Hóa học biển
Hóa học biển nghiên cứu thành phần và nguyên nhân hình thành nước biển — theo dõi các muối hòa tan, khí, chất dinh dưỡng và carbon định hình thành phần của đại dương và liên kết nó với khí quyển, đáy biển và sự sống.
Definition
Hóa học biển là ngành nghiên cứu thành phần hóa học của nước biển và các quá trình — vật lý, sinh học và địa chất — kiểm soát sự phân bố và chu trình của các chất hòa tan và dạng hạt trong đại dương.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm thành phần ion chính và độ mặn của nước biển, hệ thống cacbonat biển và sự axit hóa đại dương, chu trình oxy hòa tan và chất dinh dưỡng, chu trình địa hóa sinh học của carbon, nitơ và các nguyên tố khác, cũng như sự trao đổi hóa học giữa đại dương, khí quyển, trầm tích và sinh vật.
Sub-topics
Core questions
- Tại sao nước biển có tỷ lệ ion chính gần như không đổi mặc dù độ mặn thay đổi?
- Hệ thống cacbonat đệm pH nước biển như thế nào, và sự axit hóa đại dương đang làm thay đổi nó ra sao?
- Điều gì kiểm soát sự phân bố oxy hòa tan và các chất dinh dưỡng giới hạn trong đại dương?
- Các quá trình sinh học, vật lý và địa chất kết hợp với nhau như thế nào để tạo thành chu trình carbon và các nguyên tố khác?
Key theories
- Tính ổn định của thành phần
- Các ion chính của nước biển xuất hiện với tỷ lệ gần như cố định trên toàn thế giới (nguyên tắc liên quan đến Marcet và Dittmar), do đó, một thuộc tính bảo toàn duy nhất — độ mặn — đặc trưng cho thành phần khối.
- Đệm cacbonat của nước biển
- Các cân bằng giữa carbon dioxide, ion bicacbonat và cacbonat đệm pH đại dương và điều chỉnh sự lưu trữ carbon vô cơ, làm cho hệ thống cacbonat trở thành trung tâm trong vai trò của đại dương đối với khí hậu.
- Tỷ lệ Redfield
- Chất hữu cơ biển hình thành và phân hủy với tỷ lệ đặc trưng của carbon, nitơ và phốt pho, liên kết sản xuất sinh học với sự phân bố chất dinh dưỡng và oxy khắp đại dương.
Clinical relevance
Hóa học đại dương kiểm soát sự hấp thụ carbon dioxide do con người tạo ra của biển và sự tiến triển của quá trình axit hóa đại dương, ngân sách oxy quyết định sự lan rộng của các vùng chết thiếu oxy, và nguồn cung cấp chất dinh dưỡng duy trì nghề cá, khiến nó trở thành yếu tố trung tâm trong quản lý khí hậu và tài nguyên biển.
History
Hóa học đại dương có hệ thống bắt đầu với các phân tích của Dittmar về các mẫu vật trong chuyến thám hiểm Challenger vào những năm 1880, xác nhận tỷ lệ gần như không đổi của các ion chính trong nước biển. Công trình của Redfield vào giữa thế kỷ XX đã liên kết hóa học của chất dinh dưỡng với sinh học, và các chương trình khảo sát toàn cầu như GEOSECS và WOCE sau đó đã lập bản đồ các trường hóa học của đại dương.
Key figures
- Alfred Redfield
- William Dittmar
- Lars Gunnar Sillen
Related topics
Seminal works
- pilson2013
- sarmientoGruber2006
Frequently asked questions
- Tại sao đại dương lại mặn?
- Các con sông và hệ thống thủy nhiệt cung cấp các ion hòa tan vào biển, nơi chúng tích tụ vì nước chủ yếu thoát ra do bay hơi; theo thời gian địa chất, điều này đã tạo ra độ mặn và thành phần ion đặc trưng của nước biển.
- Đại dương đang trở nên axit hơn như thế nào?
- Khi đại dương hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển, khí này phản ứng với nước biển để tạo thành axit cacbonic, làm giảm pH và giảm các ion cacbonat mà các sinh vật tạo vỏ cần.