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    已經(jīng)很清楚，天然水中的碳酸物質(zhì)與溶解氧和pH具有密切的關(guān)系。最一般的情況是，溶解氧少的地方總二氧化碳增加，pH降低。

    首先，水中氧的增加是由大氣的溶解和在植物體內(nèi)的光合過(guò)程造成的。氧的減少主要是氧化和生物呼吸引起的。此外，溶解氧達(dá)到過(guò)飽和和狀態(tài)時(shí)，一部分就逃逸到大氣中。碳酸物質(zhì)的增加是由于從大氣的溶入、生物物的呼吸、含碳物質(zhì)的氧化、有機(jī)化合物的嫌氣分解以及碳酸鈣等無(wú)機(jī)鹽的溶解等造成的。其減少是由植物的光合、不溶性碳酸鹽的沉淀、二氧化碳的生物化學(xué)固定以及向大氣的逃逸等等造成的。
    氧經(jīng)過(guò)呼吸或有機(jī)物的氧化，就生成相當(dāng)量的二氧化碳，另一方面，二氧化碳經(jīng)光合作用可以產(chǎn)生幾乎等量的氧。其比值（O₂／CO₂）嚴(yán)格地說(shuō)不等于1（盡管有1．21，1．23，1．1-1．2等等說(shuō)法），但可以認(rèn)為1是其近似值。
    因此，從原理上講，為要求出由植物光合而產(chǎn)生的有機(jī)物生產(chǎn)量，不論以氧和總二氧化碳哪一方變化作基礎(chǔ)，都應(yīng)該得到同樣的結(jié)果。為了測(cè)定海水中有機(jī)物的生產(chǎn)量，斯蒂曼?尼爾森（ Steeman Nielsen，1962）首創(chuàng)用放射性碳的方法。另一方面賴?yán)℅．P．Riley）等則根據(jù)溶解氧量的變化，測(cè)定了海水中有機(jī)物生產(chǎn)量。上述兩種方法所得的值理應(yīng)一致，但成問(wèn)題的是賴?yán)麥y(cè)得的值約為尼爾森測(cè)定值的10倍。其原因還不明確。在作者進(jìn)行的用綠藻類所作的實(shí)驗(yàn)室研究中，由放射性碳和溶解氧法所得到的有機(jī)物生產(chǎn)量，幾乎完全一致。原理上放射性碳法比溶解氧法優(yōu)越，因此一般認(rèn)為，賴?yán)人弥抵赃^(guò)大，可能是由于浮游植物的光合和呼吸作用導(dǎo)致氧含量變化以外的還不明了的原因造成的。但是，在這種情況下，如果著眼于水中溶解氧與總二氧化碳的變化，那么兩者間的當(dāng)量關(guān)系可能大致還是成立的。
    在湖沼近表面，充分溶解了氧氣，但在湖沼底附近則多形成所謂嫌氣性環(huán)境，特別是在成層期，這種傾向尤其顯著。在這種情況下，氧與二氧化碳的關(guān)系變得極其復(fù)雜。
    在缺乏氧的環(huán)境下，認(rèn)為相對(duì)于1個(gè)分子氧，生成2個(gè)氧化碳分子，進(jìn)而，在還原環(huán)境下，不要求氧，由有機(jī)物的生化分解往往生成二氧化碳碳?？梢哉J(rèn)為，相對(duì)于氧的消耗有當(dāng)量以上的二氧化碳生成。
    對(duì)湖沼中碳酸物質(zhì)的研究很多。在日本有營(yíng)原對(duì)高須賀沼的研究，菅原、小山等對(duì)本崎湖溯、中綱湖的研究等等。
    他們?cè)诟唔氋R沼和本崎湖測(cè)定了總二氧化碳、pH和和水溫的垂直分布以及年變化，并發(fā)現(xiàn)它們?cè)诔蓪悠谂c循環(huán)期有顯著的不同。
    海洋中除了像黑海那樣的閉塞海區(qū)或沿岸性的封閉的淺海和海灣以及生產(chǎn)力特大的海區(qū)以外，其他區(qū)域直到海底都充分地溶解著氧氣，所以作為整體構(gòu)成氧化環(huán)境。于是，如果與湖沼比較，其氧與二氧化碳的關(guān)系是比較簡(jiǎn)單的。
    關(guān)于海洋中碳酸物質(zhì)的溶解量，過(guò)去進(jìn)行一些研究。這些測(cè)定結(jié)果指出，海水中二氧化碳的分壓與大氣中二氧化碳分壓沒有保持平衡。
    沃坦伯格（H．Wattenberg，1933）測(cè)定了各種深度下海水的比堿度，并認(rèn)為它隨深度而增大。他認(rèn)為這是由于碳酸鈣由海底沉積物中溶出所致。雷維爾（ Revelle）測(cè)定了北太平洋表層水的比堿度，發(fā)現(xiàn)其值比大西洋表層水的值大。并且指出，北太平洋的高堿度與深層水和中層水的低氧含量相對(duì)應(yīng)。莫伯格（E．G．Moberg，1934）等發(fā)現(xiàn)，堿度的垂直分布與鈣的垂直分布十分相似。湯普森（T．G．Thompson）等測(cè)定了北太平洋華盛頓州外海直到2000米深的總二氧化碳，發(fā)現(xiàn)總二氧化碳隨隨深度而增加，其氯度比在10米處顯示極小，并隨深度增加。