標籤: 暫無標籤

存在於海水中的有機物,廣義地講,包括大至鯨小至分子甲烷的有機物。但海洋化學所研究的有機物,主要為海水中海洋生物的代謝物(見海洋天然產物)、分解物、殘骸和碎屑等,它們是海洋中固有的;還有一部分是陸地上的生物和人類在活動中生成的有機物,通過大氣或河流帶入海洋中的。就其在海水中的存在狀態而言,可分為三類:①溶解有機物(DOM),②顆粒有機物(POM)和③揮發性有機物(VOM)。

1 海水有機物 -海水有機物

 

2 海水有機物 -正文

  存在於海水中的有機物,廣義地講,包括大至鯨小至分子甲烷的有機物。但海洋化學所研究的有機物,主要為海水中海洋生物的代謝物(見海洋天然產物)、分解物、殘骸和碎屑等,它們是海洋中固有的;還有一部分是陸地上的生物和人類在活動中生成的有機物,通過大氣或河流帶入海洋中的。就其在海水中的存在狀態而言,可分為三類:①溶解有機物(DOM),②顆粒有機物(POM)和③揮發性有機物(VOM)。通常以孔徑為0.45微米的玻璃纖維濾膜或銀濾膜過濾海水,濾下的海水中所含的有機物稱為溶解有機物,留在濾膜上的有機物為顆粒有機物。由於大部分海水有機物的化學組成尚不清楚,在研究海水有機物分佈時多以溶解有機碳 (DOC)、顆粒有機碳(POC)分別代表 DOM和POM。有時尚用溶解有機氮(DON)、溶解有機磷(DOP)、顆粒有機氮 (PON)和顆粒有機磷(POP)表示。
  含量的分佈  大洋中的溶解有機碳,通常在深度100米以內的上層海水中的含量較高,有季節性變化,用濕法測得的含量,高時可達1.3毫克碳/升;深度越大,含量越小,在深度超過 300米的海水中,含量幾乎沒有季節性變化。有些海區的溶解有機碳含量,可低至 0.2毫克碳/升。在海洋沉積物間隙水中,溶解有機碳的濃度很高,可達100~150毫克碳/升。海水中顆粒有機碳含量為20~200微克碳/升,多數在數十微克碳/升左右。在上層海水中,顆粒有機碳的含量大約只有溶解有機碳的1/10,而在深水中,則只有1/50。近岸海域中顆粒有機碳的含量,可比大洋水高1~2個數量級。一般,初級生產力高的海域,顆粒有機碳含量也高,如在秘魯流和北大西洋海水中,其含量在夏季可大於100微克碳/升。海水中揮發性有機碳的含量,大約為總有機碳的2~6%。河口海域的生物生產力高,海水中有機物的含量普遍高於大洋,尤以顆粒態者為甚(表1)。

  大洋中總有機碳的平均含量約為1毫克碳/升,因而整個海洋中的有機碳總量達1.5×1012噸,與陸地上的煤、泥炭和表層土壤 (0~30米深)中的有機碳總量屬同一個數量級,超過海洋生物總量的 500倍,而且所含有機物種類之多,遠遠超過海洋中的無機物。
  溶解有機物  主要成分是浮游植物的分泌物、動物的分泌物和排泄物、死生物自消解和受細菌分解過程中的產物等,包括從低分子到高分子的、種類繁多和結構複雜的有機化合物(見海洋浮游生物)。此外,進入海洋的有機污染物,有的也溶解於海水中。
  溶解有機物所包含的化合物,種類很多,已被分析確定的很少,以東北太平洋為例,已確定的化合物只不過占溶解有機物總量的10%左右,主要為氨基酸類、糖類、脂肪酸類、尿素等(表2)。

