ĐỀ CƯƠNG HÓA HỌC BIỂN

HÓA HỌC BIỂN Câu 1: Trình bày những đặc điểm chung thành phần hóa học nước biển • Các nguyên tố hóa học nước biển . Có khoảng hơn 80 nt hh đã xác định được trong nước biển. Các nt có nồng độ khác nhau(nt đa lượng, vi lượng, dạng viết tích lũy trong sinh vật. • Đặc điểm thành phần hh nước biển. Sự phong phú của tp hh nước biển. Biển là vùng trũng,nơi tập trung nước có thành phần hh đa dạng trên bề mặt trái đất, nước ngầm . Dạng tồn tại của cá nguyên tố trong nước biển. Các nguyên tố có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, phân tử tự do, ion, hợp chat… ở trạng thái hòa tan hay lơ lửng,tp chất hữu cơ, keo,khoáng, chất sống.. Vd: N2,NH3, NH4+,NO2, NO3 chất hữu cơ (C,H,O,N), O2, CO2, HCO3, CO32,… Tỉ lệ hàm lượng giữa các nguyên tố,ion biến đổi theo không gian và thời gian. Tỉ lệ giữa các nguyên tố, ion chính Na+Cl, Ca2+SO42,… ít thay đổi ở vùng ngoài khơi, biến đổi mạnh ở vùng ven bờ, cửa sông, vũng vịnh. Tỉ lệ nồng độ giữa các ion chính lại là đại dương rất biến đổi, rất khác nhau ở các vùng biển khác nhau. Quy luật biến đổi của các hợp phần: Có 3 quá trình cơ bản làm biến đổi nồng độ các hợp phần là: T1: Những chất và những hợp phần tham gia và quá trình sinh học chịu sự biên đổi mạnh mẽ nhất,chủ yếu biến đổi về lượng,ở mỗi vùng mỗi thời kỳ khác nhau. T2: Tương tác hh giữa các hợp phần trong nước biển diễn ra chậm hơn làm biến đổi về lượng và cả dạng tồn tại của các hợp phần. T3: Quá trình vật lý xảy ra trong biển như bào mòn đất đá ở đáy và bờ ,tan và tạo băng ,mưa,bốc hơi,dòng chảy,… trực tiếp hoặc gián tiếp làm biến đổi chỉ tiêu định lượng các hợp phần. Ngoài ra có một số quá trình trong biển làm biến đổi nồng độ các hợp phần như hiện tượng hấp thụ hoặc trao đổi ion của các phần tử lơ lửng, hiện tượng kết tủa muối trong những đk nhất định. • Phân loại tp nước biển. Chia các nhóm( đặc điểm về dạng tồn tại ,định lượng ,ý nghĩa sinh hóa –hóa học của các hợp phần có trong nước biển) đc chia 5 nhóm Nhóm 1: Các ion và phần tử chính, bao gồm 1l ion và phân tử là Cl, SO42,(HCO3 + CO32), Br, H3PO3, F, Na+, Mg+2, Ca+2, Sr+2. Nhóm 2: Các khí hoà tan: O2, CO2, N2, H2S, CH4... Nhóm 3: Các hợp chất dinh dưỡng, bao gồm chủ yếu là hợp chất vô cơ của Nitơ, Phôtpho, Silic. Nhóm 4: Các nguyên tố vi lượng gồm tất cả các nguyên tố và hợp chất khác không có trong ba nhóm kể trên. Nhóm 5: Các chất hữu cơ. • Biểu diễn nồng độ các hợp phần hoá học trong nước biển: Nồng độ tuyệt đối: là lượng thực của chất tan trong 1 đơn vị thể tích( 1 lít hoặc 1m3). Nồng độ tương đối : tỷ số % giữa lượng thực có (nồng độ tuyệt đối ) và lượng có thể cóa ( nồng độ bão hòa) trong cùng 1 đơn vị thể tích ( hoặc trọng lượng) nước biển ở cùng 1 ddvk( nhiệt độ,muối,p) Nồng độ tuyệt đối ,cấu thành từ 3 nguyên tố ( thường nguyên dạng hợp chất,hay nguyên tố ,dạng biểu diễn nồng độ ) Thứ nguyên nồng độ: Cách biểu diễn thứ nguyên của các hợp phần khác nhau trong nước biển . +Các ion chính: Thứ nguyên để biểu diễn nồng độ các ion chính trong nước biển là gionkg (hoặc gionl) và các ước số của nó (mgionl, μgionl...). Riêng đối với độ muối và độ Clo của nước biển, thứ nguyên gkg còn được ký hiệu là %o hoặc ppt (phần nghìn). + Các khí hoà tan: Sử dụng thứ nguyên nồng độ là mll hoặc mgl. Trong một số nghiên cứu chuyên môn còn sử dụng thứ nguyên nồng độ các khí hoà tan là moll và các ước số của nó. Các hợp chất dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng: Sử dụng thứ nguyên nồng độ là mgm3 hoặc μgl (1 μg = 106 g). Cũng có thể sử dụng thứ nguyên moll và các ước số của nó đối với hợp phần này như mmoll, μmoll. +Các chất hữu cơ: Quy đổi sang lượng Cacbon có trong chất hữu cơ hoặc độ ôxy hoá và sử dụng các thứ nguyên như đã nêu, ví dụ 25 mgCm3 . Việc quy đổi lượng chất hữu cơ sang lượng Cacbon có thể sử dụng tỷ lệ là Cacbon chiếm 6% trọng lượng chất tươi hoặc 41% trọng lượng chất khô. Dạng nồng độ trong hh biển + Trong Hoá học biển đã sử dụng các dạng nồng độ sau: Dạng trọng lượng hoặc thể tích: Lượng chất tan tính bằng trọng lượng (thường là gam, miligam...) hoặc thể tích (thường là mililit) có trong một đơn vị trọng lượng (thường là kilôgam) hoặc một đơn vị thể tích (thường là lít, m3) nước biển. Dạng trọng lượng của nồng độ sử dụng một số ký hiệu như gkg, gl, mgl, mgm3 , μgm3 , mll...

