1地壳中各元素的含量从大到小依次为氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢
百分比分别为:氧4806%、硅2630%、铝773%、铁475%、钙345%、钠274%、钾247%、镁200%、氢076%、其他076%
2海洋元素中第一是氧元素,第二是氢元素
3人体中氧元素占65%、碳元素占18%、氢元素占10%、氮元素占3%、钙元素占15%、磷元素占10%、其他元素占15%
来自大陆的海洋物质要么经过河流汇入大海,要么随风雨直接进入大海。
海洋和陆地的物质循环
近来的研究也证明海底温泉中也有不少物质随之进入大海。
进入海洋的物质不断在海中循环,时而进入生物体内,时而发生化学反应,最后会变成沉积物离开海洋。如果只注意某一个原子,我们就会了解某个海洋元素的“一生”了。
某元素的大量的原子在海洋中的寿命的平均值被称为“平均停留时间”,就像人类的平均寿命一样。
假设海水中各元素的浓度不受时间的影响,永远恒定,那么,溶入海水的元素量和离开海水的元素量应该相同,所以元素的平均停留时间就等于海洋中现存该元素的总量除以每年进入海洋(或者离开海洋)的量的值。
海水浓度供给关系图
海洋中含量最高的氯和钠的平均停留时间在1亿年以上,比其他任何元素都久,可以说是海洋世界的“元老”了。
这是因为发生了“水和反应”(氯离子和钠离子进入水的空隙中并被水分子包围),在海水中性能极其稳定,基本上不会因为发生化学反应而离开海洋。
主要的8种元素中平均停留时间最短的是钙元素,大约500万年。
这主要因为珊瑚、有孔虫、圆石藻之类的浮游生物会吸收海水中的钙离子生成碳酸钙的壳。当它们死亡后尸体就沉积在海底,钙离子也离开了海洋。
海水在大西洋、印度洋、太平洋的上层和底层之间不断循环,循环一次大概需要1000年。海水中的钙在离开海水之前至少要在各个海域循环5000次以上,所以海水的元素构成才如此平均。
重金属粒子易发生吸附反应,所以在海中的平均停留时间较短。铝元素平均只有几十年。当然这类元素和主要元素不同,在不同的海域和深度有不同的浓度。
海洋中含量最多的元素是氧。
氧是地壳中最丰富、分布最广的元素,也是构成生物界与非生物界最重要的元素,在地壳的含量为486%,单质氧在大气中占209%。而海洋是地球上最广阔的水体的总称。地球表面被各大陆地分隔为彼此相通的广大水域称为海洋,海洋的中心部分称作洋,边缘部分称作海,彼此沟通组成统一的水体。
地球上海洋总面积约为36亿平方公里,约占地球表面积的71%,平均水深约3795米。海洋中含有十三亿五千多万立方千米的水,约占地球上总水量的97%。因此在海洋中水的质量分数最大,而水分子中氧的质量分数最大,故氧是海洋中含量最多的元素。
海洋生物种类:
1、哺乳动物:鲸鱼、海豚、海豹、海狮、儒艮等。
2、爬行动物:海龟、海蛇、海鳄等。
3、海洋鱼类:裙带鱼、刀鱼、鳞刀鱼、褥鱼、白鳞鱼、白力鱼、鳞子鱼、白林鱼、火络鱼等。
4、节肢动物:鲎、海蜘蛛、虾类、蟹类等。
5、软体动物:石鳖、贻贝、珍珠贝、扇贝、牡蛎、文蛤、乌贼、章鱼等。
6、无脊椎动物:水母、海绵、黑斑海兔、珊瑚虫等。
7、海洋植物:海柳、紫菜、海带、水云、索藻、酸藻、萱藻、囊藻、绳藻、鹅肠菜等。
8、海洋鸟类:红喉潜鸟、黑脚信天翁、海燕、小军舰鸟、海雀、白鹭、海鸥等。
一般1升海水中含有32~38克各种矿物质,而且其中有80%是食盐成分中的钠离子和氯离子。我们尝一下海水,味道是涩(咸)的就是这个道理。
海洋元素
其他还有什么元素呢19世纪的化学家对这个问题非常感兴趣,世界各国的学者都研究海水的成分。
资料渐渐地完善起来,人们开始明白,尽管不同海域的盐类的浓度不同,但是其中主要元素的排列顺序和其所占的比率是一定的。
孔虫
确证这个事实要追溯到1872~1876年英国的挑战者号的探险航行。这次探险航行是近代海洋学的开始,它在海水、海洋生物、海底地质等众多方面都有重大的研究成果,最后总结的报告书竟然多达50卷。其中包括格拉斯哥大学的迪托马教授对采集的77个海水水样的分析结果。
根据迪托马教授的报告,数量上排第3位的是硫酸根离子,第4位是镁离子。对于迪托马的分析结果,之后百年间大批学者反复进行了检验,证明这个分析结果和现在最精确的值之间几乎没有差异。这个事例也证明了大英帝国当时的科学水平。
其中8种元素约占海水中总溶质的99%左右,再加上锶、硼酸、氟等3种元素则占到997%之多。此外的元素的含量极少。
为了了解海洋的结构,海洋学家从很早就开始分析研究海水的盐类成分,而这种研究之所以可以成立,是因为海水的主要组成元素是一定的。
