具体描述
This practice-oriented guidebook collects nearly all methods published since 1975 on the chemical analysis of seawaters. Detailed descriptions of both classical and most advanced physico-chemical and chemical techniques including 45 tables and 48 figures make this volume an invaluable source for analysts, oceanographers, fisheries experts, politicians and decision makers engaged in seawater environmental protection. The methods are presented in a logical manner so that the reader can readily learn to perform them.
《海洋微量元素地球化学：从深海热液到极地冰盖》 本书导言 海洋，这颗蓝色星球上最广袤的领域，不仅是生命的摇篮，更是地球物质循环、气候系统调控的核心枢纽。长期以来，我们对海洋化学的理解，往往集中在宏观的盐度、pH值、溶解氧和营养盐（如硝酸盐、磷酸盐）的分布上。然而，真正驱动海洋生态系统功能、影响全球生物地球化学循环的，往往是那些浓度极低、但活性极高的微量元素。 《海洋微量元素地球化学：从深海热液到极地冰盖》旨在提供一个全面而深入的视角，聚焦于海洋中浓度在纳摩尔（nM）到皮摩尔（pM）范围内的关键元素——特别是过渡金属、稀土元素（REEs）以及放射性同位素——它们在海洋环境中的来源、形态、输运、生物利用度和最终归宿。本书超越了传统的化学海洋学范畴，整合了地球化学、生物地球化学、海洋地质学及分析化学的前沿进展，为海洋科学家、地球化学家、环境工程师以及对深邃海洋奥秘感兴趣的读者，构建起一座理解海洋微观世界的桥梁。 第一部分：微量元素在海洋中的基础地球化学 第一章：海洋微量元素的分类、形态与分析挑战 本章首先系统梳理了海洋中关键微量元素的化学性质，重点区分了铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）等过渡金属与硒（Se）、碘（I）等非金属微量元素。深入探讨了这些元素在不同pH和氧化还原电位条件下所形成的各种化学形态——包括溶解的离子、有机络合物（如与柠檬酸、EDTA类物质的螯合）以及胶体颗粒。 至关重要的一点是，本章详细阐述了现代高精度分析技术在微量元素研究中的应用与局限。特别关注了超痕量分析方法，如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）及其高分辨版本（HR-ICP-MS）、阳极溶出伏安法（AdSV）以及离子色谱技术。强调了采样过程中“污染控制”的极端重要性，包括容器的选择、现场酸化、过滤技术（特别是对于区分溶解态与颗粒态的无菌过滤）以及标准物质的认证。 第二章：海水的氧化还原梯度与微量元素的稳定性和反应性 海洋是一个分层的、具有复杂氧化还原梯度的系统。本章深入分析了溶解氧最低区（OMZ）和无氧沉积物界面如何调控过渡金属的地球化学循环。详细讨论了锰（Mn）和铁（Fe）的氧化还原循环——从锰氧化细菌和铁氧化细菌的催化作用，到硫化物存在下的不溶性沉淀。 特别关注了硒（Se）的地球化学行为。硒在海洋中主要以硒酸盐（Se(VI)）和亚硒酸盐（Se(IV)）的形式存在，其在氧化还原边界层的转化速率直接影响了其在食物网中的生物可利用性。此外，本章也涉及了痕量放射性核素（如铀、钍、镭）的溶解-吸附平衡，用以作为示踪剂理解水团输运和颗粒沉降速率。 