钙是常量元素还是微量元素(微量元素的钙的符号)

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海水常量元素亦称“海水大量元素”,即海水的主要成分。海水中含有的80多种元素,除氧和氢外,含量大于1毫克/升的只有12种,即氯、钠、硫、镁、钙、钾、碳、溴、锶、硼、氟和硅。除硅以外(它是生物营养盐,故不列为海水常量元素),其余的11种成分(元素)称为海水的常量元素(主要成分)。这11种元素占海水中总盐分的99.9%。由于这些元素的含量大,也较稳定,又称为保守成份。

下面是海水中的微量元素~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

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海水微量元素

定义

指海水中含量小于1毫克/升的元素。海水是一个多组分、多相的复杂体系,除水和占所有溶解成分总量的99.9%以上的11种常量元素之外,都是微量元素。

简介

海水微量元素广泛地参加海洋的生物化学循环和地球化学循环,因而不但存在于海水的一切物理过程、化学过程和生物过程之中,并且参与海洋环境各相界面,包括海水-河水、海水-大气、海水-海底沉积物、海水-悬浮颗粒物、海水-生物体等界面的交换过程。在这些过程中,微量元素的化学反应是十分复杂的。虽然它们从环境输入海水体系的速率和输出到环境中去的速率相当,可是不同的微量元素有不同的输入或输出的速率;微量元素在海水中还有区域分布和垂直分布;它们有一定的存在形式,而且不断通过各相界面迁移。这些方面,都是海洋化学的重要的研究内容。

研究历史

20世纪50年代以前,为了研究海洋生物和发展海洋渔业,曾对碳、氮、磷、硅、铁、锰、铜等营养元素在海水中的含量及其分布,进行过一些调查。人们从50年代开始,才对海水微量元素进行地球化学研究。例如:1952年,T.F.W.巴尔特提出并计算了元素在海水中的逗留时间;1954年,E.D.戈德堡发表了微量元素从海水向海底沉积物转移的研究结果;1956年,K.B.克劳斯科普夫对海水中13种微量元素的浓度和影响因素,进行了实验室模拟试验。但是早期测定的数据,有一些是不可靠的,只有在P.G.布鲁尔于1975年总结并发表了海水微量元素的含量、可能的化学形式和逗留时间的估算表之后,微量元素的测定,才有一些准确度很高的结果。随后,E.博伊尔和T.M.埃德蒙于同年提出了判断测定数据是否真实可靠的标准:它们必须具有海洋学的一致性,即海洋中经过相同的物质循环过程的微量元素,应有较好的相关关系,它们在海水中的含量应有类似的分布。例如:铜如果参加生物循环,则它的分布应与参加生物循环的氮、磷或硅等营养元素相类似。

含量和逗留时间

化学元素在海水中的逗留时间的定义可表示为: =Δ

式中A为海水中某元素的总含量;Q为该元素每年向海洋的输入量或从海水的输出量;τ为该元素在海水中的逗留时间,单位是年。由于元素在海水中的总含量 A不变,所以每年向海洋输入的量与从海水输出的量相等,都等于ΔQ。由于年输入量和年输出量数据的近似性,不能把所估算的逗留时间τ的数值看作为确切的年代数,只能反映不同化学元素的化学反应活性。逗留时间越短,说明此元素的地球化学反应活性越大,反之亦然。例如:地球化学反应活性较差的元素,如钠、钾、钙、镁等,逗留时间长达106~108年;而钍、铝、铁等,只有102年的量级。

