Câu 1: Trình bày những đặc điểm chung tp 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,… Tỷ lệ hàm lượng giữa các nguyên tố,ion biến đổi theo không gian và thời gian.Tỷ 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. tỷ lệ nồng độ giữa các ion chính lại là đại dương rất biến đổi,và 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 nhuwngx hợp phần tham gia và quá trình sinh học chịu sự biên sđỏi 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 racos một số quá trình trong biển làm biến đổi nồng độ các hợp phaanf như hiện tượng hấp thụ hoặc trao đổi ion của các hần tử lơ lửng ,hiện tượng kết tủa muối trong những đk nhất định và do hoạt động của con người. • Phân loại tp nước biển.
Đề cương hóa học biển Câu 1: Trình bày đặc điểm chung 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-,… -Tỷ lệ hàm lượng nguyên tố,ion biến đổi theo không gian thời gian.Tỷ lệ nguyên tố,ion [Na+]/[Cl-], [Ca2+]/ [SO42-],…,ít thay đổi vùng khơi,biến đổi mạnh vùng ven bờ,cửa sông, vũng vịnh -tỷ lệ nồng độ ion lại đại dương biến đổi,và khác vùng biển khác -Quy luật biến đổi hợp phần +Có trình làm biến đổi nồng độ hợp phần là: T1: Những chất nhuwngx hợp phần tham gia trình sinh học chịu biên sđỏi mạnh mẽ nhất,chủ yếu biến đổi lượng,ở vùng thời kỳ khác 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 racos số trình biển làm biến đổi nồng độ hợp phaanf tượng hấp thụ trao đổi ion hần tử lơ • lửng ,hiện tượng kết tủa muối đk định hoạt động người 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) 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: Caachs 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 Câu 2: TRình bày dạng tương tác hh biển Tương tác hoá học biển-khí 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 trực tiếp khí biển khí (đáng kể khí N2, O2, CO2) giữ vai trò chủ đạo tương tác hoá học biểnkhí Như biết, trình hoà tan chất khí từ khí vào nước biển trình thuận nghịch: KhíKHÍQUYỂN ⇔ KhíNƯỚCBIỂN Quá trình xảy theo hướng tuỳ thuộc vào áp suất khí mặt nước biển Nếu áp suất chất khí mặt nước 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 khí khí với áp suất khí nước biển Trao đổi khí biển khí trình diễn liên tục Với khối lượng nước khổng lồ, biển máy điều chỉnh có hiệu áp lực khí khí giữ vai trò quan trọng việc trì chế độ khí hậu ôn hoà hành tinh Nhờ có biển mà có nhiều nguồn thải khí Cácbonic vào khí (núi lửa, cháy rừng, hoạt động công nghiệp, sinh hoạt ) song lượng khí không tăng cao nhiều lắm, hiệu ứng nhà kính không diễn tới mức gay gắt Tương tác hoá học biển-khí thông qua dòng bốc mưa thực chất trình diễn chiều, nước bốc lên nói chung có độ khoáng không đáng kể (gần nước tinh khiết), nước mưa tuyết rơi xuống biển lại chứa lượng vật chất định có thời gian tồn khí Tương tác hoá học biển-thạch quyển: Trong tương tác hoá học biển-lục địa, dòng chảy mặt dòng chảy ngầm từ lục địa biển có vai trò "chiếc cầu" 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 Với lưu lượng 35,56 nghìn km3 /năm, dòng chảy mặt hành tinh hàng năm cung cấp cho biển khoảng 3200 triệu vật chất loại vô hữu Khối lượng nước ngầm hành