海洋炭酸系と海洋酸性化

溶存二酸化炭素、重炭酸イオン、炭酸イオン間の反応は、海洋のpHを緩衝し、その無機炭素の大部分を貯蔵する化学的機構を形成しており、現在、大気中の二酸化炭素の増加によって平衡が崩されつつあります。

Definition

海洋炭酸系とは、海水中の二酸化炭素、炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオンを連結する化学平衡の結合したセットであり、海洋酸性化とは、人為起源の二酸化炭素の海洋による吸収によって引き起こされる、海水pHと炭酸飽和度の継続的な低下を指します。

Scope

このトピックでは、海水炭酸系の平衡、pH、全アルカリ度、溶存無機炭素、二酸化炭素分圧の測定可能なパラメータ、海水の緩衝能力、炭酸カルシウム鉱物の飽和状態、および海洋酸性化の原因と生物学的影響について扱います。

Core questions

• 炭酸平衡は、無機炭素をその化学種間でどのように分配するのでしょうか？
• pH、アルカリ度、溶存無機炭素、二酸化炭素分圧はそれぞれ何を測定するのでしょうか？
• 炭酸系はどのようにして海水のpH変化を緩衝するのでしょうか？
• 二酸化炭素の増加はなぜ海水のpHと炭酸カルシウムの飽和状態を低下させるのでしょうか？

Key theories

炭酸平衡と緩衝作用

溶存二酸化炭素は反応して炭酸を形成し、それが重炭酸と炭酸に解離します。このシステムはpH変化に抵抗し、pHと温度に応じて炭素を種間で分配します。

酸性化と炭酸カルシウム飽和度

追加された二酸化炭素は水素イオンと重炭酸濃度を上昇させ、炭酸イオンを低下させ、アラゴナイトと方解石の飽和状態を減少させ、石灰化生物にストレスを与えます。

Mechanisms

二酸化炭素が海水に溶解すると、炭酸を形成し、これが解離して水素イオンを放出します。これらの水素イオンは炭酸イオンと反応して重炭酸を形成し、pHを低下させ、サンゴ、軟体動物、および多くのプランクトンが炭酸カルシウムの殻や骨格を構築するために依存する炭酸イオンを枯渇させます。

Clinical relevance

海洋酸性化は、海洋食物網の基盤にあるサンゴ礁、貝類、翼足類を脅かし、漁業や沿岸経済に影響を及ぼします。また、炭酸系は海洋が吸収できる二酸化炭素の量を決定し、地球規模の炭素収支において中心的役割を担っています。

History

1957年、RevelleとSuessは、海水化学が海洋が化石燃料由来の二酸化炭素を吸収する速度を制限することを示しました。1990年代以降、継続的な測定により外洋のpH低下が記録され、その生物学的リスクが明らかになるにつれて、2000年代には「海洋酸性化」という用語が広く使われるようになりました。

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

全アルカリ度とは何ですか？

全アルカリ度とは、海水の酸を中和する能力の尺度であり、重炭酸イオンと炭酸イオンが支配的です。他の炭酸パラメータと合わせて、化学者は完全な炭酸系を計算することができます。

海洋酸性化はなぜ殻を形成する生物に害を与えるのですか？

酸性化は炭酸イオン濃度を低下させ、炭酸カルシウムの飽和状態を下げます。これにより、サンゴ、軟体動物、一部のプランクトンが殻を構築し維持することがより困難になり、エネルギーコストも高くなります。