2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——海洋地球化學(xué)特徵及演變考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.海水中溶解氧的主要來源是：A.化學(xué)沉淀作用B.生物光合作用C.大氣降水溶解D.沉積物中有機(jī)質(zhì)分解2.下列哪個(gè)元素對(duì)海水的鹽度貢獻(xiàn)最大？A.鈣(Ca)B.鎂(Mg)C.鈉(Na)D.鉀(K)3.標(biāo)準(zhǔn)海水的平均鹽度通常定義為：A.35ppt(partsperthousand)B.3.5wt%(weightpercent)C.5pptD.35wt%4.海水pH值主要受哪個(gè)因素的影響最為顯著？A.溶解氧含量B.碳酸鈣飽和度C.氯離子濃度D.海水溫度5.海洋沉積物中的碎屑組分主要來源于：A.生物骨骼和shellsB.風(fēng)化作用產(chǎn)生的陸源物質(zhì)C.海水化學(xué)沉淀D.生物活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)物6.海洋生物泵的主要作用是將表層海水的：A.氮?dú)廪D(zhuǎn)化為有機(jī)氮B.碳酸鹽沉淀為沉積物C.碳以有機(jī)碳形式向深?；虺练e物輸送D.硅酸鹽轉(zhuǎn)化為生物硅7.在海洋沉積物中，`Ba`元素的含量通常較高，這主要是由于：A.Ba在海水中的溶解度很大B.Ba是海洋生物的重要組成元素C.陸源輸入中Ba的富集D.Ba容易在缺氧環(huán)境下沉淀8.利用沉積物中有機(jī)質(zhì)的碳同位素(`δ13C`)值可以推斷：A.沉積物的年代B.沉積時(shí)的古鹽度C.表層水的初級(jí)生產(chǎn)力水平D.沉積物的來源區(qū)域9.`1?C`同位素在海洋中的主要來源是：A.沉積物中的放射性元素衰變B.海洋生物的呼吸作用C.大氣中宇宙射線與氮?dú)庾饔卯a(chǎn)生D.陸源河流輸入10.海水堿度(Alkalinity)的主要貢獻(xiàn)者包括：A.HCO??,CO?2?,OH?B.Na?,K?,Mg2?C.Cl?,Br?,SO?2?D.Ca2?,Sr2?,Ba2?二、填空題1.海水的主要離子組成中，含量最高的陽離子是________，最高的陰離子是________。2.海水中的碳循環(huán)中，光合作用主要消耗________，主要產(chǎn)生________。3.沉積物中，由生物活動(dòng)形成的組分通常被稱為________。4.影響海洋沉積物中元素分布的兩個(gè)主要過程是________和________。5.根據(jù)沉積物中________的地球化學(xué)特征，可以重建古海洋的溫度和古鹽度。6.海洋酸化是指大氣中CO?濃度升高導(dǎo)致________下降的現(xiàn)象。7.生物泵將碳從海洋表層輸送到深部的主要機(jī)制包括________和________。8.放射性同位素________常被用于估算海洋水體的年齡或混合程度。9.海水中的微量元素通?？梢苑譃開_______和________兩大類。10.海洋沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)，如氧化還原條件、pH等，會(huì)顯著影響其中________的分布和保存。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述海水中鹽度的概念及其主要控制因素。2.解釋什么是海洋化學(xué)平衡，并舉例說明其在海水化學(xué)組成維持中的作用。3.簡(jiǎn)述海洋生物泵的基本過程及其對(duì)全球碳循環(huán)的意義。4.說明利用沉積物中微量元素比值進(jìn)行沉積環(huán)境判別的原理。四、計(jì)算題1.已知某海域表層海水的pH為8.1，總堿度為2200μeq/L(毫當(dāng)量/升)。假設(shè)海水中主要堿度組分為HCO??,CO?2?,OH?，且[H?]=10??.1mol/L。計(jì)算該海域表層海水中大約的[HCO??]和[CO?2?]濃度(單位:mol/L)。提示:可利用總堿度公式和質(zhì)子條件方程進(jìn)行計(jì)算。2.