  氨基酸類  包括各種酸性的、中性的和鹼性的氨基酸。溶於海水中的氨基酸類有遊離氨基酸,也有肽和蛋白質等結合氨基酸,它們在大洋海水中的總含量為 5~90微克/升,但在近海或生物生產力高的海域,總含量可高達400微克/升。海水中氨基酸類化合物,無論遊離的或結合的,都以甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、鳥氨酸等的含量居多。
  碳水化合物  包括單糖類和多糖類。在溶於海水的碳水化合物中,後者的含量通常高於前者。大洋中的糖類,已確定的有葡萄糖、半乳糖和甘露糖等各種巳糖,鼠李糖、木糖和阿拉伯糖等戊糖,還有糖醛酸等。糖的總含量為 200~600微克/升。個別糖的含量只有幾個到幾十微克/升。
  類脂化合物  溶於海水中的類脂化合物,包括分子中碳原子數為10~22的、飽和及不飽和的遊離脂肪酸,以及烴類、甘油酯、磷脂、蠟酯和甾族化合物等。各種類脂化合物在海洋中的分佈不同,例如:北大西洋海水中的總脂肪酸含量為 13~60微克/升;墨西哥灣海水中的類脂化合物含量為溶解有機碳的15~20%;南大洋水中的類脂化合物含量較多,約佔溶解有機碳的40~55%。海水中甾醇類的含量較低,通常只有數微克/升。
  維生素類  已定量測定過的有維生素 B12、維生素B1和生物素,它們在深度為0~100米的大洋水中的平均含量分別為0.1、0.8和1.8微克/升,在近岸海水中的含量較高。
  有機污染物  隨著近代工業和農業的發展,海水中帶入了相當量的有機污染物。據1972年資料,多氯聯苯(PCBs)在北大西洋表層水中的平均含量達 3.5×10-2微克/升,直至3000米深處還能測出。農藥DDT在海水中的分佈也很廣泛,經由大氣傳播,在南極海域中都能測到。現今對DDT的使用量減少,海水中的含量一般低於10-3微克/升。此外,海洋還受到石油烴類的污染(見海洋石油污染)。
  海水中已測定的溶解有機物,還有尿素、核苷酸、三磷酸腺苷和其他含氮化合物,並且有微量的生物體的次級代謝物,如激素和化學傳訊物質等。其餘的溶解有機物,雖然化學組成仍不清楚,但已了解到其中大約60~80%的物質,是能抵制氧化和細菌分解的腐殖質類化合物,它們是碳水化合物,氨基酸、脂肪酸、芳香烴、酚和醌等有機化合物經過複雜的化學過程和生物化學過程而形成的。它們不同於陸地土壤中的腐殖質。後者的木質素含量較多,而且多在海水的鹽度小於10的水域中即發生沉澱。近岸大量底棲褐藻分泌到海水中的多酚化合物,能與碳水化合物和蛋白質等聚合成腐殖質,使近岸的溶解有機碳的含量增高;還能逐步轉變成大分子有機聚合物,進入食物鏈,成為濾食性動物和食碎性動物的食物。海水腐殖質和土壤腐殖質相似,可分離為溶於酸的富里酸(FA)和不溶於酸的腐殖酸(HA)兩類化合物。富里酸的分子量較低,大約80%的分子量小於1500,而且脂肪酸的含量較高。海洋沉積物中的腐殖質,在一定的條件下,有可能形成石油。
  顆粒有機物  通常指懸浮在海水中的直徑大於 0.5~1微米的有機物,但實際上包括從膠粒至細菌聚集體和浮游生物體等物質。
  河口海區海水中的顆粒有機物,主要是河流和風從陸地帶來的;大洋中的顆粒有機物,主要來自海洋生物的排泄物和生物體分解而成的碎屑。在大洋的顆粒有機物中,通常結合著40~70%的硅、鐵、鉛、鈣等無機物。
  顆粒有機物水解之後,可生成各種氨基酸、葉綠素、糖類、類脂化合物和三磷酸腺苷等。從三磷酸腺苷的分析值,可推知顆粒有機碳中,約有 3%屬活的生物體者。顆粒有機物為食物鏈的重要的一環,它從淺層逐漸下沉,直至海底,為底棲動物所捕食,大部分都進入沉積層。
  揮發性有機物  蒸汽壓高、分子量小和溶解度小的有機化合物,包括一些低分子烴、氯代低分子烴、氟代低分子烴、 DDT的殘留物和一氧化碳等。其中以甲烷的含量最高;其次是C2~C7的烴類,如乙烷、乙烯、丙烯等。它們能在風力、波浪等動力條件下蒸發,逸入海洋上空的大氣中。
  前述三類海洋有機物,在海洋中經歷著錯綜複雜的相互轉變,大部分有機物最終被氧化成二氧化碳,後者又經浮游植物吸收,通過光合作用而重新變成有機碳,形成了有機碳在海洋中的循環(見圖),而且在海水有機物的儲存、輸入和損失之間,有一定的比例關係(表3)。在這三類有機物中,溶解有機物對海水的性質和海洋生物的影響最為突出。

 

