厦门大学《化学海洋学》课程试卷海洋与环境学院海洋系.docx

厦门大学《化学海洋学》课程试卷
海洋与环境 学院 海洋 系 2005 年级 海洋化学 专业
主考教师： 陈 敏 试卷类型：A卷

一、 填空题或选择题（15分，判断题每题1分，其它空格0.5分）
1、 海水中含量最高的元素是 H 和 O 。
2、 开阔大洋表层水盐度通常在 亚热带海域 （赤道海域、亚热带海域、亚极地海域）出现极大值。
3、 在现场大气压为101.325 kPa时，一定温度和盐度的海水中，某一气体的饱和含量称为该温度、盐度下该气体的 溶解度 。
4、 在海-气界面气体交换的薄膜模型中，一般而言，风速约大，薄膜层厚度约 薄 ，海-气界面气体交换通量越 大 。
5、 在海-气界面气体交换的薄膜模型中，气体分子的海-气净扩散通量与该气体分子的分子扩散系数有关，一般而言，水体温度的增加，分子扩散系数越 大 ；气体分子量越大，分子扩散系数越 小 。
6、 在全球海水碳储库中， DIC 的储量最多，其下依次是 DOC 、 和 POC 。（从DIC、DOC、POC、PIC中选择）。
7、 假设某海水的pH值完全由其无机碳体系所控制，则温度升高时，pH值 降低 ；盐度增加时，pH值 增加 ；压力增加时，pH值 降低 ；Ca(Mg)CO3沉淀形成时，pH值 降低 。
8、 海洋硝化作用是指 在氧化性海水中，氨通过海洋细菌的作用被氧化成NO2-，并进一步被氧化为NO3- ；海洋反硝化作用是指 在溶解氧不饱和的海水中，一些异氧细菌将NO3-作为电子接受体以代谢有机物，从而将部分NO3-还原为NO2-，并进一步还原为N2 。
9、 与陆源腐殖质相比，海源腐殖质的芳香组分浓度一般较 低 ，氮、硫含量比较 高 ，d13C比较 高 。
10、 分子式 C106(H2O)106(NH3)16PO4 通常被用于表征海洋中有机物的平均分子组成。
11、 在不考虑N2的情况下，开阔大洋表层水的氮主要以 DON 形式存在，开阔大洋深层水的氮主要以 DIN 形式存在。（从DIN、DON、PIN、PON中选择）。
12、 海洋中的蛋白质是由一系列 氨基酸 通过 肽键 结合而成，活体生物体内的蛋白质含量高低通常可用 N 元素浓度来指示。
13、 判断题：利用CTD实测得某海水的盐度为32.02315‰。（ × ）
14、 判断题：开阔大洋表层水中不含有难降解的DOM。（ × ）
二、 问答题（20分）
1、 与硝酸盐和活性磷酸盐不同，开阔大洋硅酸盐的垂直分布并未在1000m左右水深处表现出极大值的特征，为什么？（6分）
答案：由于蛋白石的溶解相对于有机物的降解是一个比较缓慢的过程，因此溶解态硅酸盐的垂直分布没有像硝酸盐和活性磷酸盐一样在1000m水深附近产生极大值。

2、 为什么溶解态Zn在北太平洋深层水中的浓度高于北大西洋深层水，而溶解态Al则相反。（6分）
答案：溶解态Zn为营养盐型痕量金属元素，它在上层水中被浮游生物所吸收，当生物死亡后，部分生源物质在上层水体再循环，另有部分通过颗粒沉降输送至中深层。当进入中深层水体的颗粒物发生再矿化作用时，它会重新回到水体中，由于深海热盐环流的流动路径为从北大西洋流向北太平洋，北太平洋深层水的年龄要老于北大西洋，故随着年龄的增长，积累的溶解态Zn越多，故北太平洋深层水中溶解态Zn浓度高于北大西洋。Al为清除型元素，它在大西洋表层具有较高的输入通量，且在深海水流动过程中不断地通过颗粒物吸附从水体中清除、迁出，导致其在北太平洋深层水中的浓度低于北大西洋。
3、 试分析海水中CaCO3的溶解、颗粒有机物的再矿化这两个过程对海水中的TCO2和Alk将分别产生什么样的影响。（8分）
答案：CaCO3溶解导致Alk增加，TCO2增加。
颗粒物再矿化时，Alk不变，TCO2增加。

三、 分析题（50分）
1、 下图为一些气体在海水中溶解度随温度的变化情况，从中您可得到什么信息。（8分）

答案： （1）气体在海水中的溶解度一般随分子量的增加而增加；
（2）气体在海水中的溶解度随温度的升高而降低。

2、 下图为北太平洋与北大西洋溶解氧的典型垂直分布图，请描述其分布特点，并解释成因。（8分）

答案：（1）500~1000m存在溶解氧极小值；（2）深水中相对较高的溶解氧；（3）北太平洋深层水溶解氧明显低于北大西洋。中层溶解氧极小值是有机物氧化分解与富含O2冷水的平流输送之间平衡的结果。在大西洋、太平洋和印度洋，表层至~900m深度区间，南极中层水（AAIW）的入侵可明显看出。北大西洋深层水（NADW）是高溶解氧海域，从60°N的表层~2000m向南至南大西洋3000m均存在溶解氧极大值。这些NADW在向太平洋、印度洋的北向输送过程中逐渐损失O2。南极底层水的形成也导致了南大洋高的溶解氧。
3、 下图为北太平洋与北大西洋文石的垂直分布图，请描述其分布特征，并简单阐述其成因。（8分）

