第二章 海水的组成及特性讲稿.docx

第二章海水的组成及声光特性§ 2—1海水的组成•海水的成分1•主要化学成分(占99.9%以上)a. 5种阳离子(>1mg/1kg):钠、镁、钙、钾和锶等b. 5种阴离子(> 1mg/1kg):氯、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸 根)、溴和氟等c.硼酸分子微量元素：至今已分析出80多种微量元素2•恒比关系1819年，A.M.乌赛分析了大西洋、北冰洋、黑海、波罗的海和黄海等14个海的浅水水样，发现Mg ++、Ca ++、Na +、Cl一、So；等5 种成分在不同水样中的含量虽不相同，但它们在每一水样中的比值 是近似守恒的恒比关系是指Mg++、Ca++、Na八Cl_、SO=等5种成分之间 有近似的恒比关系 4二、海水中的溶解氧表层海水与大气接触，溶解有充足的氧气在几千米的深海中也不缺乏氧气，是深海环流把表层的富氧水 带到深层的结果如果没有深海环流，仅表层水有充足的氧气而深层缺氧则海洋 水会变成污水1•生物活动对海水中氧的影响海洋植物在光合作用中产生氧气，而在呼吸作用中消耗氧气 海水表层氧含量最大在浮游植物密集的地区，表层海水氧气含量，最大值出现在下 午2〜3点，最小值在夜间2〜3点通过这种变化量的大小可以估计生物生产氧的量，从而换算成 为单位时间、单位面积水体产生有机碳的量，叫做初级生产力。

在近表层光合作用大于呼吸作用，随着深度的增加，光合作用 减弱，呼吸作用增强在某一个深度下，溶解氧的生产量恰好等于消耗量时，该深度称为溶解氧的补偿深度2•海水中的生化需氧量、化学耗氧量海水中的氧气消耗主要用于有机物的分解生化需氧量(BOD)：是在需氧条件下水中有机物由于微生物的 作用所消耗氧气的量化学耗氧量(COD)：向水体中加入一定量的氧化剂(如 KIO3, KMnO4),把氧化后消耗氧化剂的量换算为氧的毫克数对于受到陆地污染的近岸水，这是两个有用的指标§ 2_2海水的盐度盐度的定义lkg海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐 都转成氧化物后，其所含的全部固体物质的总克数(以％表示)盐度的测定:1 •用化学法测定⑴直接测定海水+盐酸+氯水，加热烘干，480°C恒温干燥48hMgCO3+2HCl~MgCl2+CO2 f +H2O3 2 2 2Mg (HCO3) 2+2HClf MgCl2+CO2 f +2H2O3 2 2 2 2MgCl2+ H2O —加口热 > Mg(OH)Cl+ HCl f 加热Mg(OH)Cl —" > MgO I + HClf2Br + Cl 〜2 Cl + Br f _ 2 _ 22I + Cl 〜2 Cl + I f_ 2 _ 2称量全部固体物质的重量得海水的含盐量(2)间接测定依据：恒比关系方法：用硝酸盐滴定法测定氯度测定要求：需要一种标准海水在采用化学滴定法测定海水样本的氯度时，需要一种标准海水,它的氯度值为19.375X 10_3，其对应的盐度值为35.000X10」。

盐度的计算先确定氯度，然后计算出盐度值，计算经验公式S%o=O ・0 3O+1.8050CI%2•用电导法测定(实用盐标)(1)定义实用盐标是指温度为15°C和压力为1个标准大气压(101325Pa) 下，海水样品的电导率与标准氯化钾溶液(它所含KC1的质量比为 32.4356 X10」)的电导率之比值为o (s,15,0)K = 15 0—(32.4356,15,0)当 k =1, S=35；k Hl, S = a + a K1/2 + a K + a K 3/2 + a K 2 + a K5/215 0 1 15 2 15 3 15 4 15 5 15空a = 35・000 (当2WSW42时有效)i=1 i(2) 特点a・不依赖于氯度b•比化学法测定计算的值大1000倍(3) 非标准状态下海水的盐度非标准状态是指非15C和1个标准大气压的状态 a・计算公式s = a + a R1/2 + a R + a R3/2 + a R2 + a R5/2t -151 + K (t -15)[b + bR 1/20 1 t+ bR4 t 5 t+ b R 3/2 + b R 2 + b R 5/2 ]3 t 4 t 5 tK=0・0162t的计算◎ (s,t,p)—◎ (35,15,0)◎ (s,t,p) ◎ (s,t,0) ◎ (35,t,0)• •◎ (s,t,0) ◎ (35,t,0) ◎ (35,15,0)=R・R・rp t tRt式中(A + A p + A p2)p1 + Bt1+ B22 + (B + B t)R1 2 3 4r = c + c t + c t2 + c t3 + c t4t 0 1 2 3 4盐度最大的海：死海 表面：227〜27540米深处：281盐度最小的海：波罗的海波的尼亚湾3死海快要死了死海长80公里，宽处为18公里，表面积约1020平方公里，水面 平均低于海平面约400米，最深处400米。