  溶解有機物在海水中的影響  溶解有機物在海水中的含量雖低,但它和海水的物理性質和化學性質,卻有很大的關係,且對海洋生物的生長和繁殖有重要的作用。主要表現如下:①對海色的影響。有機物被無機懸浮物吸附后,增加了懸浮物的穩定性,從而影響海水的顏色和透明度。②提高一些成分在海水中的溶解度。海水中碳酸鹽所以呈過飽和狀態,其原因之一是有機物被吸附在碳酸鈣微晶表面上,阻礙晶體的生長,故懸浮在海水之中而不沉澱,可使碳酸鹽的含量超過通常的溶解度。溶解有機物的存在,也能提高其他一些難溶的金屬鹽類和烴類在海水中的溶解度。③對生物過程和化學過程的影響。無機懸浮物上所吸附的有機物,能進一步吸附和濃縮細菌,在顆粒表面上進行生物化學過程,使被吸附的有機物降解和轉化。另外,有機物的氧化還原作用,影響海洋環境的氧化還原電位,也影響著海水中的生物過程和化學過程。 ④對海-氣交換的影響。海水的微表層富含有機物,其含量超過海水中含量的10~1000倍,有促使微表層起泡沫的性能,且能降低海-氣交換的速度(見氣體在海洋與大氣間的交換)。溶解有機物與氣泡作用,可使表層水中顆粒有機物的含量增加;反過來,顆粒有機物也可分解而生成溶解有機物。兩者之間相互轉化並達到平衡。⑤對多價金屬離子的絡合作用。溶解有機物中的氨基酸和腐殖質等物質,含有各種活性官能團,能通過共價鍵或配位鍵與多價金屬離子發生絡合作用,形成有機絡合物,如使銅離子等有毒的重金屬離子的毒性降低,甚至轉化成無毒的物質;阻礙磷酸鹽和硅酸鹽等物質沉澱,延長它們在水體中的停留時間,更好地被生物利用,從而對海洋生態系有重要的意義。另一方面,海水中的許多重金屬,都是由河流帶來的。當河水流入河口海區時,形成的金屬有機絡合物,因水體的酸鹼度和鹽度發生急速的變化而逐漸沉澱下來。從這一點來說,河口區對重金屬污染物有自然的凈化能力。⑥對生理過程的作用。近岸底棲的褐藻,分泌出大量的多酚化合物,根據其在海水中含量的多少,對生物的生長有促進或抑制作用。在溶解有機物中,有微量的化學傳訊物質,它們是一些海洋生物所分泌的,能支配生物的交配、洄遊、識別、告警、逃避等種內的和異種之間的各種生物過程的成分(見海洋生物化學)。
  研究簡史和展望  早在1892年,K.納特雷爾就測定過海水中溶解態脂肪酸的含量;1909年A.皮特爾又測定了海水中溶解有機物的含量。這是海水有機物最早期的研究工作。到了20世紀30年代,S.A.S.克羅格和B.T.達茨科等人研究了海水中溶解有機碳的含量分佈,這才開始了對海水有機物的系統研究。從此之後,許多學者致力於分析各海區的有機碳、有機氮和有機磷的含量分佈。從50年代起,為了配合水域生物生產力的研究,對個別的天然有機產物和人造有機污染物的分佈,進行過大量的研究工作。自70年代以來,這方面取得了較大的進展。1977年在愛丁堡召開的國際學術會議上,討論了海洋有機化學的概念和發展方向。1981年,E.K.迪爾斯馬發表了《海洋有機化學》專著。海洋有機化學的發展,與水域生產力、元素地球化學、生物地球化學、沉積成岩作用的理論研究、海洋生物資源利用等方面有密切的關係。80年代,人們將進一步研究溶解有機物的形成、化學結構、氧化降解動力學、各界面上的通量、歸宿,研究溶解有機物對海洋生態學、元素地球化學和沉積成岩作用的影響,並將更廣泛和深入地研究海洋生物的次級代謝物的分離、化學結構、生理活性和潛在的抗菌、抗腫瘤等藥效。
  參考書目
 J.P.Riley,G.Skirrow,eds,ChemicalOceanography,2nd ed.,Vol.2,Academic Press,London,1975.
 E.K.Duursma,R. Dawson, eds, Marine OrganicChemistry,Elsevier Scientific Publ.,New York,1981.

 

3 海水有機物 -配圖

 

4 海水有機物 -相關連接

上一篇[直戇]    下一篇 [工綺]

相關評論

同義詞:暫無同義詞