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2008级化学系孟爽爽一.海洋化学的简介海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程，以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学。它是海洋科学的一个重要的分支，是用化学原理和化学技术，研究海洋中的物质的性质和它们的化学作用的一门科学，化学海洋的研究范围，涉及到一个庞大而复杂的领域——世界海洋。化学海洋学的研究方向，仍然是海洋界面化学过程的研究，是研究的重点和前沿，是与全球变化有关的海洋生物地球化学过程。化学海洋学研究范围的扩大的一个重要原因是，近几年来，世界海洋环境被污染，海洋污染实际上时人们生活的副产物。它的内在机理是通过能量的特性转化、辐射水平、化学和物理等组合的影响，以及生物的分布、丰度和质量等变化，直接或间接的效应引起海洋环境的有害变化。海洋的污染源分为两大类：1.直接进入的污染物，如下水污泥、河流排出物、船舶废弃物，溢出的油等，2.间接进入的大气废物和地表污染物，如工业废气，地表废异物等。在广泛的实践中，化学海洋学研究的内容主要有以下四个方面：1.海水化学2.海洋沉积物化学3.活体海洋生物化学4.海洋界面物理化学及于界面物相互作用的化学海洋资源主要分为生物资源、矿产资源、化学资源和动力资源1.食盐具不完全统计，人类每年从海水中提取的物质可达几十亿吨，居首位的为淡水，其次就是日常我们日常所食用的盐。若仅从经济角度看，价值最大的非食盐莫属，它为制碱，制盐酸等基础化学工业提供了丰富的基本原料，目前全世界每年生产的海盐已超过5000万吨，占食盐总产量的三分之一。我国海盐年产2000万吨，名列世界第一位。谁测定了海水的化学组成？十七世纪后半叶，英国化学家波义耳将研究的目标对准了海水，他研究海水的含盐量和海水密度变化的关系1770年，法国科学家拉瓦锡测定了海水的化学成分，成为第一个对海水成分进行分析的人。定义：一千克的海水中，所含碳酸盐转化为氧化物，溴、碘以氯置换，所有的有机物被氧化之后所含全部固体物质的总克数，单位为克|千克。目前，海洋的平均含量为35，也就是说，一千克水中就含有35克盐。海水的盐度是变化的，但是变化不大，一般在32——37.5之间。盐度高低分布：盐度的高低主要是与水的蒸发量和降雨量，赤道海域气温较高，蒸发量大，但是那里暴雨频繁，降雨量大大超过了蒸发量，所以赤道海域的盐度不仅仅不大，还低于大洋水的平均盐度值，就北半球夏季的表层海水来说，在回归线附近的海区，盐度较高，这是由于该地区温度高，信信风强，水蒸发快造成的，南半球也是如此，有回归线到两极之间的地区，由于温度较低，降雨量超过蒸发量，使得盐度也不高。整体来看，有南极经过北极，盐度的高低变化成马鞍状。在众多海域中，红海和波斯湾的海水盐度最高，盐度超过42.海水盐度对军事活动影响：首先，以声音在海水中的传播速度为例，通常海水盐度每减少1，声音在海水中的传播就会下降1.3米每秒，如果海水盐度是在垂直方向变化的，就会直接影响到声纳的测量距离。此外，海水的盐度越大，结冰点越低，海水冰层的形成和溶解就会越慢，从而影响舰船的前进速度，海水盐度越大，负在舰船上的寄生物就会越多。多少年来，海洋科学工作者对此进行了大量的调查研究工作，最终发现海水中溶解氧的分布情况手温度、盐度以及海水运动情况等许多因素的影响，温度越高，压力越大，盐度越小，则氧含量越高，反之，越低。在表层海水中，由于直接与大气进行交换，海水中的溶解氧基本上处于饱和状态。从表层以下50米左右的深度，既有大气中进来的氧，又有植物光合作用产生的氧，因成了海洋中含氧量最为丰富的地方，在某些光和作用强的地方，溶解氧的含量要比表层高1.8倍。