死海是世界上自然资源最富有的地区之一，它拥有丰富的氯化钠、氯酸钾、氯化镁等资源同时，它还蕴藏着石油，以色列和约旦正在死 海湖底进行石油勘探的活动死海并不是海，而是绵延80公里的内陆湖死海死气沉沉除了少数生命力极强的微生物和成千上万名游客, 没有什么东西能在这里长久生存有趣的是，几乎是所有生物克星的死海，它的海水却以神奇的治病 功效名扬天下死海中水的比重是1・17~1.227，而人体的比重只有 1.02~1・097,水的比重超过了人体的比重，以至于人在水中不会沉没 许多风湿病和皮肤病患者都肯定了死海海水的疗效为了制止死海的死亡，约旦拟在死海和亚喀巴湾之间修建一条运河，以补充死海丢失的水分§ 2— 3海水的声学特性、声速的变化规律1. 声速随温度降低而减小，水温f 1°Cf声速f 5m• s-1 ；2. 声速随盐度增加而增加，盐度f If声速f 1.14 m• s-1；3. 声速随压力增加而增加，深度f 100 mf声速f 1.75 m • s-1二、声波传播特性声波的波长与大洋的深度相比较小，可像光学一样用射线的概念 研究声波的传播声波穿过具有不同声速的水层产生折射和反射,与光学中类似，服 从折射定律折射后的声线向具有较小声速的水层方向弯曲.1 正速度梯度 上抛传播声速沿垂直方向分布（正速度梯度）声波传扌（番方向变化趋势 上抛传播）2•负速度梯度 下抛传播c声速沿垂直方向分布（负速度梯度）Y、声波传播方向变化趋势（下抛传播）三、声道声波传播的路径叫声道1. 表面声道举例：冬季，浅海。

两个混合a. 对流混合温度/、盐度（蒸发）ff密度ff对流fb. 湍流混合（风、浪、流产生速度梯度，上大下小）.tpc八Ahh温度压力声速上下相同上小下大上小下大传播方向 上抛0-25-15240 2 4 6 8 10 12 14 声速2・水下声道h温度分布h压力分布h声速分布h水下声道3 •声道位置大西洋：中纬度地区，1260m左右，（800m以深，冷水区）太平洋：中纬度地区，900m左右，（800m以深，冷水区）声速 c/(m • s_1)声速 c/(m • s_1)(b)四、声速垂直分布实测 曲线1. 深于 1500m 的8个站声速随 深度的分布是一 致的2. 浅于 1500m 的水层，各站的 变化规律都不相 同-25-£ ~50"i -?5--100-12502 4 6 8 10 12 14 声速中间站五、声波在海水中的传 播特征 1■声波折射、反射声波在不同水层 处发生折射；平台主控站 \无线弓波一与发燮声波遇到海面时发生反射2•声线分裂声线于声速由正速度梯度变为负速度梯度的水层发生分裂，产 生声影区，在声影区听不到声源发出的信息3•声波在深水中传播的会聚区在距声源的不同距离处，声线有许多会聚区。

在大洋中大约每 隔30〜40km出现一个会聚区，其强度会逐渐减弱，但波能传播较 远2^ = — 914^4•声波在海流中传播声波在海流中传播时，顺流使声速增大，逆流使声速减小利 用这一现象，在两个定点之间相对发出信号，测量声波到达的时间 差，就可以求得海水的流速5 •声波在海底沉积物中传播用于测定出海底分层结构传播速度与沉积物的平均粒径和它们的孔隙率的大小有关 一般说海底物质的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小，反之则损 失愈大§ 2—4海水的光学特征一、研究海水透光的意义1•了解某些植物的分布深度2•选择最适宜的浅海养殖地点3•海底地质地貌拍摄照片4•研制非声学的水下探测工具 二、光的吸收蓝光被吸收最少红光被吸收最多离岸越近光能被吸收越多 吸收公式dl=—Bldz三、光的散射1•散射微粒的半径小于波长散射系数与波长的四次方成反比，这种散射称为分子散射 雷莱定律：波长较短的蓝色光比黄色和红色光散射强烈当白光通过干净的大洋水时，散射光呈蓝色所以，大洋的颜 色呈蓝色2. 散射微粒的半径大于波长散射系数与波长的平方成反比此时蓝光的散射仍然较其它波长的光强烈3 •散射公式dI=_SIdz式中S称为散射系数。

四•光的衰减衰减规律:I = I e -丫 z02—1为衰减系数，它等于吸收系数和散射系数之和:2Q0h112i111 一郭2-育1*< :1X1 J */FY =P +Sl