Système carbonaté marin et acidification des océans

Les réactions entre le dioxyde de carbone dissous, les ions bicarbonate et les ions carbonate constituent le mécanisme chimique qui tamponne le pH de l'océan, stocke la majeure partie de son carbone inorganique, et est actuellement déséquilibré par l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique.

Definition

Le système carbonaté marin est l'ensemble couplé d'équilibres chimiques liant le dioxyde de carbone, l'acide carbonique, les ions bicarbonate et les ions carbonate dans l'eau de mer ; l'acidification des océans est le déclin continu du pH de l'eau de mer et de la saturation en carbonate causé par l'absorption océanique de dioxyde de carbone anthropique.

Scope

Ce sujet aborde les équilibres du système carbonaté de l'eau de mer, les paramètres mesurables que sont le pH, l'alcalinité totale, le carbone inorganique dissous et la pression partielle de dioxyde de carbone ; la capacité tampon de l'eau de mer ; l'état de saturation des minéraux de carbonate de calcium ; ainsi que les causes et les conséquences biologiques de l'acidification des océans.

Core questions

• Comment les équilibres carbonatés distribuent-ils le carbone inorganique entre ses espèces chimiques ?
• Que mesurent respectivement le pH, l'alcalinité, le carbone inorganique dissous et la pression partielle de dioxyde de carbone ?
• Comment le système carbonaté tamponne-t-il l'eau de mer contre les changements de pH ?
• Pourquoi l'augmentation du dioxyde de carbone abaisse-t-elle le pH de l'eau de mer et l'état de saturation du carbonate de calcium ?

Key theories

Équilibres carbonatés et tamponnement

Le dioxyde de carbone dissous réagit pour former de l'acide carbonique qui se dissocie en bicarbonate et en carbonate, un système qui résiste aux changements de pH et répartit le carbone entre les espèces en fonction du pH et de la température.

Acidification et saturation en carbonate de calcium

L'ajout de dioxyde de carbone augmente les concentrations d'ions hydrogène et de bicarbonate tout en diminuant les ions carbonate, réduisant l'état de saturation de l'aragonite et de la calcite et stressant les organismes calcifiants.

Mechanisms

Lorsque le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau de mer, il forme de l'acide carbonique, qui se dissocie et libère des ions hydrogène ; ceux-ci réagissent avec les ions carbonate pour former du bicarbonate, abaissant le pH et épuisant les ions carbonate dont dépendent les coraux, les mollusques et de nombreux planctons pour construire leurs coquilles et squelettes de carbonate de calcium.

Clinical relevance

L'acidification des océans menace les récifs coralliens, les coquillages et les ptéropodes à la base des réseaux trophiques marins, avec des conséquences pour les pêcheries et les économies côtières ; le système carbonaté régit également la quantité de dioxyde de carbone que l'océan peut absorber, ce qui est essentiel pour le budget carbone mondial.

History

Revelle et Suess ont montré en 1957 que la chimie de l'eau de mer limite la vitesse à laquelle l'océan peut absorber le dioxyde de carbone des combustibles fossiles. À partir des années 1990, des mesures continues ont documenté la baisse du pH en haute mer, et le terme acidification des océans est entré en usage courant dans les années 2000 à mesure que ses risques biologiques devenaient clairs.

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

Qu'est-ce que l'alcalinité totale ?

L'alcalinité totale est une mesure de la capacité de l'eau de mer à neutraliser les acides, dominée par les ions bicarbonate et carbonate ; associée à un autre paramètre carbonaté, elle permet aux chimistes de calculer le système carbonaté complet.

Pourquoi l'acidification des océans nuit-elle aux organismes constructeurs de coquilles ?

L'acidification réduit la concentration des ions carbonate et abaisse l'état de saturation du carbonate de calcium, rendant plus difficile et plus coûteux en énergie pour les coraux, les mollusques et certains planctons de construire et de maintenir leurs coquilles.