HÓA HỌC BIỂN Câu 1: Trình bày đặc điểm chung thành phần hóa học nước biển · Các nguyên tố hóa học nước biển -Có khoảng 80 nt hh xác định nước biển -Các nt có nồng độ khác nhau(nt đa lượng, vi lượng, dạng viết tích lũy sinh vật · Đặc điểm thành phần hh nước biển -Sự phong phú hh nước biển Biển vùng trũng,nơi tập trung nước có thành phần hh đa dạng bề mặt trái đất, nước ngầm -Dạng tồn cá nguyên tố nước biển Các nguyên tố tồn nhiều dạng khác nhau, phân tử tự do, ion, hợp chat… trạng thái hòa tan hay lơ lửng,tp chất hữu cơ, keo,khoáng, chất sống Vd: N2,NH3, NH4+,NO2-, NO3- chất hữu (C,H,O,N), O2, CO2, HCO3-, CO32-,… -Tỉ lệ hàm lượng nguyên tố,ion biến đổi theo không gian thời gian Tỉ lệ nguyên tố, ion [Na+]/[Cl-], [Ca2+]/[SO42-],… thay đổi vùng khơi, biến đổi mạnh vùng ven bờ, cửa sông, vũng vịnh -Tỉ lệ nồng độ ion lại đại dương biến đổi, khác vùng biển khác -Quy luật biến đổi hợp phần: Có trình làm biến đổi nồng độ hợp phần là: T1: Những chất hợp phần tham gia trình sinh học chịu biên đổi mạnh mẽ nhất,chủ yếu biến đổi lượng,ở vùng thời kỳ khác 1 T2: Tương tác hh hợp phần nước biển diễn chậm làm biến đổi lượng dạng tồn hợp phần T3: Quá trình vật lý xảy biển bào mòn đất đá đáy bờ ,tan tạo băng ,mưa,bốc hơi,dòng chảy,… trực tiếp gián tiếp làm biến đổi tiêu định lượng hợp phần Ngoài có số trình biển làm biến đổi nồng độ hợp phần tượng hấp thụ trao đổi ion phần tử lơ lửng, tượng kết tủa muối đk định · Phân loại nước biển Chia nhóm( đặc điểm dạng tồn ,định lượng ,ý nghĩa sinh hóa –hóa học hợp phần có nước biển) đc chia nhóm Nhóm 1: Các ion phần tử chính, bao gồm 1l ion phân tử Cl-, SO42-,(HCO3- + CO3-2), Br-, H3PO3, F-, Na+, Mg+2, Ca+2, Sr+2 Nhóm 2: Các khí hoà tan: O2, CO2, N2, H2S, CH4 Nhóm 3: Các hợp chất dinh dưỡng, bao gồm chủ yếu hợp chất vô Nitơ, Phôtpho, Silic Nhóm 4: Các nguyên tố vi lượng gồm tất nguyên tố hợp chất khác ba nhóm kể Nhóm 5: Các chất hữu · Biểu diễn nồng độ hợp phần hoá học nước biển: -Nồng độ tuyệt đối: lượng thực chất tan đơn vị thể tích( lít 1m3) -Nồng độ tương đối : tỷ số % lượng thực có (nồng độ tuyệt đối ) lượng cóa ( nồng độ bão hòa) đơn vị thể tích ( trọng lượng) nước biển ddvk( nhiệt độ,muối,p) 2 Nồng độ tuyệt đối ,cấu thành từ nguyên tố ( thường nguyên dạng hợp chất,hay nguyên tố ,dạng biểu diễn nồng độ ) -Thứ nguyên nồng độ: Cách biểu diễn thứ nguyên hợp phần khác nước biển +Các ion chính: Thứ nguyên để biểu diễn nồng độ ion nước biển g-ion/kg (hoặc g-ion/l) ước số (mgion/l, μg-ion/l ) Riêng độ muối độ Clo nước biển, thứ nguyên g/kg ký hiệu %o ppt (phần nghìn) + Các khí hoà tan: Sử dụng thứ nguyên nồng độ ml/l mg/l Trong số nghiên cứu chuyên môn sử dụng thứ nguyên nồng độ khí hoà tan mol/l ước số Các hợp chất dinh dưỡng nguyên tố vi lượng: Sử dụng thứ nguyên nồng độ mg/m3 μg/l (1 μg = 10-6 g) Cũng sử dụng thứ nguyên mol/l ước số hợp phần mmol/l, μmol/l +Các chất hữu cơ: Quy đổi sang lượng Cacbon có chất hữu độ ôxy hoá sử dụng thứ nguyên nêu, ví dụ 25 mgC/m3 Việc quy đổi lượng chất hữu sang lượng Cacbon sử dụng tỷ lệ Cacbon chiếm 6% trọng lượng chất tươi 41% trọng lượng chất khô -Dạng nồng độ hh biển + Trong Hoá học biển sử dụng dạng nồng độ sau: Dạng trọng lượng thể tích: Lượng chất tan tính trọng lượng (thường gam, miligam ) thể tích (thường mililit) có đơn vị trọng lượng (thường kilôgam) đơn vị thể tích (thường lít, m3) nước biển Dạng trọng lượng nồng độ sử dụng số ký hiệu g/kg, g/l, mg/l, mg/m3 , μg/m3 , ml/l 3 Câu 2: Trình bày dạng tương tác hóa học biển Tương tác hóa học biển trình trao đổi chất hợp phần hóa học biển với hành tinh (khí quyển, thạch quyển, sinh quyển) Trong trình tương tác, vật chất vào khỏi biển cách trực tiếp (như trao đổi khí biển khí quyển, trao đổi chất sinh vật biển với môi trường, lắng đọng trầm tích, hòa tan đất đá đáy, bờ…), gián tiếp thông qua trình vận chuyển khác (bốc hơi, mưa, dòng chảy mặt dòng chảy ngầm từ lục địa biển, vận chuyển gió…) Đối với trình trao đổi vật chất gián tiếp, vòng tuần hoàn nước đóng vai trò quan trọng *Tương tác hóa học biển - khí - Xảy qua bề mặt ngăn cách biển khí Mối tương tác có ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần chế độ hóa học lớp nước biển sát mặt, đặc biệt