晶格相：

占0.3～9%；大气输入的硅铝酸盐。

本图：

颗粒化学组成随深度变化的实例：

[填空题]

47简述海水中悬浮颗粒的界定。

参考答案：

悬浮颗粒是指可以在海水中悬浮数天的固体颗粒。

显然这不是一个界定清晰的定义，根据斯托克斯自由沉降公式可以很容易计算，海水条件下能在水体中停留数天的颗粒直径范围约为1m～1000m；直径＞1000m的颗粒在水中沉降迅速，以致没有充分时间与海水发生相互作用；直径在0.0