答案：大洋表层水对于文石是过饱和的，过饱和约4倍。随着深度的增加，文石的过饱和程度逐渐降低，直至其跨过的线。在太平洋水深200-400m，文石已成为不饱和。至深层海洋，文石在深海水中是不饱和的，其原因可能在于温度的降低、压力的升高及有机物的氧化等所致。另外，太平洋水体文石的饱和程度小于大西洋。原因在于太平洋深层水比大西洋深层水具有低的CO32-离子浓度（即高的CO2含量），换句话说，太平洋深层水更具腐蚀性。这是因为海洋环流与生物活动共同作用的结果：太平洋深层水年龄“老于大西洋，因而它包含了更多由有机物再矿化所产生的CO2，从而降低CO32-离子浓度。

4、 下图为北大西洋与北太平洋总碱度的垂直变化，请描述其分布特征，并简述其成因。（8分）

答案：太平洋表层水的Alk低于大西洋，而深层水的Alk高于大西洋。表层水的差异主要是因为大西洋由蒸发导致的高盐度，深层水的差异原因在于太平洋水年龄更老，其累积了更多由CaCO3溶解所释放的CO32-。

5、 下图为南大洋表层水中硅酸盐与硝酸盐随纬度的变化情况，请比较二者的分布有何共同点与不同点，为什么？（8分）

答案：硅藻吸收上层水体的的硅酸盐是非常有效的，在40°~50°S的海域，硝酸盐浓度较高，但硅酸盐浓度仍接近于0，说明这些海域硅酸盐浓度限制着浮游植物的生长。在55°S以南，硝酸盐浓度和硅酸盐浓度均比较高，这是因为存在亚极地上升流和生物吸收速率低所共同形成的，这些海域浮游植物的生长被认为受光、低温度及痕量营养盐如Fe等所限制。

6、 下表为用沉积物捕集器于北太平洋环流区不同深度得到的颗粒物各组分百分含量的垂直变化，试用图形与简单文字描述出各组分的垂直变化特征，并计算出各层位有机物的C/N比，简单阐述C/N比垂直变化的产生原因。（10分）
深度（m）
碳酸盐
有机物
OC
N
（%总重量）
（%有机组分）
378
35.1
59.5
52.3
6.8
978
72.1
16.2
45.1
5.7
2778
68.4
14.0
45.4
4.9
4280
71.6
10.7
48.9
5.3
5582
61.4
13.5
44.3
5.4

答案：随着深度的增加，有机物、OC、N组分的含量均有所降低，而碳酸盐含量由378m-978m有所增加外，随深度变化不大。原因在于有机物的降解导致了有机物、OC、N组分的含量的降低，而碳酸盐的溶解速率要慢于有机物的降解，因此其随深度变化较小。
各深度C/N比分别为：378 m: 8.97; 978m: 9.23; 2778m: 10.81; 4280m 10.76; 5582m: 9.57。其垂直分布显示随深度增加而增加，至2778m后相对稳定。原因在于颗粒有机氮组分的降解速率快于有机碳组分。
四、 计算题（15分）
1、 假设某组分仅由河流输入海洋，其在河水中的平均浓度为2 mg/L，在开阔海洋混合层与深层水中的浓度分别为4 mg/L和16 mg/L，试计算该组分从混合层中以颗粒沉降迁出的份额及其在海洋中的平均停留时间（已知混合层与河水的体积比为30；海洋水体周转一次的时间为1000 a）。（9分）
答案：已知Cr=2 mg/L, Cs=4 mg/L; Cd=16 mg/L; ；Tmix=1000 a，由：

得组分从混合层中以颗粒沉降迁出的份额（g）为：g=0.75.
由混合层颗粒物迁出进入深层箱子的元素最终埋藏于沉积物的份额（f）为：
= 0.0055
该组分在海水中的停留时间为：1000/（fg）= 2.42×105 a

2、 假设开阔大洋与沿岸海域浮游植物的Fe:C原子比分别为1:33000和1:3300，已知全球海洋的初级生产力为2.6×1015 molC/a，沿岸海域单位面积的初级生产力是开阔大洋单位面积初级生产力的4倍，且 沿岸海域面积是开阔大洋面积的1/9，试计算沿岸海域与开阔大洋浮游植物每年吸收的Fe量。（6分）
答案： 沿岸海域初级生产力 = 0.8×1015 molC/a；开阔大洋初级生产力 = 1.8×1015 molC/a
沿岸海域浮游植物吸收的Fe = 242×109 molFe/a；开阔大洋浮游植物吸收的Fe = 55×109 molFe/a