Морская карбонатная система и закисление океана

Реакции между растворенным диоксидом углерода, бикарбонатом и карбонатными ионами образуют химический механизм, который буферизует pH океана, хранит большую часть его неорганического углерода и в настоящее время выводится из равновесия из-за увеличения атмосферного диоксида углерода.

Definition

Морская карбонатная система — это связанный набор химических равновесий, объединяющих диоксид углерода, угольную кислоту, бикарбонатные и карбонатные ионы в морской воде; закисление океана — это продолжающееся снижение pH морской воды и насыщения карбонатами, вызванное поглощением океаном антропогенного диоксида углерода.

Scope

Эта тема охватывает равновесие морской карбонатной системы, измеряемые параметры pH, общую щелочность, растворенный неорганический углерод и парциальное давление диоксида углерода; буферную емкость морской воды; состояние насыщения минералов карбоната кальция; а также причины и биологические последствия закисления океана.

Core questions

• Как карбонатные равновесия распределяют неорганический углерод между его химическими формами?
• Что измеряют pH, щелочность, растворенный неорганический углерод и парциальное давление диоксида углерода?
• Как карбонатная система буферизует морскую воду от изменений pH?
• Почему повышение уровня диоксида углерода снижает pH морской воды и состояние насыщения карбоната кальция?

Key theories

Карбонатные равновесия и буферизация

Растворенный диоксид углерода реагирует с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует на бикарбонат и карбонат, — система, которая сопротивляется изменению pH и распределяет углерод между видами в зависимости от pH и температуры.

Закисление и насыщение карбонатом кальция

Добавленный диоксид углерода повышает концентрации ионов водорода и бикарбоната, одновременно снижая концентрацию карбонат-ионов, уменьшая состояние насыщения арагонита и кальцита и создавая стресс для кальцифицирующих организмов.

Mechanisms

Когда диоксид углерода растворяется в морской воде, он образует угольную кислоту, которая диссоциирует и высвобождает ионы водорода; они реагируют с карбонатными ионами, образуя бикарбонат, снижая pH и истощая карбонатные ионы, от которых зависят кораллы, моллюски и многие планктонные организмы для построения своих раковин и скелетов из карбоната кальция.

Clinical relevance

Закисление океана угрожает коралловым рифам, моллюскам и птероподам, находящимся в основании морских пищевых цепей, что имеет последствия для рыболовства и прибрежной экономики; карбонатная система также регулирует количество диоксида углерода, которое может поглотить океан, что является центральным элементом глобального углеродного бюджета.

History

Ревелл и Сюсс в 1957 году показали, что химия морской воды ограничивает скорость поглощения океаном диоксида углерода, образующегося при сжигании ископаемого топлива. С 1990-х годов постоянные измерения зафиксировали падение pH в открытом океане, а термин «закисление океана» получил широкое распространение в 2000-х годах, когда стали очевидны его биологические риски.

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

Что такое общая щелочность?

Общая щелочность — это мера способности морской воды нейтрализовать кислоту, в которой преобладают бикарбонатные и карбонатные ионы; вместе с другим карбонатным параметром она позволяет химикам рассчитать полную карбонатную систему.

Почему закисление океана вредит организмам, строящим раковины?

Закисление снижает концентрацию карбонатных ионов и уменьшает состояние насыщения карбоната кальция, что затрудняет и делает более энергозатратным для кораллов, моллюсков и некоторых планктонных организмов построение и поддержание своих раковин.