Marines Karbonatsystem und Ozeanversauerung

Die Reaktionen zwischen gelöstem Kohlendioxid, Bicarbonat und Carbonationen bilden den chemischen Mechanismus, der den pH-Wert des Ozeans puffert, den Großteil seines anorganischen Kohlenstoffs speichert und nun durch steigendes atmosphärisches Kohlendioxid aus dem Gleichgewicht gebracht wird.

Definition

Das marine Karbonatsystem ist der gekoppelte Satz chemischer Gleichgewichte, die Kohlendioxid, Kohlensäure, Bicarbonat und Carbonationen im Meerwasser miteinander verbinden; Ozeanversauerung ist der anhaltende Rückgang des pH-Werts und der Carbonatsättigung des Meerwassers, verursacht durch die Aufnahme von anthropogenem Kohlendioxid durch den Ozean.

Scope

Dieses Thema behandelt die Gleichgewichte des Meerwasser-Karbonatsystems, die messbaren Parameter pH-Wert, Gesamtalkalinität, gelösten anorganischen Kohlenstoff und den Partialdruck von Kohlendioxid; die Pufferkapazität von Meerwasser; den Sättigungszustand von Calciumcarbonatmineralien; sowie die Ursachen und biologischen Folgen der Ozeanversauerung.

Core questions

• Wie verteilen die Carbonatgleichgewichte den anorganischen Kohlenstoff auf seine chemischen Spezies?
• Was messen pH-Wert, Alkalinität, gelöster anorganischer Kohlenstoff und Kohlendioxid-Partialdruck jeweils?
• Wie puffert das Karbonatsystem das Meerwasser gegen pH-Wert-Änderungen?
• Warum senkt steigendes Kohlendioxid den pH-Wert des Meerwassers und den Sättigungszustand von Calciumcarbonat?

Key theories

Carbonatgleichgewichte und Pufferung

Gelöstes Kohlendioxid reagiert zu Kohlensäure, die in Bicarbonat und Carbonat dissoziiert, ein System, das pH-Wert-Änderungen widersteht und Kohlenstoff je nach pH-Wert und Temperatur auf die Spezies verteilt.

Versauerung und Calciumcarbonat-Sättigung

Zusätzliches Kohlendioxid erhöht die Wasserstoffionen- und Bicarbonatkonzentrationen, während es die Carbonationen senkt, wodurch der Sättigungszustand von Aragonit und Calcit reduziert und kalzifizierende Organismen gestresst werden.

Mechanisms

Wenn Kohlendioxid sich in Meerwasser löst, bildet es Kohlensäure, die dissoziiert und Wasserstoffionen freisetzt; diese reagieren mit Carbonationen zu Bicarbonat, wodurch der pH-Wert sinkt und die Carbonationen, von denen Korallen, Weichtiere und viele Planktonarten zum Aufbau von Calciumcarbonat-Schalen und -Skeletten abhängen, verbraucht werden.

Clinical relevance

Die Ozeanversauerung bedroht Korallenriffe, Schalentiere und Pteropoden an der Basis mariner Nahrungsnetze, mit Folgen für die Fischerei und die Küstenwirtschaft; das Karbonatsystem steuert auch, wie viel Kohlendioxid der Ozean aufnehmen kann, was für den globalen Kohlenstoffhaushalt von zentraler Bedeutung ist.

History

Revelle und Suess zeigten 1957, dass die Meerwasserchemie die Geschwindigkeit begrenzt, mit der der Ozean fossiles Kohlendioxid aufnehmen kann. Ab den 1990er Jahren dokumentierten anhaltende Messungen einen sinkenden pH-Wert im offenen Ozean, und der Begriff Ozeanversauerung fand in den 2000er Jahren weite Verbreitung, als ihre biologischen Risiken deutlich wurden.

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

Was ist die Gesamtalkalinität?

Die Gesamtalkalinität ist ein Maß für die Fähigkeit des Meerwassers, Säure zu neutralisieren, dominiert von Bicarbonat- und Carbonationen; zusammen mit einem weiteren Carbonatparameter ermöglicht sie Chemikern die Berechnung des gesamten Karbonatsystems.

Warum schadet die Ozeanversauerung schalenbildenden Organismen?

Die Versauerung reduziert die Konzentration von Carbonationen und senkt den Sättigungszustand von Calciumcarbonat, wodurch es für Korallen, Weichtiere und einige Planktonarten schwieriger und energetisch aufwendiger wird, ihre Schalen zu bilden und zu erhalten.