一、性质与溶存形式

海水中溶解有各种盐分，海水盐分的成因是一个复杂的问题，与地球的起源、海洋的形成及演变过程有关。一般认为盐分主要来源于地壳岩石风化产物及火山喷出物。另外，全球的河流每年向海洋输送5.5×1015g溶解盐，这也是海水盐分来源之一。从其来源看，海水中似乎应该含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所限，目前已经测定的仅有80多种。现将其中重要的一些元表4—1。

表4-1 海水中最重要的溶解元素的化学形态和浓度

续表

①指氧化水体中的无机形态。

②浓度对于化合的氮，元素也以氮气形式存在。

③浓度受到大气中含铅汽油燃烧影响。

表中较高浓度的组分基本上代表了其在海水中的平均浓度，一些低含量成分由于测定困难，测定过的样本不多，难以代表其平均浓度。表中还反映出逗留时间长的元素在海水中的含量也高，如果把含量填写入元素周期表，大致可以看到如下规律：除零族惰性气体外，周期表两端的元素含量较高。如ⅠA，ⅡA，ⅥA及ⅦA族；同族元素从第三周期开始随原子序数增加而减少。ⅠA，ⅡA和ⅦA三族元素的logC(C以mmol/kg表示)与原子序数成线性关系。某些副族元素也有类似现象。过渡元素在海水中含量都较低，包括植物生长的营养元素和一些必需的微量元素都集中在这个区域。

表4—1中列举了几乎所有主要元素的无机形态。对于元素的化学形态的了解是十分重要的，因为它对于元素在海水中的反应有决定作用。例如，铜对于浮游生物的作用就是与自由的二价铜离子浓度有关，而非与总铜浓度有关。在化学分析中，一般不区分化学形态，所以一般的溶解态浓度就是指离子或元素的总浓度。

化学海洋学的发展很大程度上依赖于分析化学技术的进步，许多感兴趣的金属在海水中含量极低，只有用灵敏的测试仪器和技术并避免样品采集和分析过程中的污染才能够测定。

二、元素在海水中的逗留时间

元素在海水中并非永久留存，河流不断把盐分输送到海洋，海水中的元素又不断向海底沉积。不同的元素转移到沉积中间的速度是不同的，例如，河水中Ca2+含量比Na+高，而进入海洋之后，Na+的含量比Ca2+高得多。这说明Ca2+比Na+更容易进入沉积物。为了解不同元素在海水中间可以停留的时间和转移速率，Barth(1952)提出海水中元素的逗留时间(T)的概念，其定义为

T的意义是：元素以固定的速率向海洋输送，如果要把全部海水中该元素置换出来所需的平均时间。

海水的成分被认为处于稳定状态。即元素的含量不随时间改变。这样，元素进入海水的速率应当等于从海水中输出的速率，可以用下列模式表示：

M为海水中某元素的总量，Q为输入速率，R为输出速率，于是有

海水中的元素输出与元素的含量成正比：

R=kM(k为输出速率常数) (4-3)

Q-kM=0 (4-4)

即

即元素的逗留时间等于元素输出速率常数的倒数。

海水中一些元素的逗留时间列于表4—2中。

表4-2海水中一些元素的逗留时间

下面举两个计算示例。

(1)海洋中水分子的逗留时间：海洋的平均深度为4000m，全球河流的径流量折算为海洋水位是13cm/a，所以TH2O=4000/0.13≈3×104(年)。

有人在计算时采用河流的径流量为10cm/a，得到的结果为40×104年。

还可以从海水的总体积和径流量计算，即

TH2O=1.4×1021/(4.6×1016)≈3×104(年) (4－6)

(2)海水中钙的逗留时间：海水中总Ca2+含量为5.61×1020g，河水中钙的平均浓度为15×10－3g/dm3，河流径流量为4.6×1016kg/a。

TCa=5.61×1020/(15×10－3×4.6×1016)≈0.8×106(年)

(4－7)

也可以根据元素从海水中的输出量计算，但是由于数据的准确度不够，都只能得到近似的结果。海水中元素的逗留时间大致在102～108年之间。

海水的更新时间在温跃层(平均100m)以上平均为几十年，而在深层则为1000年左右。如果元素逗留时间大于更新的时间，则在整个海洋中的分布应当是均匀的；如果小于更新的时间，其分布应当是不均匀的。但是有些元素如P、N、Si虽然逗留时间较长，由于生物参与了这些元素的循环，在海洋中也造成了不均匀的分布。
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