海水中的元素的含量排名前三:氢、氧 、钠(也可能是氯)。空气中各种元素的含量排名前三:氮占7808% ,氧占2095% ,氩占093%。每升海水中含量在 1 毫克以上的元素有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B和 F,共11种。
钾是植物生长发育必不可少的一种重要化学元素,它是海洋宝库赐予人类的又一大宝物。海水中的钾盐资源非常丰富,但由于钾的溶解性低,在1升海水中仅能提取380毫克钾,而且钾与钠离子、镁离子和钙离子共存,要想它们分离并不容易,从而使钾的工业开采一直没有什么大的发展。目前,已有采用硫酸盐复盐法、高氯酸盐汽洗法、氨基三磺酸钠法和氟硅酸盐法等从制盐卤水中提取钾;采用二苦胺法、磷酸盐法、沸石法和新型钾离子富集剂从海水中提取钾。从可持续利用资源角度来看,开发海水钾资源的意义和前景都是非常远大的。
溴是一种贵重药品的主要组成部分,可以生产许多消毒药品。例如我们都很熟悉的红药水,就是溴与汞的有机化合物,溴还可以制成熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。地球上99%以上的溴都分布在宽广的大海中,故溴有“海洋元素”的称号。19世纪初,法国化学家发明了提取溴的方法,这个方法也是目前为止工业规模海水提溴的有效方法。此外,树脂法、溶剂萃取法和空心纤维法这些提溴新工艺正在进一步研究中。溴的用途很广,但它含有一定的毒性,因此一些农药和防爆剂对它的使用都有严格的控制。
镁具有重量轻、强度高等特点,它不仅大量用于火箭、导弹和飞机制造业,还可以用于钢铁工业。镁作为一种新型无机阻燃剂,已被运用于多种热塑性树脂和橡胶制品的提取加工中。另外,镁还是组成叶绿素的主要元素,可以促进作物对磷的吸收。镁在海水中的含量仅次于氯和钠,位居第三,主要存在形式是氯化镁和硫酸镁。从海水中提取镁并不是一件困难的事,只要将石灰乳液加入海水中,沉淀出氢氧化镁,注入盐酸,再转换成无水氯化镁就能做到。运用电解海水的方法也可以从中得到金属镁。
铀是一种高能量的核燃料,是发展核武器和核能工业的重要原料。1000克铀所产生的能量相当于2250吨优质煤。陆地上的铀矿很稀少,而海水水体中含有几十吨的铀矿资源,约相当于陆地总储量的2000倍。海水提铀在技术上是完全可行的。
从20世纪60年代起,日本、英国、联邦德国等陆续开始从海水中提铀,并且逐渐总结出多种海水提铀的方法。以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附剂的研究进展最快。现在人们评估海水提铀可行性的重要依据,仍是一种采用高分子粘合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。发展到今天,海水提铀已从基础研究转向开发应用研究。日本已建成年产10公斤铀的中试工厂,一些沿海国家也将建造百吨级或千吨级铀工业规模的海水提铀厂这一计划提到日程上。总的来说,从海水中提取铀的研究方兴未艾,从已有的研究成果来看,海水提铀有着良好的发展前途。
锂有着“能源金属”的美誉,是用于制造氢弹的重要原料,海洋中每升海水含锂15~20毫克,海洋中的锂储量估计有2400亿吨。随着受控核聚变技术的发展,同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将为人类所用。锂也是生产电池的理想原料,含锂的铝镍合金在航天工业中占有重要位置。此外,锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域也有着广泛的应用。全世界对锂的需求量正以每年7%~11%的速度增加,而陆地上锂的储量有限,因此海洋必定会成为开发锂的新领域。
重水在海洋中的含量也较大,是原子能反应堆的减速剂和传热介质,也是制造氢弹的原料,如果人类研究的受控热核聚变技术得到很好的解决,从海水中大规模提取重水的梦想将成为现实,从而大大造福于人类。
除了上述已经形成工业规模生产的多种化学元素外,海水还无私地奉献给人类其他微量元素,因此我们更应该珍惜海洋的赐予。
海洋药物
海洋是一个潜力无穷的天然药源。据估计,目前从海洋生物中提制的药品达2万种,可谓是琳琅满目。海洋药物按其用途大致可分为心脑血管药物、抗癌药物、抗微生物感染药物、愈合伤口药物、保健药物等,有人称海洋为人类未来的“大药房”。
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