某研究者測(cè)定了兩個(gè)不同沉積物樣品中的`Ba/Al`比值，分別為0.8和1.2。已知該沉積物物源區(qū)`Ba/Al`比值為0.5，海水中`Ba/Al`比值為0.03。假設(shè)沉積過程中物理搬運(yùn)和分選作用對(duì)`Al`的影響大于`Ba`，且沉積物形成于正常海條件。請(qǐng)簡(jiǎn)述這兩個(gè)樣品的沉積環(huán)境可能存在什么差異，并解釋原因。五、論述題論述海洋沉積物中穩(wěn)定同位素(`δ13C`和`δ1?N`)的分餾機(jī)制及其在重建古海洋環(huán)境、研究海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中的應(yīng)用。試卷答案1.B2.C3.A4.B5.B6.C7.C8.C9.C10.A1.Na?,Cl?2.CO?,O?3.生物成因組分(或Biogeniccomponents/sediments)4.物理風(fēng)化/碎解,化學(xué)沉淀/溶解5.穩(wěn)定同位素(或δ13C,δ1?N)6.海水pH(或海水碳酸鹽系統(tǒng)穩(wěn)定性)7.生物泵(或生物uptakeandexport),沉積作用(或Sedimentation)8.1?C9.活性(或Mobile),惰性(或Inert)10.有機(jī)質(zhì)(或Organicmatter)1.海水鹽度是指海水中溶解鹽類的總濃度，通常用ppt(千分之幾)或g/kg表示。其主要控制因素包括：①陸地徑流輸入的鹽類物質(zhì)；②大氣降水（含溶解氣體和少量鹽類）的淋溶；③海水蒸發(fā)使鹽類濃縮；④海水與大氣之間的氣體交換（如CO?）；⑤洋流運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的鹽度分布和輸送。2.海洋化學(xué)平衡是指海水中各種化學(xué)物質(zhì)（離子、分子、絡(luò)合物、氣體等）之間達(dá)到的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，各種物質(zhì)的濃度或分壓遵循特定的平衡常數(shù)關(guān)系?；瘜W(xué)平衡在維持海水化學(xué)組成相對(duì)穩(wěn)定、控制元素在海洋不同圈層（水、氣、生物、沉積物）之間的分配等方面起著關(guān)鍵作用。例如，碳酸鈣的沉淀-溶解平衡控制著海水的堿度和鈣離子濃度。3.海洋生物泵是指海洋生物（主要是浮游植物和細(xì)菌）將碳從海洋表層輸送到深?；虺练e物的過程。其基本過程包括：①生物光合作用吸收表層水中的CO?，合成有機(jī)物；②部分有機(jī)物通過浮游動(dòng)物攝食、細(xì)菌分解等途徑向深層水或沉積物輸送；③在深層或沉積物中，有機(jī)物被進(jìn)一步分解或埋藏。生物泵對(duì)全球碳循環(huán)意義重大，它將大量碳從表層輸送到遠(yuǎn)離大氣交換的區(qū)域，減緩了大氣CO?的濃度上升速度。4.利用沉積物中微量元素比值進(jìn)行沉積環(huán)境判別的原理是基于：不同沉積環(huán)境（如不同水團(tuán)、不同沉積速率、不同生物群落）會(huì)導(dǎo)致沉積物中元素的來源、搬運(yùn)、沉積和保存過程存在差異，從而使得某些微量元素的相對(duì)含量（比值）發(fā)生改變。通過測(cè)定沉積物中特征微量元素（指示礦物、水動(dòng)力等）或指示礦物元素（反映水化學(xué)、生物地球化學(xué)過程）的比值，并與已知環(huán)境條件下的標(biāo)準(zhǔn)比值進(jìn)行對(duì)比，可以推斷沉積時(shí)的環(huán)境參數(shù)（如水化學(xué)類型、氧化還原條件、物源距離、水動(dòng)力強(qiáng)度等）。1.解析思路：*首先，根據(jù)pH計(jì)算[H?]。pH=-log[H?]，所以[H?]=10??.1mol/L。*然后，利用總堿度公式：TA=[HCO??]+2[CO?2?]+[OH?]-[H?]。這里假設(shè)[H?]<<[HCO??]和[CO?2?]，且[OH?]<<[HCO??]和[CO?2?]，則簡(jiǎn)化為：TA≈[HCO??]+2[CO?2?]。*由于pH=8.1，溶液呈弱堿性，主要堿度組分是HCO??和CO?2?，[OH?]可忽略。TA≈[HCO??]+2[CO?2?]。*將[H?]