tinh lớn, khoảng triệu km3 , tồn phân tán lớp đất đá tập trung thành bể, thành hồ, thành dòng ngầm đất Nói chung, nước ngầm đối tượng nước linh động nên có điều kiện tiếp xúc trực tiếp tương tác với lớp đất đá thời gian dài, thành phần định tính phong phú Tương tác hoá học biển-sinh Thế giới sinh vật biển phong phú đa dạng, chia thành nhóm với chức khác -Sinh vật sản xuất bao gồm thực vật với chức tổng hợp chất hữu từ chất vô môi trường Trong trình này, thực vật sử dụng CO2, H2O, nguyên tố dinh dưỡng P, N, Si nhiều nguyên tố khác lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên chất hữu biển, kèm theo Ôxy giải phóng Ngoài thực vật, biển có số loài vi 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 Như động vật tiếp nhận vật chất từ môi trường cách gián tiếp thông qua việc sử dụng dạng thức ăn Cùng với điều đó, hoạt động sống động vật đã sử dụng Ôxy, thải khí CO2 (quá trình hô hấp) thải chất vô cơ, hữu (quá trình tiết) môi trường, có chất vô mà thực vật lại sử dụng quang hợp - Sinh vật hoại sinh hay sinh vật phân giải (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 Trong trình này, nhiều chất khí CO2, CH4, H2S giải phóng hầu hết chất vô thực vật đồng hoá quang hợp, tiếp động vật bậc dinh dưỡng khác đồng hoá hoàn trả lại cho môi trường Câu 3: Nêu ion nước biển dạng tồn chúng nước biển -Những ion ( ptu) tồn nc biển dạng hòa tan có nồng độ lớn 0,001 g/kg đk gọi ion ( ptu) -Có 11 ion phân tử chính, là: Cl- , SO -2, HCO3- , Br- , F- , Na+ , Mg+2, Ca+2, K+ , Sr+2 phân tử H3BO3 -Chiếm 99,99% tổng lượng chất khoáng hòa tan .-Dạng tồn ion Các ion nước biển tồn chủ yếu dạng ion tự (trên 50%), phần lại tồn dạng liên kết với ion khác Ví dụ, có tới 54% lượng Sunfat nước biển tồn dạng ion tự SO -2, 3% dạng CaSO4, 21,5% dạng MgSO4, 21% dạng Na2SO4 0,5% dạng K2SO4; tương tự, có 87%lượng Magiê tồn dạng ion tự Mg+2, 11% tồn dạng MgSO4, 1,7% dạng Mg(HCO3)2 0,3% dạng MgCO3 Ở nc biển Na+ > Mg+2 > Ca+2 > K+, nc HCO3 > SO4-2, Ca+2 > Mg+2 > Na+ or HCO3 > Cl > SO4-2, Ca+2 > Na+ > Mg+2 Câu 4: Nêu khái niệm độ muối ,độ clo nước biển nhân tố ảnh hưởng đến độ muối nước biển -Độ muối tổng lượng tính gam tất chất khoáng rắn hoà tan có 1000 gam nước biển với điều kiện: halogen thay lượng Clo tương đương, muối cacbonát chuyển thành ôxít, chất hữu bị đốt cháy 480o C (KH: So/oo ) So/oo = 0,030+1,805 Cl o/oo -Độ Clo thực chất tổng lượng tính gam halogen ( đk quy đổi tương đương theo giá trị tương đương theo lượng clo) có kg nc biển Với số gam Bạc nguyên chất cần thiết để kết tủa hết halogen có 0,3285234 kg nước biển" -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 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 -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 Là 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 => 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 địnhvluật Henri-Danton sau: Ci = Ki.Pi Ci: nồng độ bão hòa chất khí I nước biển Pi: áp suất khí mặt nước biển Ki: hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào chất khí,nhiệt độ,độ muối thứ nguyên đại lượng Độ hoà tan hầu hết chất khí nước (trừ Amoniac) tỷ lệ nghịch với nhiệt độ độ muối Chúng bão hòa bão hòa thời gian dài Câu 7: Nêu nguồn cung cấp tiêu thụ oxy hòa tan nước biển -Nhóm trình làm tăng oxy nước biển bao gồm: + Hòa tan oxi từ khí ( qtrinh tương tác biển khí quyển) + Quang hợp ( tảo ptrien => nhiều oxi ven biển, khơi thấp) + Trao đổi khối nước ( xáo trộn, khuếch tán) nCO2 + nH2O CnH2 nOn + nO2 -Nhóm trình làm giảm oxy nước biển: +Quá trình thoát khí Ôxy vào khí nồng độ nước biển bão hoà + Quá trình hô hấp dạng sinh vật (chủ yếu động vật) sống tầng nước CnH2nOn + nO2 ⎯→ nCO2 + nH2O +Quá trình ôxy hoá chất hữu biển, có tham gia vi khuẩn tiêu thụ đáng kể lượng Ôxy hoà tan +Quá trình ôxy hoá chất hợp chất vô Fe+2, Mn+2, NO2 - , NH3, H2S xảy tầng nước ví dụ: H2S + 2O2 = H2SO4 = 2H+ + SO4 -2 Câu 9: Nêu nguồn cung cấp tiêu thụ cacbonic hòa tan nước biển - Các nguồn quan trọng chủ yếu cung cấp Cacbonic cho nước biển bao gồm: + hấp thụ CO2 từ khí nồng độ chưa dạt bão hoà + phân huỷ tàn tích hữu nước trầm tích đáy, + trình lên men + hô hấp sinh vật sống biển +Ngoài ra, CO2 vào biển qua đường thứ yếu khác từ mạch nước ngầm chảy vào biển + từ dòng sông tải từ lòng đất qua núi lửa, khe nứt ngầm đáy biển - Các nguồn tiêu thụ làm giảm CO2 nước biển gồm: + thoát rangoài khí nồng độ bão hoà + hoạt động quang hợp thực vật, hoà tan muối Cacbonat đáy bờ Câu 8: Trình bày phân bố,biến động oxy 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 Ôxy hoà tan lớp nước biển tầng mặt thường đạt gần bão hoà Nồng độ tuyệt đối Ôxy 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 Ôxy từ khí vào nước biển Phân bố Ôxy 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 Ôxy thường đạt giá trị cực đại xấp xỉ nồng độ bão hoà Bởi lớp bên gọi lớp Ôxy 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 đặc trưng vật lý hải dương hình thành thermoclin, tỷ 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 5-12o C) mà không lạnh lớp nước sâu gần đáy tạo điều kiện cho trình 64 ôxy hoá phân huỷ, khoáng hoá chất hữu xảy mạnh mẽ làm tiêu hao hầu hết dự trữ Ôxy 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 Ôxy hoà tan chìm xuống lan khắp tầng sâu đáy đại dương Bởi vậy, lớp thường có nồng độ Ôxy hoà tan tương đối cao, đạt 4-5 mlO2/l tương ứng 5070% độ bão hoà Phân bố theo thời gian Biến đổi nồng độ Ôxy 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 Ôxy 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 Ôxy Đặc trưng biến trình kiểu mùa đông nồng độ tuyệt đối Ôxy 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 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 Ôxy gặp tượng bão hoà, vào mùa đông - ngược lại Ở vùng biển nhiệt đới, quanh năm dồi ánh sáng, nhiệt độ môi 10 trường biến đổi ôn hoà nên chu kỳ quang hợp liên quan đến điều kiện sống thể không rõ ràng -Biến trình ngày Ôxy phụ thuộc trực tiếp vào biến trình ngày quang hợp phụ thuộc vào biến trình ngày xạ mặt trời Đặc điểm biến trình Ôxy 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 10: Sự phân ly nước khái niệm trị số pH Nước chất phân ly kém, sản phẩm phân ly ion Hydro Hydroxyl: H2O ⇔ H+ + OH Câu 