hợp phần khí hòa tan Ảnh hưởng xuống sâu phụ thuộc vào trình động lực, trình xáo trộn thẳng đứng, song nhìn chung thường không vượt độ sâu 200-300m Biển khí trao đổi vật chất với chủ yếu thông qua trình là: trao đổi trực tiếp khí biển khí trao đổi gián tiếp vật chất qua dòng bốc mưa - Trao đổi khí biển khí trình diễn liên tục - Ngoài trình trực tiếp gián tiếp nêu trên, tương tác hoá học biển-khí thể chỗ sol khí có nguồn gốc khác rơi trực tiếp từ khí vào biển (mưa khô) Đó hạt bụi vũ trụ, tro bụi núi lửa, phần tử vật chất gió lên từ mặt nước, mặt băng, mặt đất *Tương tác hóa học biển - thạch 4 Tương tác hoá học biển-thạch nói chung hiểu tương tác hoá học biển-lục địa Do đặc thù vòng tuần hoàn nước hành tinh nên tương tác dường diễn chiều: vật chất chuyển từ lục địa biển nhờ dòng chảy mặt dòng chảy ngầm Trong tương tác hoá học biển-lục địa, dòng chảy mặt dòng chảy ngầm từ lục địa biển có vai trò vận chuyển vật chất Dòng chảy mặt (bao gồm dòng chảy tràn dòng chảy sông) phần động thuỷ quyển, hình thành lớp bề mặt vỏ trái đất Do chảy qua nhiều miền địa lý khác tuỳ thuộc vào độ dài dòng chảy nên nước có điều kiện tiếp xúc tương tác với nhiều loại đất đá có nguồn gốc, thành phần cấu trúc khác nhau, làm cho thành phần hoá học định tính dòng chảy mặt phong phú Tuy nhiên, thời gian tương tác nước với lớp đất đá không dài nên lượng vật chất trao đổi bổ sung vào dòng chảy mặt không nhiều Thực tế, dòng nước từ lục địa đổ biển có độ khoáng thấp (thường không 0,5%o, dòng có độ khoáng tới 1%o) xem nước ngọt-lợ Tương tác hoá học biển-thạch thể trình phá huỷ hoà tan trực tiếp đất đá đáy, bờ biển hay bờ đảo Ngoài tương tác hoá học biển-thạch thể qua hoạt động núi lửa ngầm đáy biển, theo vật chất đưa trực tiếp từ lòng đất vào biển *Tương tác tác hóa học biển - sinh Sinh vật biển phong phú đa dạng, chia thành nhóm: + Sinh vật sản xuất bao gồm thực vật với chức tổng hợp chất hữu từ chất vô môi trường số loài vi 5 sinh vật tự dưỡng có khả tổng hợp chất hữu từ chất vô + Sinh vật tiêu thụ: dạng động vật khác từ bậc thấp tới bậc cao, có chức sử dụng thức ăn chất hữu có sẵn (cả chất sống chất không sống) để tổng hợp nên chất hữu + Sinh vật hoại sinh (chủ yếu vi sinh vật) có chức phân huỷ chất hữu xác chết động thực vật, tàn tích, cặn bã thải trình hô hấp, tiết Tương tác hoá học biển-sinh có liên quan trực tiếp đến hầu hết hợp phần hoá học biển, đặc biệt hợp phần dinh dưỡng Phốtpho, Nitơ, Silic, khí CO2, O2, CH4, H2S, nhiều nguyên tố vi lượng S, Fe, Mn, I, Cu ion Ca+2, K+, Na+ chất hữu Quá trình tương tác liên quan đến mối tương tác biển-khí, biểnđáy, biển-lục địa chịu chi phối khống chế chặt chẽ nhiều nhân tố điều kiện hải dương, sinh học, sinh thái môi trường hệ thống - hệ sinh thái biển Câu 3: Nêu ion nước biển dạng tồn chúng nước biển Những ion (phân tử) tồn nước biển dạng hòa tan có nồng độ >0,001 ppm gọi ion Bao gồm: Cl-, SO4-2, HCO3, Br-, F-, Na+, Mg+2, Ca+2, K+, Sr+2 phân tử H3BO3 *Dạng tồn ion chính: -Các ion nước biển tồn chủ yếu dạng ion tự phần lại liên kết với ion khác -Tương quan nồng độ ion nước biển luôn tuần theo quy luật Cl>SO42->[HCO3+CO32-] Na+>Mg+2>Ca+2>K+ 6 nước lục địa, tương quan HCO 2>SO42>Cl Ca+>Mg+>Na+ HCO3>Cl>SO4 Ca+2>Na+>Mg+ Như vậy, nước biển Cl- Na+ luôn chiếm ưu thế, nước lục địa bất đẳng thức bị đổi chiều Đây đặc điểm quan trọng tồn hợp phần hoá học nước biển, từ nhận biết định tính ảnh hưởng nước lục địa vùng nước cửa sông, ven bờ, vùng nước xáo trộn Câu 4: Nêu khái niệm độ muối, độ clo nước biển nhân tố ảnh hưởng đến độ muối nước biển Độ muối hàm lượng tổng cộng tính gam tất chất khoáng rắn hòa tan có 1000g nước biển với điều kiện: halogen thay lượng Clo tương đương, muối cacbonat chuyển thành oxit, chất hữu bị đốt cháy 480o C Độ Clo, giá trị tương đương với số gam Bạc nguyên chất cần thiết để kết tủa hết halogen có 0,3285234 kg nước biển" Các nhân tố làm giảm độ muối nước biển: Các trình nhân tố làm giảm độ muối thể tác động chúng theo hướng pha loãng nước biển, bao gồm mưa tuyết rơi đại dương, dòng nước từ lục địa đổ biển băng tuyết tan Trong số nhân tố này, mưa tuyết rơi mặt đại dương có ý nghĩa cả, dòng nước từ lục địa có ý nghĩa vùng biển ven bờ, băng tuyết tan có ý nghĩa vùng biển vĩ độ cao Các nhân tố làm