下表列出了海水中微量元素的含量、可能存在的化学形式和在海水中的逗留时间。

海水中微量元素的含量和分布

我国近海重金属含量

影响分布的过程

微量元素在海水中的分布及其变化,都受其来源和海洋环境中各种过程的影响。这些过程称为控制过程,包括各种化学过程、生物过程、物理过程、地质过程和人类活动等,其中最突出的是生物过程、吸附过程、海-气交换过程、热液过程、海水-沉积物界面交换过程等。 生物过程 海洋生物在生长过程中所需要的全部元素,都取自海水,其中有些元素,如碳、钾、硫等,在海水中的含量,大大超过生物的需要量;有另外一些元素,如氮、磷、硅等,则仅能满足生物的需要,而又是海洋生物必不可少的,故通常称为营养元素。浮游生物通过光合作用,从海水中吸收营养元素而放出氧,其残骸在分解过程中消耗氧而释放出所含的营养元素。这种生物过程,控制着营养元素的分布及其变化。有一些微量元素在海水中的分布,分别与某种营养元素十分相似。例如:铜和镉的分布与氮和磷相似,钡、锌、铬的分布与硅相似,镍的分布介于磷和硅之间。这都说明,生物过程很可能是控制海水中的铜、镉、钡、锌、铬、镍等元素的浓度的因素之一。

吸附过程 悬浮在海水中的粘土矿物、铁和锰的氧化物、腐殖质等颗粒在下沉过程中,大量吸附海水中各种微量元素,将它们带到海底,使它们离开海水而进入沉积物中。这也是影响微量元素在海水中的浓度的因素。

海-气交换过程 有几种微量元素在表层海水中的浓度高,在深层浓度低。例如铅在表层海水中浓度最大,在1000米以下的海水中,浓度随深度的增加而迅速降低。氢弹爆炸时放出的氚和氡蜕变而得的铅-210,在海水中也有类似的垂直分布。这说明表层的铅主要来自大气,因而它在海水中的分布受海-气界面的交换过程所控制。

热液过程 海底地壳内部的热液,常常通过地壳裂缝注入深层的海水中,形成海底热泉,它含有大量的微量元素,因而使附近深海区的海水组成发生很大的变化。例如:1965年在红海中央裂缝区域深达2000米的海水中,出现了热盐水,其最深处的温度达到59.2℃,其中微量元素的组成和一般海水有很大的差异;东太平洋的加拉帕戈斯裂缝,有海底热泉喷射,向海水输送了大量的各种元素,使东太平洋海隆和加拉帕戈斯裂缝附近的观测站处,海水中溶解态的锰的总含量,明显地随深度的增加而升高。这些热液的输入过程,很可能是断裂带区域的海水中微量元素组成的一种控制机制。

海水-沉积物界面交换过程 在海洋沉积物间隙水中,钡、锰、铜等微量元素的浓度高于上覆的海水。浓度的差异,促使这些微量元素从间隙水向上覆水中扩散。因此,即便在远离海底热泉的深层海域,这些微量元素的浓度有随深度的增加而升高的垂直分布。

存在形式

要了解微量元素在海洋的沉积循环中的作用,污染物的毒性和在海水中迁移的特性,微量元素的物理化学行为和生物化学循环过程等,就要预先了解这些微量元素在海水中的存在形式。但是这些元素在海水中的含量甚微,当含量低于微摩/升时,很难准确测定各种存在形式的含量,也就难以了解其主要的存在形式。因此,学者们用热力学的计算方法,求出可能存在的主要形式。但是不同学者所用的某些平衡常数,取值不同,使计算结果差别很大。因此表中所列举的存在形式,只能作为参考。这些计算结果表明:海水中的微量元素主要以无机形式存在(铜例外)。海水中正常浓度范围内的有机物成分,不影响微量元素的主要存在形式。

按照W.斯图姆和P.A.布劳纳的分类法,海水中微量金属元素存在形态分类,微量金属元素在海水中的存在形态有3类:①溶解态,②胶态,③悬浮态。溶解态又分成 4种形式:①自由金属离子,②无机离子对和无机络合物,③有机络合物和螯合物,④结合在高分子有

机物质上。溶解态的前两种形式是微量金属元素的主要形式,列于表中;后两种在大洋海水中不是主要形式,表中没有列出。当近岸或河口海域的海水中的有机物含量高于正常值时,溶解态的后两种形式可能占优势。胶态包括两种形式:①形成高度分散的胶粒,②被吸附在胶粒上。悬浮态包括存在于沉淀物、有机颗粒和残骸等悬浮颗粒之中的微量金属元素。成胶态和悬浮态的微量金属元素,主要存在于近岸和河口海域,在大洋中含量很低。