11: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 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: 11 + nhiệt độ tăng số phân ly tăng, dẫn tới [H+ ] tăng, pH giảm Hiện tượng diễn ngược lại nhiệt độ giảm + nhiệt độ thay đổi làm thay đổi lượng khí Cacbonic 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 12: 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 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 HCO3 - , 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 12 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 Ôxy 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 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 đổingày 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 Ôxy hoà tan Câu 13: Nêu khái niệm độ kiềm nước biển ý nghĩa hiểu 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 13 -Độ kiềm sử dụng để tính toán dạng tồn axit Cacbonic nước biển, tính toán cân CO2, cân hệ Cacbonat Câu 14: Nêu khái niệm 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) 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 15: Trình bày dạng tồn hợp chất photpho nước biển vai trò hợp chất dinh dưỡng photpho vô hòa tan nước biển nước biển Phốtpho có dạng tồn :Phốtpho hữu lơ lửng (Phcll), Phốtpho hữu hoà tan (Phcht), Phốtpho vô lơ lửng (Pvcll) Phốtpho vô hoà tan (Pvcht) Tổng lượng Phốtpho biển biểu diễn sau: ∑P = Phcll + Phcht + Pvcll + Pvcht + Phốtpho 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, Phốtpho 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 Phốtpho + Phôtpho hữu hoà tan nước biển có mặt hợp chất cao phân tử phức tạp dạng gốc axít Phôtphoric este nó, phức chất protêin hydrat cacbon Có thể phần Phôtpho hữu hoà tan tồn dạng keo + Phôtpho vô dạng lơ lửng nước biển có nguồn gốc từ nham thạch phun trào trầm tích Trong dạng tồn này, ưu thuộc Apatít, Phôtphorit phần lớn chúng tồn dạng muối Canxi Các chất lơ lửng sông đưa biển, phần 14 bị kết tủa lắng chìm xuống đáy, phần chuyển sang dạng hoà tan nhờ tác dụng nước + Phôtpho vô hoà tan nước biển tồn dạng axít Phốtphoric dẫn xuất phân ly Đây dạng tồn có ý nghĩa hợp chất Phốtpho biển thực vật sử dụng chủ yếu Phốtpho dạng để tổng hợp chất hữu - Vai trò hợp chất dinh dưỡng Phốtpho 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 + Phốtpho biển có vận chuyển tuần hoàn từ môi trường vào sinh vật lại trở lại môi truờng tạo nên chu trình Phốtpho Cụ thể, Phốtpho vô dạng Phốt phát có môi trường thực vật sử dụng vào quang hợp, chuyển hoá thành Phốtpho liên kết tế bào thực vật (nằm chủ yếu cấu trúc ATP TPN-H), tiếp chuyển hoá thành Phốtpho liên kết tế bào động vật từ bậc thấp tới bậc cao chuỗi thức ăn biển Khi sinh vật chết đi, Phốtpho chuyển hoá thành dạng liên kết lơ lửng, để nhờ trình phân huỷ khoáng hoá, Phốtpho vô (các Phốt phát) tái phục hồi cho môi trường + Mức độ cường độ sử dụng Phốtpho 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 Phốtpho sinh vật biển nói chung không nhiều Phốtpho lại dễ trở thành yếu tố giới hạn quang hợp nồng độ Phốt phát nước biển nhỏ bé, chí có lúc không thoả mãn nhu cầu quang hợp Khi quang hợp phát triển mạnh, nồng độ Phốt phát