水圏化学

水圏化学は、河川や湖沼から海洋、地下水に至るまで、自然水の組成を決定する化学平衡と反応速度を研究する学問です。

Definition

自然水の化学組成、平衡、反応速度論を扱う環境化学の一分野。

Scope

この分野は、酸塩基平衡と炭酸塩平衡、酸化還元条件、金属の化学種と錯形成、生産性を支配する栄養塩化学を扱います。水は、溶存ガス、鉱物、有機物、生物が相互作用する反応性媒体として扱われ、水質および水生生態系科学全体で用いられる平衡論的および速度論的枠組みを提供します。

Sub-topics

• Aquatic Speciation and Complexation
• Carbonate System and Alkalinity
• Eutrophication Chemistry
• Natural Water Redox Chemistry

Core questions

• 自然水のpHと緩衝能力は何によって制御されていますか？
• 酸化還元条件は水圏化学をどのように構成していますか？
• 金属と栄養塩は水中でどのような化学形態で存在しますか？
• 海洋化学は、大気中の二酸化炭素濃度の上昇にどのように反応しますか？

Key theories

自然水の化学平衡モデル

自然水の組成は、結合した酸塩基、溶解度、酸化還元、および錯形成の平衡を通じて理解することができ、反応が遅い場合には速度論が補完され、化学種を予測するための定量的な枠組みを提供します。

炭酸塩緩衝作用と海洋酸性化

炭酸塩系は自然水と海水を緩衝します。人為的な二酸化炭素の取り込みは、海洋のpHと炭酸塩飽和度を低下させ、石灰化生物に影響を与えます。

Mechanisms

水圏化学は、炭酸塩系およびその他の酸塩基系によって設定されるpH、電子供与体および受容体の利用可能性によって設定されるpEまたは酸化還元電位、ならびに金属の化学種を制御する配位子濃度といった主要な変数に基づいて構成されています。これらは、鉱物の溶解と沈殿、および生物学的取り込みと呼吸と相互作用します。

Clinical relevance

水圏化学は、飲料水処理、金属および栄養塩汚染の評価、ならびに生態系が酸性化や富栄養化にどのように反応するかという予測の基礎となります。

History

水圏化学は、1960年代以降、StummとMorganによって定量的で平衡論に基づいた学問として確立されました。これは、Sillenによる海水への化学平衡の応用を基盤としています。

Key figures

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

Seminal works

• stumm1996
• hoeghguldberg2007

Frequently asked questions

なぜpHは水圏化学において主要変数と呼ばれるのですか？

pHは、鉱物の溶解度、金属の化学種、炭酸塩種の分布など、非常に多くの他の平衡を同時に制御しているためです。