代入，2200μeq/L=[HCO??]+2[CO?2?](注意單位換算：1eq/L=10?3mol/L，所以2200μeq/L=2.2mmol/L)。*進(jìn)一步簡(jiǎn)化假設(shè)：在弱堿性條件下，[HCO??]≈2[CO?2?]。代入上式：2.2mmol/L≈[HCO??]+2(0.5[HCO??])=3[HCO??]。*解得：[HCO??]≈0.73mmol/L(約0.74mol/L)。然后[CO?2?]≈0.5*[HCO??]≈0.37mmol/L(約0.37mol/L)。*注意：此計(jì)算基于簡(jiǎn)化假設(shè)，實(shí)際情況下需考慮所有組分及相互作用。2.解析思路：*比值`Ba/Al`是一個(gè)指示物源成分和搬運(yùn)過程的指標(biāo)。物源區(qū)`Ba/Al`比值(0.5)代表了輸入沉積物的`Ba/Al`比率。*海水`Ba/Al`比值(0.03)很低，說明海水本身對(duì)`Ba`的貢獻(xiàn)很小，而`Al`是風(fēng)化殼中常見的元素，主要來自陸地。*沉積物中的`Ba`主要來源于陸源輸入，而`Al`也是主要來自陸源輸入。如果物理搬運(yùn)和分選過程對(duì)`Al`的影響大于`Ba`（例如，風(fēng)化產(chǎn)物中`Al`富集于易被搬運(yùn)的顆粒，而`Ba`相對(duì)更易留在原地或與粘土礦物結(jié)合），則沉積物中的`Ba/Al`比值會(huì)高于物源區(qū)的比值。*樣品1的`Ba/Al`比值(0.8)略高于物源區(qū)比值(0.5)。這表明該樣品可能形成于物理搬運(yùn)和分選作用相對(duì)較弱的環(huán)境，或者物源區(qū)本身`Ba/Al`就略高于平均水平，或者表層海水對(duì)`Ba`的吸附/濃縮作用有輕微貢獻(xiàn)。*樣品2的`Ba/Al`比值(1.2)顯著高于物源區(qū)比值(0.5)。這表明該樣品形成環(huán)境物理風(fēng)化/碎解和搬運(yùn)作用更強(qiáng)，導(dǎo)致沉積物中`Al`相對(duì)虧損更多，或者存在其他能顯著增加`Ba`含量而影響較小的過程（如局部火山活動(dòng)貢獻(xiàn)的`Ba`，但題目未提及）。綜合來看，樣品2可能形成于水動(dòng)力條件更強(qiáng)、物理搬運(yùn)作用更顯著的環(huán)境。1.解析思路：*`δ13C`分餾機(jī)制與應(yīng)用：*分餾：在海洋碳循環(huán)中，光合作用是主要的碳固定過程。浮游植物利用`CO?`(δ13C≈-7‰)進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物(δ13C≈+4‰至+6‰，取決于營養(yǎng)鹽限制等)。這意味著光合作用過程從水中“富集”了較輕的碳同位素`12C`，導(dǎo)致剩余的`CO?`(如溶解在表層水中)的`δ13C`值升高（變得更正）。生物呼吸作用分解有機(jī)物，釋放`CO?`(δ13C≈-6‰至-20‰)，相當(dāng)于“稀釋”了水中的`CO?`，使其`δ13C`值降低（變得更負(fù)）。其他過程如化能合成、碳酸鈣沉淀（取決于水化學(xué)條件）等也涉及`δ13C`分餾。*應(yīng)用：表層水的`δ13C`值主要反映了初級(jí)生產(chǎn)力的強(qiáng)度。`δ13C`值越負(fù)，通常意味著表層水受到的初級(jí)生產(chǎn)力影響越大，吸收了更多的`CO?`。通過沉積物記錄（如鈣質(zhì)生物殼體、文石）中的`δ13C`值，可以重建古海洋表層水的`δ13C`值變化，進(jìn)而反推古氣候（如溫度）、古生產(chǎn)力、海洋環(huán)流模式以及大氣CO?濃度等。*`δ1?N`分餾機(jī)制與應(yīng)用：*分餾：海洋中的氮循環(huán)涉及多種微生物過程。在缺氧環(huán)境下，反硝化細(xì)菌將有機(jī)氮或硝酸鹽(`NO??`,δ1?N≈+5‰)還原為氮?dú)?`N?`,δ1?N≈0‰)。這個(gè)過程“富集”了較重的同位素`1?N`在殘留的含氮化合物中（如`NO??`可能有+10‰至+30‰）。在充足氧氣的表層水體中，硝化細(xì)菌將氨(`NH??`,δ1?N≈-3‰)氧化為亞硝酸鹽(`NO??`)再氧化為硝酸鹽(`NO??`)(整個(gè)過程`δ1?N`增加約4‰-5‰)。固氮作用將大氣`N?`