从80米往下到200米的深度的区域中，进来的光线十分的微弱，光和作用已不能进行，只有海洋生物的呼吸和死亡生物的分解，不断的消耗着随海水运动下来的少量而有限的氧气从200米深度往下，就是人们所说的无光区了，在这个终年无光的黑暗水体中，溶解氧很快降到最小值，而在300米以下，溶解氧的含量有随着海洋深度的增加而逐步增大，这是为什么呢？这是由于两极地区有表层水不仅温度低，含氧量高而且密度大，它们会不断的沉入海底，并向各处运动，从而使深层水的到氧的补充，所以，虽然海底层一片黑暗，但由于有了氧的供应而充满生机。由于海水中溶解气体的主要来源就是大气（另外还有一部分来源于海底火山的活动、海水本身所发生的化学反应等），因此，大海中的气体在组成上应该是一致的，但是由于海洋环境的特殊性，不同的气体在两种环境中的比例却存在的明显的差异。我们知道，按体积来算，氮约占78%，氧约占21%，而二氧化碳气体仅占总体积的0.03%，实际上在海水中，溶解最多的气体是二氧化碳，约为46毫升|升，其次是氮气，第三是氧气。海水中的二氧化碳之所以含量那么高，主要是由于二氧化碳不仅易溶于海水，而且海水中的生物还会不断地产生这种气体。按资源属性不同，海洋资源主要分为化学资源、生物资源、矿产资源和动力资源。1.食盐据不完全统计，人们每年由海水中提取的物质可达几十亿吨，居首位的是淡水，其次就是我们日常所食用的盐，此外，金属镁、镁的化合物和溴的提取数量也是相当可观。但仅从经济考虑，价值最大的非食盐莫属，它为制碱、制盐酸等基础化学提供了充足的基础原料。目前，全世界每年生产的海盐已经超过5000万吨，占食盐总产量的三分之一，我国海盐年产2000万吨，名列世界第一位。时至今日，世界上盐业生产主要有三种方法：盐田法、电渗析法和冷冻法。世界上大多数的国家使用的是盐田法制盐，但与先前的技术相比，盐田法的生产技术已经大大改进，生产中的各个环节基本上已经实现机械化，产量也大大提高。电渗析法制盐与电渗析法淡化海水方法一样，它较盐田法的优势：占地面积小、节省劳动力、基础建设少，制盐后的卤水含量高，因此电渗析法制盐具有十分广阔的前途，目前日本是世界上唯一用电渗析法完全取代盐田法制盐的国家。冷冻法制盐最适合纬度较高的国家，它通过海水冷冻后，取走冰，用剩下的高浓度海水制盐，目前，像俄罗斯、瑞典等位于寒带的国家多使用此法。可燃冰的学名叫做天然汽水化合物，是由水和天然气组成的海底新矿藏，它的外形与冰相似，是一种白色固态结晶物质，它具有多种结构，是一种非化学计量的笼状物，具有很强的吸附气体的能力。他的主要成分是甲烷，约占90%，另外还有乙烷、乙炔等可燃气体，可燃气体的分子处于紧密的压缩状态，变成了固态可燃冰的形成原理在科学界存在着许多争议，一般的观点是：可燃冰是由甲烷在特定的高寒、高压下，结晶到有水分子构成的结晶体重形成的。一般的天然气是海里的生物在地下经过若干的地质年代生成的，而固态的天然气则不是，它可能是在45亿年前，地球形成之初，保存在水圈中游离甲烷在适宜的条件下，气和冰结合而成的固体气体矿，它的形成条件必须是在海底500米-1000米以下的岩层中。可燃冰普遍存在于世界海洋中，已经探明的总量和为2*10-16，相当于2*10-5吨石油，是陆地资源总量的100倍以上。自从人们发现了可燃冰，科学家就对这种海洋“冰球”产生了极大的兴趣，这主要是由于两个原因：一是甲烷燃烧洁净，燃烧甲烷产生的二氧化碳是燃烧煤所产生的四分之一，二是可燃冰的数量之大。可是开采可燃冰也存在着一些隐患：首先《如果甲烷不经过燃烧直接排放，所产生的温室效应是二氧化碳的20倍，另外，可燃冰的开采会破坏沉积岩，沉积岩的破坏会对海底的工程力学特性产生影响，例如可能导致海底滑坡，海底通讯信号不良等。