tăng độ mặn nước biển Các trình nhân tố làm tăng độ muối thể tác động chúng theo hướng cô đặc nước biển, bao gồm bốc 7 mặt đại dương thải muối trình nước biển đóng băng Trong số nhân tố bốc mặt đại dương có ý nghĩa cả, trình đóng băng nước biển có ý nghĩa vùng vĩ độ cao Ngoài ra, trình hoà tan (bổ sung) muối vào dung dịch, bao gồm hoà tan đất đá bờ, đáy biển thâm nhập vật chất vào biển từ khí quyển, từ hoạt động kiến tạo ngầm đáy biển làm tăng độ muối, song có ý nghĩa địa phương Câu 5: Trình bày phân bố biến động độ muối nước biển theo không gian thời gian · Biến đổi theo không gian: Phân bố độ muối lớp mặt đại dương có đặc điểm chung là: - Đới vĩ độ thấp có độ muối lớn đới cực cận cực Bắc Băng Dương có độ muối nhỏ so với đại dương khác có nhiều sông đổ trao đổi nước với Đại Tây Dương Thái Bình Dương - Đới chí tuyến có độ muối lớn đới xích đạo có độ muối nhỏ Hiện tượng có liên quan đến hiệu số bốc mưa khu vực Cụ thể, đới chí tuyến hiệu số bốc mưa mang giá trị dương đạt cực đại, xích đạo hiệu số mang giá trị âm đạt cực tiểu - Độ muối nước tầng mặt biển nội địa liên hệ với đại dương thường thấp Các biển vùng khí hậu khô nóng thường có độ muối cao · Biến đổi theo thời gian: - Độ muối có biến đổi theo mùa biến đổi ngắn hạn khác phụ thuộc vào điều kiện khí tượng thuỷ văn Những biến đổi thường có biên độ không lớn (ít vượt 0,5% o) thường xuất khoảng 300 mét nước 8 - Các dao động chu kỳ ngày độ muối thể rõ vùng biển ven bờ, cửa sông có ảnh hưởng thuỷ triều - Biên độ biến đổi ngày độ muối phụ thuộc vào biên độ thuỷ triều phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ khí thượng thuỷ văn khu vực, chế độ mưa lũ lưu lượng nước từ lục địa đổ Câu 6: Trình bày quy luật chung hòa tan khí từ khí vào nước biển Quá trình hoà tan chất khí từ khí vào nước biển trình thuận nghịch hướng trình phụ thuộc vào áp suất khí mặt biển Nếu áp suất chất khí mặt biển lớn áp suất khí nước biển phân tử khí tiếp tục từ khí vào nước biển, ngược lại, phân tử khí từ nước biển khí Quá trình luôn có xu đạt tới trạng thái cân bằng, trạng thái mà áp suất chất khí hai môi trường Tại trạng thái cân bằng, có phân tử khí từ khí vào nước biển có nhiêu phân tử khí từ nước biển Trạng thái cân cân động Khi trạng thái cân thiết lập, nồng độ chất khí nước biển gọi nồng độ bão hoà xác định biểu thức định luật HenriDanton sau: Ci = Ci: nồng độ bão hòa chất khí I nước biển Ki.Pi Pi: áp suất khí mặt nước biển Ki: hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào chất khí, nhiệt độ, độ muối thứ nguyên đại lượng Độ hoà tan hầu hết chất khí nước (trừ Amoniac) tỉ lệ nghịch với nhiệt độ độ muối 9 Định luật Henri-Danton cho thấy có hỗn hợp khí bề mặt chất lỏng nồng độ bão chất khí phụ thuộc vào áp suất riêng khí mà không phụ thuộc vào có mặt khí khác có hỗn hợp Khí hành tinh hỗn hợp nhiều khí, áp suất khí tổng áp suất riêng khí có mặt đó: PKQ= PN2+PO2+PCO2+…= 0,78+0,21+0,0003+…=1(atm) Câu 7: Nêu nguồn cung cấp tiêu thụ oxi hòa tan nước biển *Các trình làm tăng oxi hòa tan (DO) - Hòa tan oxi từ KQ (biển - KQ): xảy lớp nước mỏng sát mặt biển, lượng khí hấp thụ xâm nhập xuống sâu nhờ trình xáo trộn thẳng đứng - Trao đổi khối nước (do bình lưu khuếch tán): Các trình có ý nghĩa việc vận chuyển oxy hoà tan từ nơi đến nơi khác, tầng nước sâu nguồn cung cấp oxy - Quá trình quang hợp: Quá trình quang hợp dạng thực vật sống biển giải phóng khí Ôxy tự do: nCO2 + nH2O CnH2 nOn + nO2 Các loại thực vật: tảo,rong,cỏ biển,thực vật đáy sống tầng nước có ánh sáng, nguồn cung cấp oxy cho biển quang hợp có lớp nước bên trên, không vượt 200-300m *Các trình làm giảm DO - Thoát khí Oxi vào KQ (biển - KQ): xảy nồng độ oxy nước biển bão hoà Đây trình ngược với trình hấp thụ oxy từ khí xảy lớp nước gần mặt biển - Trao đổi khối nước (xáo trộn, khuếch tán) 10 10 - Quá trình hô hấp sinh vật (chủ yếu động vật) sống tầng nước Trong trình này, chất hữu thể bị oxy hoá giải phóng lượng khí Cacbonic (sinh vật sử dụng lượng hoạt động sống): CnH2nOn + nO2 ⎯→ nCO2 + nH2O - Quá trình oxi hóa chất hữu VSV: có tham gia vi khuẩn tiêu thụ đáng kể lượng oxy hoà tan - Quá trình oxi hóa chất hợp chất vô cơ: Fe +2, Mn+2, NO2-, NH3, H2S, … xảy tầng nước Ví dụ: H2S + 2O2 = H2SO4 = 2H+ + SO4-2 Câu 8: Trình bày phân