نظام الكربونات البحري وتحمض المحيطات
تشكل التفاعلات بين ثاني أكسيد الكربون المذاب والبيكربونات وأيونات الكربونات الآلية الكيميائية التي تنظم الرقم الهيدروجيني للمحيط، وتخزن معظم الكربون غير العضوي فيه، ويتم الآن إخراجها عن توازنها بسبب ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
Definition
نظام الكربونات البحري هو المجموعة المترابطة من التوازنات الكيميائية التي تربط ثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك والبيكربونات وأيونات الكربونات في مياه البحر؛ وتحمض المحيطات هو الانخفاض المستمر في الرقم الهيدروجيني لمياه البحر وتشبع الكربونات الناتج عن امتصاص المحيط لثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ.
Scope
يغطي هذا الموضوع توازنات نظام الكربونات في مياه البحر، والمعايير القابلة للقياس للرقم الهيدروجيني، والقلوية الكلية، والكربون غير العضوي المذاب، والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون؛ والقدرة العازلة لمياه البحر؛ وحالة تشبع معادن كربونات الكالسيوم؛ وأسباب تحمض المحيطات وعواقبها البيولوجية.
Core questions
- كيف توزع توازنات الكربونات الكربون غير العضوي بين أنواعه الكيميائية؟
- ماذا يقيس كل من الرقم الهيدروجيني، والقلوية، والكربون غير العضوي المذاب، والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون؟
- كيف يعمل نظام الكربونات على تنظيم مياه البحر ضد التغيرات في الرقم الهيدروجيني؟
- لماذا يؤدي ارتفاع ثاني أكسيد الكربون إلى خفض الرقم الهيدروجيني لمياه البحر وحالة تشبع كربونات الكالسيوم؟
Key theories
- توازنات الكربونات والتنظيم
- يتفاعل ثاني أكسيد الكربون المذاب لتكوين حمض الكربونيك الذي يتفكك إلى بيكربونات وكربونات، وهو نظام يقاوم تغير الرقم الهيدروجيني ويقسم الكربون بين الأنواع وفقًا للرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة.
- التحمض وتشبع كربونات الكالسيوم
- يؤدي ثاني أكسيد الكربون المضاف إلى زيادة تركيزات أيونات الهيدروجين والبيكربونات مع خفض أيون الكربونات، مما يقلل من حالة تشبع الأراغونيت والكالسيت ويجهد الكائنات الحية التي تكون أصدافها.
Mechanisms
عندما يذوب ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، فإنه يشكل حمض الكربونيك، الذي يتفكك ويطلق أيونات الهيدروجين؛ تتفاعل هذه الأيونات مع أيونات الكربونات لتشكيل البيكربونات، مما يقلل الرقم الهيدروجيني ويستنفد أيونات الكربونات التي تعتمد عليها الشعاب المرجانية والرخويات والعديد من العوالق لبناء أصدافها وهياكلها العظمية من كربونات الكالسيوم.
Clinical relevance
يهدد تحمض المحيطات الشعاب المرجانية والمحار والبطنيات المجنحة (pteropods) في قاعدة الشبكات الغذائية البحرية، مع عواقب على مصايد الأسماك والاقتصادات الساحلية؛ كما يتحكم نظام الكربونات في كمية ثاني أكسيد الكربون التي يمكن للمحيط امتصاصها، وهو أمر أساسي لميزانية الكربون العالمية.
History
أظهر ريفيل وسويس في عام 1957 أن كيمياء مياه البحر تحد من سرعة امتصاص المحيط لثاني أكسيد الكربون الناتج عن الوقود الأحفوري. ومنذ التسعينيات، وثقت القياسات المستمرة انخفاض الرقم الهيدروجيني في المحيطات المفتوحة، ودخل مصطلح تحمض المحيطات حيز الاستخدام الواسع في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين مع وضوح مخاطره البيولوجية.
Key figures
- Roger Revelle
- Richard Feely
- Scott Doney
Related topics
Seminal works
- zeebeWolfGladrow2001
- doney2009
Frequently asked questions
- ما هي القلوية الكلية؟
- القلوية الكلية هي مقياس لقدرة مياه البحر على تحييد الحمض، وتهيمن عليها أيونات البيكربونات والكربونات؛ وهي تسمح للكيميائيين، جنبًا إلى جنب مع معلمة كربونات أخرى، بحساب نظام الكربونات الكامل.
- لماذا يضر تحمض المحيطات الكائنات الحية التي تبني الأصداف؟
- يقلل التحمض من تركيز أيونات الكربونات ويخفض حالة تشبع كربونات الكالسيوم، مما يجعل بناء وصيانة الأصداف أكثر صعوبة وتكلفة من الناحية الطاقوية للشعاب المرجانية والرخويات وبعض العوالق.