鉴于可燃冰的巨大储量，美国、加拿大、挪威、英国和日本等国已经投入了巨资来进行可燃冰的研究和勘查工作，其中有些国家已开始开采，方法有以下几种：1.热激化法，就是通过多种方法将可燃冰加热，使其温度升高，从而使水化合物分解而开采2.化学试剂法，就是往可燃冰中加一些化学试剂，将“冰”转化为气3.减压法，就是采用物理方法给可燃冰减压，达到使之分解的目的。当然，以上只是一些正在试用的方法，目前还未找到在当前科学技术条件下比较经济合理的开采方法，相信随着科学家的不断努力，会找到一种既简单又经济的方法来开采可燃冰，让它早日服务于人类1873年2月，由英国海洋学家汤姆森教授担任首席科学家的远洋科学考察船“挑战者”号，在进行环球海洋考察时发现了一些类似于鹅卵石的团块，经过分析化验，这些鹅卵石竟是沉睡在大洋底部达亿万年之久的“深海珍宝”它几乎是由纯氧化锰和氧化铁组成的。1882年被科学家正式定名为：锰结核。它主要存在于3000米-6000米水深的大洋底部。对于它的产生，一般的说法是：陆地及海岛上的岩石风化后，分解出的金属离子被河流送入大海，进入大洋，渐渐凝聚，沉降到洋底，并依附在贝克、石子、鱼骨等物体上，经过几百年的时间，如同滚雪球似的越长越大，就成了锰结核。由于每一个锰结核中所含的金属物质不同（镍、铜、钴、锰等），它们的表面因而显得五颜六色;取出水面后，就逐渐变得干脆了：它们的形状各式各样，体态大小不一，一般直径在0.5厘米-2厘米之间，目前人们找到的最大一块重量达2000千克。锰结核的生长速度是极其缓慢的，每年仅仅生长0.000001毫米，也就是说要生长1毫米，大约需要100万年的时间，尽管生长慢，但是几万亿吨的锰结核使其变成了“疯长”的锰结核除了以上所提到的三种海洋资源，海洋中还有储存着石油、金红石、热液矿、磷钙石（生命之石）、海底基岩矿、铁矿、煤等多种“宝藏”。近年来，随着科学技术的发展，世界海洋的污染也趋于严重，海洋污染的特点是：污染源多，持续性强，扩散范围广，难以控制。海洋的污染物依其来源、性质和毒性，可分为以下几类：1.石油及其产品，石油会在海洋表面形成面积广大的油膜，阻止空气中的氧气向海水中溶解，同时石油的分解也消耗水中的溶解氧，造成海水缺氧，对海洋生物产生危害，并祸及海鸟和人类。2.金属和酸、碱,包括铬、锰、铁、铜、锌、银、镉、锑、铅等金属，磷、砷等非金属。3.农药，主要由径流带入海洋。4.放射性物质，主要来自核爆炸、核工业或核舰艇的排污。5.有机废液和生活污水，由径流带入海洋。极严重的可形成赤潮。赤潮是海水富营养化得结果，会造成海水缺氧，导致海洋生物死亡。6.热污染和固体废物，主要包括工业冷水和工程残土、垃圾及疏浚泥等，前者入海后能提高局部海区的水温，是溶解氧的含量降低，影响生物的新陈代谢甚至使生物群落发生改变；后者可破坏海滨环境和海洋生物的栖息环境。随着科学技术的发展，海洋污染问题日益突出。2001年1月24日，在厄尔多尔加拉镈戈斯群岛，生物学家正在清洗一头遭石油浸泡的海豹。海豹分布在全球各处海域，也出现在神秘的贝加尔湖。它们在陆地上憨态可掬，在水中却优雅自如；它们和人类拥有相近的体温，却将极地的严寒视若等闲。尽管拥有强大的生存能力和惹人怜爱的外表，它们却不能幸免于全球变暖和海洋污染的威胁，更不能逃离人类逐利的枪口。为了保护这种大眼睛的海中精灵，人们把每年的3月1日定为国际海豹日。显微镜观察到的棕囊藻、中肋海链藻（均属无毒藻类）一名工人在智利康塞普西翁市附近的圣维森特湾清理受到石油污染的海面。防止海洋污染的措施主要有：海洋开发与环境保护协调发展，立足于对污染源的治理；对海洋环境深入开展科学研究；健全环境保护法制，加强监测监视和管理；建立海上除污组织；加强国际合作，共同保护海洋环境。谢谢