giảm đến dẫn đến tượng quang hợp tạm ngừng lại Cho đến Phốt phát 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 Phốtpho chắn có ý nghĩa sinh thái hơn, tỷ lệ khối lượng so 15 nguyên tố khác có thể thường cao nhiều so với tỷ lệ nguồn mà từ sinh vật chọn nguyên tố cần thiết Rõ ràng thiếu hụt Phốtpho 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 16 Nêu nguồn tiêu thụ bổ sung photpho vô nước biển Nguồn tiêu thụ photpho vô nước biển: - Do trình quang hợp ,chủ yếu thực vật làm giảm nồng độ photpho vô nước biển Phương trình phản ứng quang hợp: 106CO2+122H2O+H3PO4+16HNO3 (CH2O)106(NH3)16(H3PO4)+138O2 - quang hợp xuất lớp nước (khoảng 0-200m) nơi có ánh sáng lan truyền tới nên nguồn tiêu thụ Phốtpho biển hoàn toàn nằm lớp nước Tốc độ tiêu thụ Phốtpho phụ thuộc vào tốc độ trình quang hợp phụ thuộc vào nhiều điều kiện sinh học, sinh thái môi trường Nguồn bổ sung photpho vô nước biển: - Dòng từ lục địa nguồn bổ sung Phốtpho vô cho biển Hàng năm, dòng sông hành tinh tải biển khoảng 300 đến 1000 Phốtpho dạng hợp chất vô hữu Tuy nhiên, nguồn có ý nghĩa trực tiếp vùng biển ven bờ, cửa sông phụ thuộc nhiều vào đặc trưng dòng chảy từ lục địa biển - Nguồn tạo Phốtpho vô nước biển trình tái sinh Phần lớn lượng Phốtpho thực vật đồng hoá, động vật bậc dinh dưỡng khác đồng hoá trở lại môi 16 trường nước biển hoạt động sống trình phân huỷ khoáng hoá tàn tích hữu - Có kiểu tái sinh trực tiếp gián tiếp: +Tái sinh trực tiếp Phốtpho vô xảy trình hô hấp, tiết sinh vật biển Trong trình này, sản phẩm hoạt động hô hấp, tiết (kể thức ăn thừa chưa tiêu hoá hết) có chứa Phốt phát sinh vật thải trực tiếp vào môi trường Như phần Phốtpho vô sinh vật sử dụng nhanh chóng trở lại môi trường lại tiếp tục thực vật sử dụng quang hợp Quá trình tái sinh trực tiếp xảy lớp nước tầng nơi có hoạt động sống sinh vật biển +Tái sinh gián tiếp Phốtpho vô xảy giai đoạn khác trình phân huỷ khoáng hoá tàn tích sinh vật xác chết động thực vật, mảnh vụn hữu cơ, cặn bã thải hoạt động tiết, hô hấp Quá trình vi sinh vật phân giải men thực hiện, xảy điều kiện có Ôxy Ôxy Sản phẩm cuối qúa trình phân huỷ khoáng hoá chất hữu chất vô cơ, có Phốt phát trả lại cho môi trường Quá trình tái sinh gián tiếp Phốtpho xảy chủ yếu lớp nước sâu đáy (có thể xảy lớp trầm tích), nơi có nhiều tàn tích sinh vật lắng chìm từ lớp nước bên xuống Câu 17: Trình bày dạng tồn hợp chất nitiơ nước biển vai trò hợp chất dinh dưỡng nito vô hòa tan nước biển Nitơ có dạng tồn tại: Nitơ hữu lơ lửng (Nhcll), Nitơ hữu hoà tan (Nhcht), Nitơ vô lơ lửng (Nvcll) Nitơ vô hoà tan (Nvcht) -Nitơ hữu có thành phần protit mô sinh vật sản phẩm phân huỷ protit biển Các hợp chất hữu chứa Nitơ tồn nước biển dạng lơ lửng (tàn tích sinh vật) phần tử hoà tan tạo trình sinh học phân huỷ sinh hoá tàn tích hữu - Nitơ vô lơ lửng có thành phần keo khoáng có nguồn gốc từ nham thạch phun trào trầm tích sông đưa biển -hợp phần Nitơ vô hoà tan, tồn dạng ion Amoni (NH4 + ), Nitrit (NO2 - ) Nitrat (NO3 - ) Đây dạng tồn mà thực vật có 17 thể đồng hoá Nitơ trình quang hợp để tổng hợp nên chất hữu Vai trò hợp phần nước biển tương tự loại đạm đất trồng Ý