bố, biến động oxi hòa tan nước biển theo không gian thời gian *Phân bố theo không gian: Phân bố oxy hòa tan lớp nước mặt đại dương Do trao đổi thường xuyên trực tiếp với khí quyển, nồng độ oxy hoà tan lớp nước biển tầng mặt thường đạt gần bão hoà Nồng độ tuyệt đối oxy thường đạt 8-9 mlO2/l vùng biển cực, cận cực giảm dần 4-5 mlO2/l vùng biển nhiệt đới, xích đạo Biến đổi chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ độ muối nước biển vùng biển nói trên, có liên quan đến hệ số hấp thụ oxy từ khí vào nước biển *Phân bố oxy theo độ sâu - Lớp bên có chiều dày khoảng 150-200m, tới 250m kể từ mặt biển, lớp có điều kiện thuận lợi cho quang hợp thực vật, lại có bề mặt tiếp giáp với khí nên nồng độ oxy thường đạt giá trị cực đại xấp xỉ nồng độ bão hoà Bởi lớp bên gọi lớp oxy cực đại lớp quang hợp - Lớp trung gian có chiều dày từ độ sâu khoảng 200m (biên lớp bên trên) đến 1400-1600m Đây lớp có đột biến 11 11 đặc trưng vật lý hải dương hình thành thermoclin, tỉ trọng nước biển tăng đột ngột (lớp vọt) Do vậy, tốc độ chìm lắng vật chất (chủ yếu mảnh vụn chất hữu cơ, xác sinh vật ) rơi vào lớp trung gian chậm, biến lớp thành "kho chứa" vật chất hữu Cũng lớp này, nhiệt độ môi trường tương đối cao (khoảng 5-12oC) mà không lạnh lớp nước sâu gần đáy tạo điều kiện cho trình 64 oxy hoá phân huỷ, khoáng hoá chất hữu xảy mạnh mẽ làm tiêu hao hầu hết dự trữ oxy hoà tan lớp - Lớp sâu độ sâu khoảng 1400-1600m đến đáy Nhìn chung, nước lớp hình thành từ khối nước miền cực cận cực có nhiệt độ thấp, giầu có oxy hoà tan chìm xuống lan khắp tầng sâu đáy đại dương Bởi vậy, lớp thường có nồng độ oxy hoà tan tương đối cao, đạt 4-5 mlO2/l tương ứng 50-70% độ bão hoà Phân bố theo thời gian Biến đổi nồng độ oxy hoà tan theo thời gian có nguyên nhân thay đổi mối tương quan nguồn sản sinh tiêu thụ nó,vì biến động oxy hòa tan xảy tầng nước Những biến đổi có chu kỳ oxy hoà tan bao gồm: biến trình năm biến trình ngày - Biến trình năm theo thay đổi nhiệt độ diễn vùng biển vĩ độ cao,trung bình biên độ năm nhiệt độ nước biển tương đối lớn, làm thay đổi đáng kể giá trị hệ số hấp thụ oxy Đặc trưng biến trình kiểu mùa đông nồng độ tuyệt đối oxy cao, mùa hè- thấp Ở vùng biển nhiệt đới, biến trình kiểu thể không rõ ràng - Biến trình năm có liên quan đến quang hợp biến trình phụ thuộc vào chu kỳ phát triển thực vật, đặc biệt thực vật phù 12 12 du Loại biến trình xảy vùng biển, vùng biển vĩ độ cao trung bình thể rõ điều kiện môi trường sống (nhiệt độ, cường độ chiếu sáng ) có thay đổi rõ rệt năm Tại vùng biển này, vào mùa xuân-hè điều kiện môi trường sống nằm pha thuận nên quang hợp phát triển mạnh, làm tăng cao nồng độ oxy gặp tượng bão hoà, vào mùa đông - ngược lại Ở vùng biển nhiệt đới, quanh năm dồi ánh sáng, nhiệt độ môi trường biến đổi ôn hoà nên chu kỳ quang hợp liên quan đến điều kiện sống thể không rõ ràng - Biến trình ngày oxy phụ thuộc trực tiếp vào biến trình ngày quang hợp phụ thuộc vào biến trình ngày xạ mặt trời Đặc điểm biến trình oxy tích luỹ thời gian ban ngày, đạt cực đại sau buổi trưa, giảm dần thời gian ban đêm đạt cực tiểu lúc gần sáng Quy luật bị biến dạng nhiều trình tác động thay đổi bất thường thời tiết, tác động dòng từ lục địa, ô nhiễm môi trường biển - - Câu 9: Nêu nguồn cung cấp tiêu thụ CO2 hòa tan nước biển *Các nguồn cung cấp CO2 Hấp thụ CO2 từ KQ nồng độ chưa đạt bão hòa Phân hủy chất hữu nước trầm tích Quá trình lên men, hô hấp SV sống biển Khác( mạch ngầm, sông, núi lửa khe ngầm đáy biển) *Các nguồn tiêu thụ Thoát KQ nồng độ bão hòa Quá trình quang hợp Khuếch tán khối nước 13 13 - - Câu 10: Trình bày trình hình thành H2S ảnh hưởng H2S với sinh vật biển *Quá trình hình thành: Thối rữa, phân hủy hợp chất hữu có lưu huỳnh Quá trình khử sunfat môi trường thiếu oxi, giàu chất hữu Chỉ có số khu vực có H2S thường xuyên: Biển đen, vực Kanako (biển BRT), khu cực Orka Câu 11: Sự phân li H2O khái niệm vê trị số pH *Sự phân li nước H2O < > H+ + OH*Hằng số phân li nước (hằng số cân bằng) K= a(H+), a(OH-), a(H2O) tương ứng hoạt độ H+, OH-, H2O Câu 12: Sự tạo thành ion hydro nước biển nhân tố ảnh hưởng tới nồng độ ion hydro nước biển Trong nước biển, ion Hydro thành tạo trình phân ly nước, axit yếu (như H 2CO3, H3PO4, H2SiO3 ) muối (như Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2 ) Do nước chất phân ly nên phân ly nước trình tạo ion Hydro Các nghiên cứu rằng, ion Hydro nước biển tạo phân ly axít yếu muối, axit Cacbonic muối bicacbonat đóng vai trò chủ yếu Vd: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 Các nhân tố ảnh hưởng tới nồng độ ion Hydro: Ảnh hưởng áp suất thuỷ tĩnh: Áp suất thuỷ tĩnh ảnh hưởng đến nồng độ ion Hydro nước biển theo hướng làm 14 14 thay đổi số phân ly nước axít yếu Nếu áp suất thủy tĩnh tăng (chẳng hạn xuống sâu) số phân ly H2O, H2CO3 tăng, tạo thành nhiều H+ làm giảm pH Quá trình diễn ngược lại áp suất thuỷ tĩnh giảm Ảnh hưởng nhiệt độ: + Nếu nhiệt độ tăng số phân ly tăng, dẫn tới [H+ ] tăng, pH giảm Hiện tượng diễn ngược lại nhiệt độ giảm + Khi nhiệt độ thay đổi làm thay đổi lượng khí CO2 hoà tan Cụ thể nhiệt độ tăng hoà tan khí CO2 nước biển giảm, dẫn tới tạo H2CO3 tạo thành H+, pH tăng lên Hiện tượng hoàn toàn ngược lại nhiệt độ giảm Ảnh hưởng trình sinh hoá học: Nhiều trình sinh hoá học xảy biển có ảnh hưởng mạnh mẽ tới nồng độ khí CO2 hoà tan (và nồng độ H2CO3 phân ly axit này), trình quang hợp, hô hấp, phân huỷ chất hữu Đây nguyên nhân gián tiếp nhiều lại có tính định làm biến đổi pH nước biển Quang hợp mạnh tiêu thụ nhiều CO2 dẫn tới tăng pH, hô hấp phân huỷ chất hữu bổ sung thêm CO2 làm giảm pH Cường độ trình phụ thuộc chặt chẽ vào điều kiện sinh thái-môi trường Câu 13: Sự phân bố biến động pH nước biển Nước biển vùng giới lệch khỏi phản ứng trung hoà mang tính kiềm yếu với trị số pH ổn định Đối với nước biển khơi, pH biến đổi khoảng hẹp từ 7,6 đến 8,4 Đối với nước biển vùng cửa sông, ven bờ biển riêng biệt, pH ổn định song biến đổi giới hạn khác 15 15 - Đặc tính ổn định pH nước biển nguyên nhân sau chi phối: Thứ nhất, có axit yếu muối chúng hoà tan nên nước biển trở thành dung dịch đệm Bản chất dung dịch đệm có pH ổn định, biến đổi Thứ hai, nồng độ ion Hydro nước biển có liên quan trực tiếp nhiều với nồng độ CO2 H2CO3 hoà tan, hai thành phần lại điều hoà với CO2 khí có quan hệ chặt chẽ với ion HCO - , CO3 -2 vốn hợp phần ổn định + pH vùng biển nhiệt đới, xích đạo lớn vùng biển vĩ độ cao Đặc điểm có liên quan đến nồng độ CO2 hoà tan nước vùng biển nhiệt đới nhỏ vùng biển vĩ độ cao + Theo độ sâu, pH có xu giảm dần tăng dần CO2 áp suất thuỷ tĩnh Trong lớp nước mặt (lớp quang hợp) pH đạt giá trị lớn nhất, tiếp giảm nhanh tới khoảng 250-500m tiếp tục giảm chậm chậm xuống sâu + Riêng lớp nước quang hợp (khoảng 150-200m cùng), phân bố pH tương tự oxy hoà tan, nghĩa chia thành lớp phụ, lớp phụ quang hợp cực đại có pH lớn lượng CO2 bị tiêu thụ nhiều Theo thời gian, pH có chu kỳ biến đổi: chu kỳ năm chu kỳ ngày đêm Cả biến đổi phụ thuộc chủ yếu vào biến đổi hàm lượng CO2 hoà tan phụ thuộc vào biến đổi nhiệt độ có liên quan tới hấp thụ CO2 từ khí quyển, đặc biệt có liên quan chặt chẽ với biến đổi cường độ quang hợp + Biển đổi pH với chu kỳ năm có đặc điểm vào thời kỳ xuân-hè pH có giá trị lớn nhất, mùa đông - nhỏ Đặc điểm 16 16 chi phối nguyên nhân: thứ quang hợp phát triển mạnh mùa xuân hè tiêu thụ nhiều CO2 hoà tan, thứ hai vào mùa đông nhiệt độ giảm thấp điều kiện tốt để CO2 từ khí thâm nhập vào biển Biến đổi pH với chu kỳ ngày đêm chủ yếu phụ thuộc vào quang hợp, song thể rõ điều kiện thời tiết yên tĩnh Ở vùng biển phong phú sống, biến đổi ngày đêm pH thể rõ Đặc điểm biến đổi ngày đêm pH tăng cao vào thời gian ban ngày, đạt cực đại sau buổi trưa, giảm thấp vào thời gian ban đêm đạt cực tiểu lúc sáng sớm Như vậy, hai biến đổi có pha với biến đổi oxy hoà tan Câu 14: Nêu khái niệm độ kiềm nước biển ý nghĩa Độ kiềm (còn gọi độ kiềm chung, ký hiệu Alk) tổng nồng độ anion axit yếu có nước biển Alk = [HCO3 - ] + 2[CO3 -2] + [H2BO3 - ] + [HSiO3 - ] + [H2PO4 - ] + 2[HPO4 -2] + [HS- ] + ([OH- ]-[H+ ]) + Ý nghĩa độ kiềm: - Độ kiềm (hoặc hệ số kiềm) thường sử dụng để tính toán mức độ xáo trộn nước vùng gần bờ, cửa sông Do tính ổn định cao độ kiềm nước biển nên sử dụng số khối nước - Do có quan hệ mật thiết với dẫn xuất phân ly axit yếu, đặc biệt H2CO3 nên với độ pH, độ kiềm sử dụng để tính toán dạng tồn axit Cacbonic nước biển, tính toán cân CO2, cân hệ Cacbonat Câu 15: Nêu kn hệ cacbonat nước biển quan hệ định lượng tiểu phần