สมุทรเคมี
สมุทรเคมีศึกษาองค์ประกอบของน้ำทะเลและสาเหตุ — โดยติดตามเกลือ ก๊าซ สารอาหาร และคาร์บอนที่ละลายอยู่ ซึ่งกำหนดองค์ประกอบของมหาสมุทรและเชื่อมโยงกับบรรยากาศ พื้นทะเล และสิ่งมีชีวิต
Definition
สมุทรเคมีคือการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของน้ำทะเลและกระบวนการต่างๆ — ทั้งทางกายภาพ ชีวภาพ และธรณีวิทยา — ที่ควบคุมการกระจายตัวและการหมุนเวียนของสารที่ละลายอยู่และอนุภาคในมหาสมุทร
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมองค์ประกอบของไอออนหลักและความเค็มของน้ำทะเล ระบบคาร์บอเนตทางทะเลและการเป็นกรดของมหาสมุทร การหมุนเวียนของออกซิเจนและสารอาหารที่ละลายอยู่ วงจรชีวธรณีเคมีของคาร์บอน ไนโตรเจน และธาตุอื่นๆ และการแลกเปลี่ยนทางเคมีระหว่างมหาสมุทร บรรยากาศ ตะกอน และสิ่งมีชีวิต
Sub-topics
Core questions
- เหตุใดน้ำทะเลจึงมีอัตราส่วนของไอออนหลักที่เกือบคงที่ แม้ว่าความเค็มจะแตกต่างกันไป?
- ระบบคาร์บอเนตปรับค่า pH ของน้ำทะเลได้อย่างไร และการเป็นกรดของมหาสมุทรกำลังเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวควบคุมการกระจายตัวของออกซิเจนที่ละลายอยู่และสารอาหารที่เป็นตัวจำกัดในมหาสมุทร?
- กระบวนการทางชีวภาพ กายภาพ และธรณีวิทยาเชื่อมโยงกันอย่างไรในการหมุนเวียนคาร์บอนและธาตุอื่นๆ?
Key theories
- ความคงที่ขององค์ประกอบ
- ไอออนหลักของน้ำทะเลมีสัดส่วนที่เกือบคงที่ทั่วโลก (หลักการที่เกี่ยวข้องกับ Marcet และ Dittmar) ดังนั้นคุณสมบัติอนุรักษ์เดี่ยว — ความเค็ม — จึงเป็นลักษณะขององค์ประกอบโดยรวม
- การปรับสภาพด้วยคาร์บอเนตของน้ำทะเล
- สมดุลระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์ ไบคาร์บอเนต และไอออนคาร์บอเนตจะปรับค่า pH ของมหาสมุทรและควบคุมการจัดเก็บคาร์บอนอนินทรีย์ ทำให้ระบบคาร์บอเนตเป็นหัวใจสำคัญของบทบาทของมหาสมุทรในสภาพภูมิอากาศ
- สัดส่วนสารสัมพันธ์ของ Redfield
- อินทรียวัตถุทางทะเลก่อตัวและสลายตัวด้วยอัตราส่วนเฉพาะของคาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ซึ่งเชื่อมโยงการผลิตทางชีวภาพกับการกระจายตัวของสารอาหารและออกซิเจนทั่วทั้งมหาสมุทร
Clinical relevance
เคมีของมหาสมุทรควบคุมการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ของทะเลและความก้าวหน้าของการเป็นกรดของมหาสมุทร งบประมาณออกซิเจนที่กำหนดการแพร่กระจายของเขตมรณะที่มีออกซิเจนต่ำ และการจัดหาสารอาหารที่หล่อเลี้ยงการประมง ทำให้เป็นหัวใจสำคัญของการจัดการสภาพภูมิอากาศและทรัพยากรทางทะเล
History
เคมีมหาสมุทรอย่างเป็นระบบเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์ตัวอย่างจากการสำรวจของ Challenger โดย Dittmar ในทศวรรษ 1880 ซึ่งยืนยันสัดส่วนที่เกือบคงที่ของไอออนหลักในน้ำทะเล งานของ Redfield ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เชื่อมโยงเคมีของสารอาหารเข้ากับชีววิทยา และโครงการสำรวจทั่วโลก เช่น GEOSECS และ WOCE ได้ทำแผนที่สนามเคมีของมหาสมุทรในเวลาต่อมา
Key figures
- Alfred Redfield
- William Dittmar
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- pilson2013
- sarmientoGruber2006
Frequently asked questions
- ทำไมมหาสมุทรถึงเค็ม?
- แม่น้ำและระบบความร้อนใต้พิภพนำไอออนที่ละลายอยู่สู่ทะเล ซึ่งไอออนเหล่านี้จะสะสมอยู่เนื่องจากน้ำส่วนใหญ่ระเหยออกไป เมื่อเวลาผ่านไปทางธรณีวิทยา สิ่งนี้ได้สร้างความเค็มและองค์ประกอบของไอออนที่เป็นลักษณะเฉพาะของน้ำทะเล
- มหาสมุทรมีความเป็นกรดมากขึ้นได้อย่างไร?
- เมื่อมหาสมุทรดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศ ก๊าซจะทำปฏิกิริยากับน้ำทะเลเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ซึ่งลดค่า pH และลดไอออนคาร์บอเนตที่สิ่งมีชีวิตสร้างเปลือกต้องการ