nghĩa dinh dưỡng Nitơ biển hoàn toàn dạng tạo nên Giữa dạng Nitơ vô hữu có chuyển hoá lẫn tương tự Phốtpho Sự chuyển hoá thực hai trình trái ngược: quang hợp phân huỷ chất hữu Nitơ hợp chất Nitơ vô (NH4 + , NO2 - , NO3 - ) thực vật đồng hoá trình quang hợp tham gia vào thành phần mô thực vật trở thành Nitơ liên kết tế bào thực vật, tiếp chuyển hoá thành Nitơ liên kết tế bào động vật bậc dinh dưỡng khác Ngược lại, trình phân huỷ khoáng hoá tàn tích hữu giai đoạn khác chuyển hầu hết Nitơ liên kết chất hữu thành hợp chất Nitơ vô trả lại cho môi trường Câu 18 : Nêu nguồn tiêu thụ bổ sung nito vô nước biển - Quang hợp thực vật biển, chủ yếu thực vật phù du trình làm giảm nồng độ Nitơ vô biển Do nguồn tiêu thụ hợp chất dinh dưỡng Nitơ vô xuất lớp nước tầng trên, nơi có hoạt động quang hợp Tốc độ tiêu thụ Nitơ vô đương nhiên phụ thuộc vào tốc độ trình quang hợp phụ thuộc vào nhiều điều kiện sinh học, sinh thái môi trường Khi gặp điều kiện thuận lợi, thực vật phù du phát triển mạnh làm triệt tiêu nồng độ hợp chất dinh dưỡng Nitơ vô cơ, thực vật tạm ngừng phát triển Cho đến Nitơ vô tái phục hồi (hoặc bổ sung từ nguồn đó), thực vật lại tiếp tục phát triển chu kỳ - Dòng nước từ lục địa nguồn từ bên bổ sung Nitơ vô cho biển Với lưu lượng nước 35,5 nghìn km3 /năm nồng độ trung bình hợp chất Nitơ vô nước sông khoảng 0,3 mgN/l, hàng năm dòng từ lục địa tải biển 10 triệu Nitơ vô dạng muối Amoni Nitrat Tuy vậy, nguồn có ý nghĩa vùng biển ven bờ, cửa sông, vũng, vịnh phụ thuộc chặt chẽ vào đặc trưng dòng chảy từ lục địa đổ 18 - Nước rơi khí nguồn từ bên bổ sung Nitơ vô cho biển - Nguồn hợp chất Nitơ vô biển trình tái sinh + Tái sinh trực tiếp Nitơ vô xảy lớp nước tầng hoạt động hô hấp, tiết sinh vật Các sản phẩm hô hấp, tiết có thức ăn chưa tiêu hoá hết bao gồm hợp chất khác Amoniac, Ure, Trimetylamin, axit amin Amôni, Nitrit, Nitrat thải trực tiếp môi trường thực vật sử dụng quang hợp + Tái sinh gián tiếp Nitơ vô xảy trình phân giải chất hữu phần lại sản phẩm hô hấp, tiết xác chết sinh vật, tàn tích, mảnh vụn hữu có nguồn gốc khác Sản phẩm cuối trình phân giải chất hữu chất vô có hợp chất Nitơ vô trả lại cho môi trường Câu 19: Các nguyên tố vi lượng nước biển vai trò ,ý nghĩa chúng sinh vật trình sinh 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 Ngoài ra, nguyên tố vi lượng có mặt số hoạt chất sống khác Vitamin, Hoocmôn 19 - 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 20: Thành phần chất hữu nước 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 Cácbon hữu + Nitơ Phốtpho hữu Trong sinh vật biển, Nitơ chiếm 1,6-15%, Phốtpho chiếm 0,3-3,3% trọng lượng chất khô Như Nitơ Phốtpho dao động khoảng rộng nhiều so với Cácbon - 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 -Chất hữu lơ lửng chất hữu bị giữ lại màng lọc (không kể mảnh sinh khối lớn kích thước 0,15-0,20mm) Câu 21: 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 20 +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 ôxy hoá nước mà hợp chất vô chứa lưu huỳnh (ví dụ H2S) quang hợp kiểu không giải phóng khí Ôxy 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 21