2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——地球表面水體中溶解氧的變化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置上。）1.下列哪一項(xiàng)不是地球表面水體中溶解氧的主要來(lái)源？A.大氣與水體的氣體交換B.水生植物的光合作用C.沉積物中有機(jī)質(zhì)的分解D.水體內(nèi)部化學(xué)氧化反應(yīng)2.根據(jù)亨利定律，在恒溫條件下，氣體的溶解度與其分壓呈什么關(guān)系？A.正相關(guān)B.負(fù)相關(guān)C.無(wú)關(guān)D.平方根關(guān)系3.水體溫度升高，其飽和溶解氧含量通常會(huì)怎樣變化？A.增加B.減少C.不變D.先增加后減少4.在一個(gè)封閉的水體中，如果生物呼吸作用消耗氧氣速率大于大氣復(fù)氧速率，該水體溶解氧水平將如何變化？A.持續(xù)增加B.持續(xù)下降C.保持穩(wěn)定D.先下降后上升5.以下哪種情況下，水體中溶解氧的飽和度會(huì)顯著升高？A.溫度升高，壓力降低B.溫度降低，壓力升高C.溫度升高，壓力升高D.溫度降低，壓力降低6.水體pH值升高，通常對(duì)水體中溶解氧的飽和度有何影響？（假設(shè)溫度和壓力恒定）A.增加B.減少C.不變D.不確定，取決于具體離子7.在缺氧水-沉積物界面，常見(jiàn)的氧化還原礦物不包括：A.硫化鐵（FeS?）B.硫酸鐵（Fe?(SO?)?）C.氫氧化鐵（Fe(OH)?）D.碳酸鈣（CaCO?）8.海洋表層溶解氧含量通常較高，主要得益于：A.深層水的上涌B.大氣復(fù)氧和光合作用C.沉積物釋放氧氣D.化學(xué)還原反應(yīng)消耗氧氣9.水體富氧環(huán)境通常有利于哪種礦物的沉淀？A.碳酸鈣（CaCO?）B.硫化物（如FeS）C.氫氧化物（如Fe(OH)?）D.磷酸鹽（如Ca?(PO?)?OH）10.在利用沉積物中的碳酸鹽同位素（δ13C）重建古代水體初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)，如果δ13C值偏低，通常暗示：A.水體鹽度升高B.水體pH值降低C.水體溶解氧含量升高D.水生植物光合作用強(qiáng)度相對(duì)較高二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線(xiàn)上。）1.溶解氧（DO）是指溶解在水體中的______的濃度，其單位通常是______或mg/L。2.根據(jù)氧在水-大氣界面處的交換，可以推導(dǎo)出溶解氧與大氣中______分壓之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，即亨利定律。3.水體中溶解氧的主要消耗途徑包括水生生物______、有機(jī)質(zhì)______以及氧化還原反應(yīng)。4.水體溫度升高，不僅導(dǎo)致氣體溶解度下降，還會(huì)因______增加而消耗更多氧氣，共同導(dǎo)致飽和溶解氧含量降低。5.在缺氧環(huán)境下，硫酸鹽還原菌會(huì)將硫酸鹽（SO?2?）還原為_(kāi)_____，同時(shí)產(chǎn)生硫化氫（H?S）。6.氧逸度（fO?）是衡量水中氧化還原條件的一個(gè)指標(biāo)，其值越高，表示______越強(qiáng)。7.水體鹽度升高，通常會(huì)導(dǎo)致氣體的溶解度______，從而影響飽和溶解氧含量。8.水生植物通過(guò)______作用向水體釋放氧氣，是水體溶解氧的重要來(lái)源。9.古海洋學(xué)中，通過(guò)分析沉積物中碳酸鹽礦物的______同位素組成，可以間接推斷古代水體的溶解氧狀況。10.全球氣候變暖可能導(dǎo)致表層海水溫度升高，進(jìn)而______氧氣，并可能增強(qiáng)stratification，限制底層水的復(fù)氧，加劇潛在的缺氧問(wèn)題。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述影響海洋表層溶解氧含量的主要因素及其相互作用。2.解釋什么是水體“缺氧事件”（HypoxiaEvent），并簡(jiǎn)述其主要成因。3.比較河流水體與湖泊水體中溶解氧變化的典型特征及其主要驅(qū)動(dòng)因素。4.簡(jiǎn)述溶解氧含量變化對(duì)水生沉積物中硫化物沉淀過(guò)程的影響。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)列出計(jì)算步驟并給出結(jié)果。）1.某湖泊表層水溫為20°C，大氣壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，空氣中溶解氧分壓為0.21kPa。已知在20°C下，氧氣的亨利常數(shù)（k）為1.6×10?kPa·m3/mol。計(jì)算該條件下水體中溶解氧的飽和濃度（mg/L）。假設(shè)水的密度為1g/cm3，氧氣的摩爾體積（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）為22.4L/mol。2.假設(shè)某海洋表層水體處于完全平衡狀態(tài)，溫度為25°C，鹽度為35‰，pH（總堿度標(biāo)準(zhǔn)化）為8.1。利用Stern方程估算該水體中氧氣的氧逸度（fO?）。已知相關(guān)常數(shù)（請(qǐng)假設(shè)或查閱資料，若需要）。