hệ cacbonat Khái niệm: Các hợp phần vô Cacbon tồn nước biển dạng khí Cacbonic (CO2), axit Cacbonic (H2CO3) 17 17 dẫn xuất phân ly (HCO3 - , CO3 -2) Các tiểu phần liên hệ tương hỗ với mối cân động tạo thành hệ Cacbonat Quan hệ định lượng tiểu phần hệ cacbonat Câu 16: Trình bày dạng tồn hợp chất photpho nước biển vai trò hợp chất photpho vô hòa tan nước biển Trong nước biển P có dạng tồn :P hữu lơ lửng (Phcll), P hữu hoà tan (Phcht), Phốtpho vô lơ lửng (Pvcll) P vô hoà tan (Pvcht) Tổng lượng Phốtpho biển biểu diễn sau: ∑P = Phcll + Phcht + Pvcll + Pvcht + P hữu tồn dạng lơ lửng nước biển có thành phần chất hữu xác chết động thực vật, mảnh vụn hay cặn bã trình hô hấp, tiết sinh vật Dưới tác dụng trình sinh hoá với tham gia vi khuẩn men, P hữu dạng lơ lửng chuyển thành dạng hoà tan Thực chất, giai đoạn trình phân huỷ chất hữu lơ lửng để chuyển thành dạng chất hữu hoà tan có P + P hữu hoà tan nước biển có mặt hợp chất cao phân tử phức tạp dạng gốc axit Photphoric este nó, phức chất protein hydrat cacbon Có thể phần P hữu hoà tan tồn dạng keo + P vô dạng lơ lửng nước biển có nguồn gốc từ nham thạch phun trào trầm tích Trong dạng tồn này, ưu thuộc Apatit, Photphorit phần lớn chúng tồn dạng muối Canxi Các chất lơ lửng sông đưa biển, 18 18 phần bị kết tủa lắng chìm xuống đáy, phần chuyển sang dạng hoà tan nhờ tác dụng nước + P vô hoà tan nước biển tồn dạng axít Photphoric dẫn xuất phân ly Đây dạng tồn có ý nghĩa hợp chất P biển thực vật sử dụng chủ yếu P dạng để tổng hợp chất hữu Vai trò hợp chất dinh dưỡng P vô hoà tan nước biển + Phốtpho nguyên tố dinh dưỡng quan trọng, có thành phần ATP TPN-H hợp chất hữu tích trữ nhiều lượng dinh dưỡng + P biển có vận chuyển tuần hoàn từ môi trường vào sinh vật lại trở lại môi trường tạo nên chu trình P Cụ thể, P vô dạng Photphat có môi trường thực vật sử dụng vào quang hợp, chuyển hoá thành P liên kết tế bào thực vật (nằm chủ yếu cấu trúc ATP TPN-H), tiếp chuyển hoá thành P liên kết tế bào động vật từ bậc thấp tới bậc cao chuỗi thức ăn biển Khi sinh vật chết đi, P chuyển hoá thành dạng liên kết lơ lửng, để nhờ trình phân huỷ khoáng hoá, P vô (các Photphat) tái phục hồi cho môi trường + Mức độ cường độ sử dụng P vô có môi trường nước biển dạng thực vật khác nhau, phụ thuộc vào nhiều điều kiện sinh học, sinh thái học môi trường sinh vật lượng, tính chất thành phần loài, kích thước cá thể, nhiệt độ môi trường, cường độ chiếu sáng có liên quan tới nhiều yếu tố hải dương Tuy nhu cầu P sinh vật biển nói chung không nhiều P lại dễ trở thành yếu tố giới hạn quang hợp nồng độ Photphat nước biển nhỏ bé, chí có 19 19 lúc không thoả mãn nhu cầu quang hợp Khi quang hợp phát triển mạnh, nồng độ Photphat giảm đến dẫn đến tượng quang hợp tạm ngừng lại Cho đến Photphat tái phục hồi (hoặc bổ sung từ nguồn đó), quang hợp lại tiếp tục phát triển chu kỳ “Trong số tất nguyên tố có mặt thể sống P chắn có ý nghĩa sinh thái hơn, tỉ lệ khối lượng so nguyên tố khác có thể thường cao nhiều so với tỉ lệ nguồn mà từ sinh vật chọn nguyên tố cần thiết Rõ ràng thiếu hụt P môi trường hạn chế sức sản xuất sơ nhiều so với thiếu hụt chất nào, loại trừ nước” ->Như vậy, Phốt phát thực vật phù du biển có mối quan hệ chặt chẽ Mối quan hệ sở cho việc đánh giá khối lượng chất hữu thành tạo trình quang hợp (năng suất sơ cấp - primary productivity), thông số quan trọng việc đánh giá tiềm nguồn lợi sinh vật vùng biển Câu 17: Nêu nguồn tiêu thụ bổ sung photpho vô nước biển *Các nguồn tiêu thụ: Trong biển quang hợp xuất lớp nước nơi có ánh sang lan truyền tới nên nguồn tiêu thụ P biển nằm hoàn toàn lớp Tốc độ tiêu thụ P phụ thuộc vào tốc độ trình quang hợp, điều kiện sinh học -Quang hợp thực vật, chủ yếu thực vật trình làm giảm lượng P biển: 106CO2+122H2O+H3PO4+16HNO3 (CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+138O2 - Khai thác sản phẩm thủy hải sản, trao đổi khối nước 20 20 - - - - - *Các nguồn bổ sung: -Dòng nước từ lục địa Nguồn có ý nghĩa trực tiếp vùng biển ven bờ, sông phụ thuộc vào đặc trưng dòng chảy từ lục địa biển -Nguồn tạo P vô biển trình tái sinh Phần lớn lượng P thực vật đồng hoá, động vật bậc dinh dưỡng khác đồng hoá trở lại môi trường nước biển hoạt động sống trình phân huỷ khoáng hoá tàn tích hữu Có hai kiểu