第二部分：全球循环中的关键源和汇 第三章：深海热液喷口：地壳物质的“高压锅”与微量元素输入的引擎 深海热液系统被认为是地球化学循环中最活跃的区域之一。本章详细剖析了从洋中脊下方流体与玄武岩的反应过程，如何导致高浓度的H₂S、CH₄以及大量的过渡金属（Fe, Mn, Cu, Zn）被释放到深海。重点分析了热液羽流（Plume）的形成、冷却过程以及金属硫化物和氧化物的快速沉淀机制。 结合现场观测数据，本章探讨了热液流体如何成为特定微量元素（如稀土元素中的镧系元素）进入深海的全球性重要贡献者，并讨论了热液活动对局部海洋生物群落（如化能自养生态系统）的营养支持作用。 第四章：陆地径流、河流与大气沉降：对大洋的贡献 河流是连接陆地与海洋的关键媒介。本章量化了全球主要河流系统对海洋中溶解态和颗粒态微量元素的输运负荷。重点区分了岩石风化（控土岩性）对元素组分的影响，以及人类活动（如采矿、农业径流）导致的污染物（如镉、铅、汞）的输入。 大气传输，特别是沙漠尘埃和火山灰的沉降，是远程海洋（如南大洋和北太平洋副热带区域）铁等关键营养盐的决定性来源。本章利用同位素示踪技术，追踪了撒哈拉沙漠尘埃对北大西洋海洋初级生产力的调控作用，并探讨了气溶胶对海洋表面化学性质的短期影响。 第五章：沉积物-水界面：微量元素的长期储存与再矿化 海洋沉积物是微量元素最主要的长期汇。本章探讨了沉积物中对微量元素具有高亲和力的配体，如锰氧化物、铁氢氧化物以及硫化物。详细分析了在厌氧沉积物内部发生的微生物介导的还原过程，如何导致元素（如钼、钒、铀）的再溶解和释放回上覆水体。 生物泵在微量元素循环中的作用也被深入剖析。本章讨论了浮游生物对溶解态金属的有效吸收、向深水区的沉降，以及在沉降过程中有机质分解导致的元素再分配（如磷酸盐与金属的共沉淀）。 第三部分：生物地球化学循环与生态系统响应 第六章：生物利用度与海洋生物营养需求 微量元素，特别是铁、锌、钴和维生素B12（含钴），是海洋浮游植物光合作用和碳固定所必需的“微量营养素”。本章聚焦于生物利用度这一核心概念。不同物种的浮游植物对不同化学形态的金属（如铁-柠檬酸络合物与铁-DOM络合物）的吸收效率存在显著差异。 通过实验室培养实验和现场加铁实验（Fe-enrichment experiments），本章评估了铁限制对区域海洋生态系统（如亚北极、南大洋）初级生产力和群落结构的影响。此外，本章还涉及了生物泵效率与微量元素（特别是生物必需的稀土元素）的耦合关系。 第七章：金属在食物网中的生物放大与毒性效应 本章将视角转向更高营养级。重点讨论了重金属（如汞、镉）和类金属（如砷）在海洋食物网中的生物积累和放大机制。详细分析了汞（Hg）在厌氧环境中通过微生物甲基化过程转化为剧毒的甲基汞（MeHg），以及其在鱼类和海洋哺乳动物体内的生物放大系数。 同时，本章也探讨了在人类活动影响显著的近岸海域，高浓度的铜、锌等必需金属可能带来的生态毒性效应，以及生物体如何通过金属硫蛋白等方式进行解毒和调控。 第八章：极地海洋：冰雪融化与微量元素的新输入 极地海洋，特别是北极和南极，正经历快速的变化。本章关注了冰川和海冰融化对微量元素库的贡献。冰川融水携带了大量来自陆源岩石风化的痕量金属（如铝、稀土元素），这些“冰川信号”正在改变极地水体的化学组成。 海冰作为特殊的反应界面，其内部的盐水通道（Brine Channels）为微生物活动和化学反应提供了独特的微环境，影响了盐水中的痕量金属浓度和形态。本书最后论述了气候变化背景下，极地冰雪融化对全球海洋微量元素循环可能产生的长期反馈效应。 结语 《海洋微量元素地球化学》汇集了对海洋微观化学过程的深度洞察，强调了分析精度、生物响应与全球循环的相互联系。理解这些微量元素及其复杂形态，是准确预测未来海洋健康状况和生物地球化学变化的基石。本书期望激发更多研究者投身于这片深邃而精微的蓝色科学领域。
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