海洋沉积物化学

第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 • 海底沉积层厚度0～1000余米，平均500米。 • 海底沉积层是海水沉降物的接受体。 • 沉积物是海洋中物质参与地球化学循环的中转 载体。 • 沉积物是海洋形成和发展的见证者。 • 沉积物昭示着海洋中发生的各种过程。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.1 10.1 海洋沉积物的来源海洋沉积物的来源（（88种产生沉积物的过程）种产生沉积物的过程） 10.1.1 10.1.1 大气降尘大气降尘 大气降尘可分为三类大气降尘可分为三类：： 11））陨石尘陨石尘。。占很小比例。占很小比例。 22））火山喷出物火山喷出物。。主要形式为主要形式为1/101/10——1/21/2毫米的小球体。毫米的小球体。 33））风送陆源尘沙风送陆源尘沙。。是降尘的主要构成物是降尘的主要构成物。。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.1 10.1 海洋沉积物的来源海洋沉积物的来源（（77种产生沉积物的过程）种产生沉积物的过程） 10.1.2 10.1.2 生物活动生物活动 11）生物硬组织（残骸和介壳，无铝无机物））生物硬组织（残骸和介壳，无铝无机物） 这是海洋沉积物的最重要的来源这是海洋沉积物的最重要的来源。主要有：。主要有： 硅质沉积物硅质沉积物。。高纬度的硅藻，热带的放射虫；还有硅质海高纬度的硅藻，热带的放射虫；还有硅质海 绵的针骨。绵的针骨。 碳酸钙沉积物碳酸钙沉积物。。远洋的有孔虫（尤其是抱球虫）、翼足虫远洋的有孔虫（尤其是抱球虫）、翼足虫 介壳、球状石灰藻。介壳、球状石灰藻。 22）） 生物软组织生物软组织 来源与归宿。来源与归宿。主要由海洋生物尸解形成，沉积后最终转化主要由海洋生物尸解形成，沉积后最终转化 为矿物燃料。为矿物燃料。 含量。含量。每年每平方米海面有机物产量每年每平方米海面有机物产量11千克。但在沉积物中千克。但在沉积物中 比例较小。比例较小。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.1.10.1.3 3 海岸侵蚀海岸侵蚀 风化的一种重要形式。风化的一种重要形式。 波浪和风暴是海岸侵蚀的首要因素；产生各种大小不波浪和风暴是海岸侵蚀的首要因素；产生各种大小不 同形状不一的颗粒。同形状不一的颗粒。 10.1.10.1.4 4 河流河流 河流带入海洋的颗粒，一般是较小的粘土微粒河流带入海洋的颗粒，一般是较小的粘土微粒。每年。每年 输入输入1212立方公里。立方公里。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.1.10.1.5 5 冰川冰川 现在的地质时期，主要出现在极地海域。冰川会将现在的地质时期，主要出现在极地海域。冰川会将冰冰 碛碛[[qqìì]]物物以及以及河底沉积物河底沉积物和和海岸沉积物海岸沉积物搬运进海。搬运进海。 10.1.10.1.6 6 化学沉淀化学沉淀。。 碳酸钙、磷酸钙以及缺氧环境的硫化铁碳酸钙、磷酸钙以及缺氧环境的硫化铁。。 10.1.10.1.7 7 成矿过程。成矿过程。 海底生成矿物海底生成矿物————海绿石、磷灰结核、钙十字石、海绿石、磷灰结核、钙十字石、 多金属结核多金属结核。。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.2 10.2 海洋沉积物的分类海洋沉积物的分类 10.2.110.2.1 按沉积物的来源分类按沉积物的来源分类 分成四类：分成四类： 11、、碎屑沉积物碎屑沉积物 DetritalDetrital——又称又称岩成沉积物岩成沉积物。。