水生化学

水生化学研究决定天然水体（从河流、湖泊到海洋和地下水）组成的化学平衡和反应速率。

Definition

环境化学的一个分支，研究天然水的化学组成、平衡和反应动力学。

Scope

该领域涵盖酸碱和碳酸盐平衡、氧化还原条件、金属的形态和络合，以及控制生产力的营养化学。它将水视为一种反应介质，其中溶解气体、矿物质、有机物和生物群落相互作用，并提供了水质和水生生态系统科学中使用的平衡和动力学框架。

Sub-topics

• 水生生物的形态形成与络合作用
• 碳酸盐系统和碱度
• 富营养化化学
• 天然水体氧化还原化学

Core questions

• 什么控制着天然水的pH值和缓冲能力？
• 氧化还原条件如何构建水生化学？
• 金属和营养物质在水中以何种化学形式存在？
• 海洋化学如何响应大气二氧化碳的增加？

Key theories

天然水体的化学平衡模型

天然水的组成可以通过耦合的酸碱、溶解度、氧化还原和络合平衡来理解，并在反应缓慢时辅以动力学，为预测形态提供定量框架。

碳酸盐缓冲和海洋酸化

碳酸盐系统缓冲天然水和海水；人为二氧化碳的吸收会降低海洋pH值和碳酸盐饱和度，对钙化生物产生影响。

Mechanisms

水生化学围绕主变量展开：由碳酸盐和其他酸碱系统设定的pH值，由电子供体和受体可用性设定的pE或氧化还原电位，以及控制金属形态的配体浓度。这些变量与矿物溶解和沉淀以及生物吸收和呼吸相互作用。

Clinical relevance

水生化学是饮用水处理、金属和营养物污染评估以及预测生态系统如何响应酸化和富营养化的基础。

History

水生化学在Sillen将化学平衡应用于海水的基础上，由Stumm和Morgan在20世纪60年代以后整合为一门定量的、基于平衡的学科。

Key figures

• Werner Stumm
• James J. Morgan
• Lars Gunnar Sillen

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

为什么pH值在水生化学中被称为主变量？

因为它同时控制着许多其他平衡，包括矿物溶解度、金属形态和碳酸盐物种的分布。