五、論述題（15分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面闡述溶解氧的地球化學(xué)意義及其在環(huán)境地球化學(xué)研究中的應(yīng)用。）試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.B5.B6.B7.B8.B9.C10.D二、填空題1.氧氣；mg/L2.氧3.呼吸作用；分解4.碳酸鈣沉淀5.硫化物6.氧化還原反應(yīng)7.降低8.光合作用9.碳；13C或δ13C10.降低三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：分析影響表層溶解氧的因素，主要是物理（溫度、壓力、混合）、生物（光合作用、呼吸作用）和化學(xué)（鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽、氧化還原條件）。強(qiáng)調(diào)溫度（亨利定律和氣體溶解度）和生物活動(dòng)（光合產(chǎn)氧和呼吸耗氧）的核心作用，以及鹽度、深度（壓力）和混合程度（如上升流、混合層深度）的調(diào)節(jié)影響。2.解析思路：定義缺氧事件（溶解氧低于特定閾值，如<2mg/L）。重點(diǎn)闡述成因：通常是初級(jí)生產(chǎn)力下降導(dǎo)致有機(jī)物積累和分解耗氧，或混合層變淺、底層水與大氣隔離導(dǎo)致復(fù)氧受阻（物理隔絕），或人類(lèi)活動(dòng)輸入過(guò)多營(yíng)養(yǎng)鹽導(dǎo)致生物耗氧加?。ǜ粻I(yíng)養(yǎng)化）。3.解析思路：對(duì)比河流和湖泊。河流：流動(dòng)性強(qiáng)，水體交換快，通常溶解氧含量較高且垂直分層不明顯（除非有深潭或底層滯留）。湖泊：流動(dòng)性差，易形成分層，表層光合產(chǎn)氧，底層可能因有機(jī)物分解而缺氧。強(qiáng)調(diào)流動(dòng)、混合和生物生產(chǎn)力的時(shí)空差異是主要驅(qū)動(dòng)因素。4.解析思路：闡述溶解氧與氧化還原條件的關(guān)系。缺氧環(huán)境（低氧或無(wú)氧）有利于還原性物質(zhì)（如H?S）生成，這會(huì)消耗水體中的溶解氧（或維持低氧狀態(tài)），并影響能進(jìn)行氧化反應(yīng)的礦物（如鐵、錳的氧化物/氫氧化物）的沉淀和溶解。高氧環(huán)境則有利于氧化礦物（如Fe(OH)?）沉淀，并抑制還原性物質(zhì)的生成。四、計(jì)算題1.解析思路：首先將亨利常數(shù)單位統(tǒng)一（k=1.6×10?Pa·m3/mol），然后用亨利定律計(jì)算氣體在液體中的摩爾濃度（C=k*P/RT，其中R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度），最后將摩爾濃度轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度（mg/L）。注意單位換算：1molO?≈32g=32000mg，1m3=10?cm3。計(jì)算步驟：k=1.6×10?Pa·m3/molP=0.21kPa=0.21×103PaT=20°C=293KR=8.314J/(mol·K)=8.314Pa·m3/(mol·K)C(O?)mol/m3=k*P/RT=(1.6×10?Pa·m3/mol)*(0.21×103Pa)/(8.314Pa·m3/(mol·K)*293K)C(O?)mol/m3≈1.36mol/m3C(O?)mg/L=C(O?)mol/m3*M(O?)/(10?cm3/m3)M(O?)=32g/mol=32000mg/molC(O?)mg/L≈1.36mol/m3*32000mg/mol/10?=43.52mg/L結(jié)果：飽和溶解氧濃度約為43.5mg/L。2.解析思路：Stern方程fO?=fO?(Sat)*(α?*[H?]1?1?*[CO?(aq)]1?1?/[CO?2?]1?1?)*(α?*[Fe2?]1?1?/[Fe3?]1?1?)*...(根據(jù)體系成分添加項(xiàng))。計(jì)算時(shí)需要假設(shè)或查找25°C,35‰鹽度,pH=8.1條件下的平衡常數(shù)（K值），以及α系數(shù)（與總堿度、離子強(qiáng)度相關(guān)的活度系數(shù)校正因子）。簡(jiǎn)化形式可能只考慮碳酸鹽體系和Fe體系。這里需要具體常數(shù)才能完成計(jì)算，思路是明確公式組成和所需參數(shù)。五、論述題解析思路：從基本定義出發(fā)，闡述溶解氧作為地球化學(xué)示蹤劑的重要性。分點(diǎn)論述：1.指示氧化還原條件：DO是區(qū)分氧化環(huán)境、弱氧化還原環(huán)境、缺氧環(huán)境和強(qiáng)還原環(huán)境的直接指標(biāo)，影響元素（如Fe,Mn,S,C,U,Mo）的賦存狀態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化。2.生物地球化學(xué)循環(huán)：DO是水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，控制碳、氮、磷、硫等生物必需元素的循環(huán)速率和路徑（如光合固定、呼吸釋放、反硝化、硫酸鹽還原等）。3.沉積記錄與古環(huán)境重建：通過(guò)分析沉積物中氧同位素（δ1?O）組成，可以間接反映水體（特別是表層海水）的溫度和溶解氧狀況；通過(guò)分析沉積物中氧化礦物（如碳酸鹽、鐵錳氧化物）的分布和地球化學(xué)特征，可以重建古環(huán)境氧化還原條件的變化。