主要是陆地主要是陆地 岩石风化产生岩石风化产生,,以硅铝酸盐矿物形式被大气、河流、冰以硅铝酸盐矿物形式被大气、河流、冰 川带入海洋；在远洋，火山也是一种重要来源。川带入海洋；在远洋，火山也是一种重要来源。 22、、生物沉积物生物沉积物 BiogenicBiogenic。以方解石和硅质介壳。以方解石和硅质介壳((蛋白石蛋白石 SiOSiO22))为主，还有生物有机质。为主，还有生物有机质。 33、、自生自生沉积物沉积物 AuthigenicAuthigenic——又称又称自生矿物自生矿物。是海水和沉。是海水和沉 积物内部通过化学反应生成。像多金属结核以及碳酸积物内部通过化学反应生成。像多金属结核以及碳酸 钙等钙盐。钙等钙盐。 44、、宇宙沉积物宇宙沉积物。宇宙尘埃。富含铁元素。直径大约。宇宙尘埃。富含铁元素。直径大约200200-- 300300微米。微米。＞＞ 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学10.2.2 10.2.2 按离陆远近分类按离陆远近分类 分成两类分成两类33种种：： 近岸沉积物、深海沉积物（远洋和非远洋）近岸沉积物、深海沉积物（远洋和非远洋） 远洋和非远洋积物的差异体现在远洋和非远洋积物的差异体现在：： 11））粒度分布和海水悬浮停留时间粒度分布和海水悬浮停留时间。。远洋沉积物中小于远洋沉积物中小于22 微米的颗粒微米的颗粒[[粘土矿物粘土矿物]]，占，占50%50%以上。当然，粒度小的以上。当然，粒度小的 远洋沉积物在海水悬浮停留的时间更长些远洋沉积物在海水悬浮停留的时间更长些。。 类型 地区 样品数 <2µm的百分比 远洋沉积物 大西洋 太平洋 印度洋 23 22 52 58 61 64 大陆架沉积物 美国大西洋沿岸 墨西哥湾 加利福尼亚湾 Sahul shelf.（Aus.） 12 11 15 9 2 27 19 72 河流沉积物 33条美国河流 1026 37 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 远洋沉积物与非远洋沉积物的差异远洋沉积物与非远洋沉积物的差异 22））沉降速率沉降速率。由于影响因素复杂，沉积物的沉降。由于影响因素复杂，沉积物的沉降 速率偏离简单的重力沉降。远洋沉积物沉降速速率偏离简单的重力沉降。远洋沉积物沉降速 率很小。（近岸海域通常达率很小。（近岸海域通常达 几百几百mm/mm/103yrs）） 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 10.3 远洋沉积物的沉积速率 海域 沉积速率（mm/103yrs） 平均 范围 南太平洋 北太平洋 南大西洋 北大西洋 0.45 1.5 1.9 1.8 0.3-0.6 0.4-6.0 0.2-7.5 0.5-6.2 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 远洋沉积物与非远洋沉积物的差异远洋沉积物与非远洋沉积物的差异 33）海底深度。）海底深度。 远洋沉积物与非远洋沉积物出现的海底深度远洋沉积物与非远洋沉积物出现的海底深度 通常以通常以10001000米为界。这是基于两个原因：米为界。这是基于两个原因： （（aa）深于）深于10001000米的海底已远离陆地的影响；米的海底已远离陆地的影响； （（bb））10001000米是温跃层下缘的最大深度。米是温跃层下缘的最大深度。 44））微量元素含量微量元素含量。远洋沉积物中常见锰结核，。远洋沉积物中常见锰结核， 因此来源于锰结核的因此来源于锰结核的CuCu、、PbPb、、ZnZn、、NiNi、、CoCo更多。更多。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 55））颜色和氧化态颜色和氧化态。。 •• 远洋区域的上覆水是充氧的。而某些封闭或半封闭远洋区域的上覆水是充氧的。而某些封闭或半封闭 的近岸海区，水中的氧不足，甚至完全缺氧。的近岸海区，水中的氧不足，甚至完全缺氧。 •• 不同的氧化阶段，主要决定于沉积物与充氧底层水的接触不同的氧化阶段，主要决定于沉积物与充氧底层水的接触 时间，即与沉积速率有关。因此沉积慢的远洋沉积物，接时间，即与沉积速率有关。因此沉积慢的远洋沉积物，接 触的时间很长。触的时间很长。 •• 沉积物的颜色，经常是其中铁和有机物性质的反映。沉积物的颜色，经常是其中铁和有机物性质的反映。 红棕色表示氢氧化铁（三价）的存在；红棕色表示氢氧化铁（三价）的存在； 蓝灰色表示有硫化铁或细颗粒的有机质存在。蓝灰色表示有硫化铁或细颗粒的有机质存在。 •• 远洋沉积物（粘土）通常是棕色或红色的，而非远洋沉积远洋沉积物（粘土）通常是棕色或红色的，而非远洋沉积 物经常是蓝色、灰色、黑色或绿色。物经常是蓝色、灰色、黑色或绿色。 远洋沉积物与非远洋沉积物的差异远洋沉积物与非远洋沉积物的差异 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.3 10.3 海洋沉积物的化学组成与性质海洋沉积物的化学组成与性质 10.3.1 10.3.1 海洋沉积物的化学性质海洋沉积物的化学性质 首先明确：首先明确： 沉积物主导海底界面：沉积物主导海底界面：海底的岩石界面，是局部的、小海底的岩石界面，是局部的、小 面积的；因此，海底界面的化学，绝大部分是海洋沉面积的；因此，海底界面的化学，绝大部分是海洋沉 积物的表面化学问题。积物的表面化学问题。 沉积前的粒度分异现象：沉积前的粒度分异现象：沿岸沉积较粗颗粒，远洋沉积沿岸沉积较粗颗粒，远洋沉积 较细颗粒；导致化学组成和化学性质的分异。较细颗粒；导致化学组成和化学性质的分异。 影响沉积物化学性质与物理性质的三个重要参量：影响沉积物化学性质与物理性质的三个重要参量：沉积沉积 物粒度、密实度、含水量。物粒度、密实度、含水量。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.3.1 10.3.1 海洋沉积物的化学性质海洋沉积物的化学性质——之一之一 11、吸附作用。、吸附作用。 霍恩认为：霍恩认为：海洋沉积物中微量元素主要来自吸附海洋沉积物中微量元素主要来自吸附 过程而不是生物过程。过程而不是生物过程。 沉积物能够通过吸附作用从海水中吸取微量元素。沉积物能够通过吸附作用从海水中吸取微量元素。 例如：以锰结核为代表的多金属结核。例如：以锰结核为代表的多金属结核。 吸附与粒度的关系：吸附与粒度的关系：见表见表10.410.4。。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.3.1 10.3.1 海洋沉积物的化学性质海洋沉积物的化学性质——之一之一 11、吸附作用。、吸附作用。 1 2 3 4 火成岩 近岸沉积物 远洋粘土 锰结核 浓 度 （ m g / k g ） 的 对 数 矾 铜 镍表表10.510.5和图和图10.110.1更进一步更进一步 反映了：反映了： 迁移迁移——粒度分异粒度分异——选选 择吸附择吸附——微量元素富集微量元素富集 这种因果关系。这种因果关系。 第十章第十章 海洋沉积物化学海洋沉积物化学 10.3.1 10.3.1 海洋沉积物的化学性质海洋沉积物的化学性质——之一之一 11、吸附作用。、吸附作用。 模拟颗粒吸附液相中某种元素的理论模型有很多。模拟颗粒吸附液相中某种元素的理论模型有很多。 比较常见的有：比较常见的有： LLaangmuirngmuir模型，（模型，（10.310.3）式：）式： FreundlichFreundlich模型，（模型，（10.110.1）式：）式： 0.1