tái sinh: - Tái sinh trực tiếp P vô xảy trình hô hấp, tiết sinh vật biển trình trực tiếp xảy tầng nước nơi có hoạt động sông sinh vật - Tái sinh gián tiếp P vô xảy giai đoạn khác tình phân hủy xác chết động thực vật, mảnh vụn, Câu 18: Trình bày dạng tồn hợp chất nitơ nước biển vai trò hợp chất dinh dưỡng nitơ vô hòa tan nước biển *Trong nước biển hợp chất nito có dạng tồn tại: Nitơ hữu lơ lửng: có xác chết động thực vật, mảnh vụn, cặn bã từ hô hấp, tiết sinh vật… Nitơ hữu hòa tan: hợp chất phức chất protein hydrat cacbon… Nitơ vô lơ lửng: từ nham thạch phun trào trầm tích sông đưa biển Nitơ vô hòa tan: dạng ion amoni(NH4+), nitrit (NO2) nitrat (NO3) *Vai trò hợp chất Nitơ nước biển: Nitơ có thành phần ATP TPN-H: hợp chất hữu tích trữ lượng dinh dưỡng cho sinh vật 21 21 - - - - - Quang hợp, phân hủy chất hữu Câu 19: Nêu nguồn tiêu thụ bổ sung nitơ vô nước biển *Tiêu thụ Nito Quang hợp Khai thác sản phẩm hải sản, thoát khí N2, NH3 *Bổ sung Nito Dòng từ lục địa: lớn 10 triệu Nito vô năm vùng ven bờ Nước mưa từ KQ (0,1-0,2 mg/l) từ 40-80 triệu Nito vô năm số khu vực Hòa tan N2 từ KQ trình cố định đạm số VSV Quá trình tái sinh N vô nước biển Câu 20: Các nguyên tố vi lượng nước biển vai trò, ý nghĩa chúng sinh vật tình địa hóa biển Các nguyên tố vi lượng nguyên tố mà nồng độ chúng nước biển nhỏ mg/l Đây nhóm có số lượng nhiều thành phần hoá học nước biển khối lượng chiếm khoảng 0,01% tổng chất khoáng rắn hoà tan Ý nghĩa vai trò: Các nguyên tố vi lượng biển có ý nghĩa trình sinh vật địa hoá biển Người ta chứng minh khẳng định tồn Kẽm, Đồng, Vanađi, Côban, Bo nhiều nguyên tố khác mô sinh vật có ý nghĩa sinh lý lớn lao Ví dụ, Đồng không cấu tạo nên Hemoxyanin (sắc tố hô hấp nhiều động vật không xương sống) mà thành phần hồng cầu, Vanađi tham gia vào trình hô hấp số động vật xoang tràng, Sắt cần thiết cho khuê tảo phát triển 22 22 Ngoài ra, nguyên tố vi lượng có mặt số hoạt chất sống khác Vitamin, Hoocmôn Về mặt địa hoá học, nguồn gốc thành tạo nhiều mỏ khoáng sản đáy biển đại dương có liên quan đến tồn nguyên tố vi lượng nước Đá kết Sắt-Mangan có Đồng, Côban kim loại khác chiếm diện tích lớn đáy đại dương Theo đánh giá Menard Shepec, đá kết phủ từ 20 đến 50% diện tích đáy vùng tây nam Thái Bình Dương Câu 21: Thành phần chất hữu biển dạng tồn chất hữu biển *Thành phần chất hữu biển: có khoảng 40 nguyên tố tham gia vào thành phần chất hữu cơ, nguyên tố Cacbon, Hydro, Ôxy, Nitơ, Phốtpho Lưu huỳnh nguyên tố cấu tạo nên Protein, Lipit, Gluxit, enzym, hoocmon + Các bon hữu biển Trong chất hữu cơ, tỷ lệ trung bình khối lượng Cacbon so với khối lượng chất khô khoảng 40-50% (có tác giả đánh giá khoảng 33%) Tỷ lệ ổn định, công trình nghiên cứu chất hữu biển người ta thường quy khối lượng chất hữu Cacbon hữu + Nitơ P hữu Trong sinh vật biển, Nitơ chiếm 1,6-15%, P chiếm 0,3-3,3% trọng lượng chất khô Như Nitơ P dao động khoảng rộng nhiều so với Cacbon *Các dạng tồn chất hữu nước biển Có loại: chất hữu hòa tan ,và chất hữu lơ lửng - Chất hữu hoà tan chất hữu qua màng lọc có kích thước lỗ nằm khoảng 0,45-1μm 23 23 - Chất hữu lơ lửng chất hữu bị giữ lại màng lọc (không kể mảnh sinh khối lớn kích thước 0,15-0,20mm) Câu 22: Quá trình tổng hợp phân hủy chất hữu biển *Quá trình tổng hợp chất hữu biển Quá trình tổng hợp chất hữu biển tiến hành phương thức: quang hợp hoá tổng hợp - Thực vật (chủ yếu thực vật phù du) phận sản xuất chất hữu hệ sinh thái biển Quá trình sản xuất chất hữu chúng thực trình quang hợp - Vi khuẩn quang hợp đóng vai trò định chu trình chuyển hoá vật chất biển Trong quang hợp vi khuẩn, chất bị oxy hoá nước mà hợp chất vô chứa lưu huỳnh (ví dụ H2S) quang hợp kiểu không giải phóng khí oxy: CO2 + 2H2 S (CH2O) + H2O + 2S *Quá trình phân giải chất hữu biển biển có trình phân giải hữu sinh Trong trình vi sinh vật dị dưỡng, vi khuẩn hoại sinh sinh vật ăn bã vụn tác nhân Trong trình phân giải, chất hữu phức tạp phân tích thành chất đơn giản (sản phẩm trung gian) sau thành chất vô CH4, H2S, H2O, NH3, CO2, NO3 - , PO4 -3 Trong giai đoạn phân giải đó, vi khuẩn sử dụng sản phẩm trung gian để tổng hợp nên chất hữu (sản phẩm thứ cấp) Các sản phẩm khoáng hoá hoàn toàn chất dinh dưỡng vô cơ, CO2, H2O trả lại môi trường lại thực vật sử dụng 24 24