Hệ thống Carbonat Biển và Sự Axit hóa Đại dương

Các phản ứng giữa carbon dioxide hòa tan, bicarbonate và ion carbonat tạo thành bộ máy hóa học đệm pH của đại dương, lưu trữ phần lớn carbon vô cơ của nó, và hiện đang bị mất cân bằng do sự gia tăng carbon dioxide trong khí quyển.

Definition

Hệ thống carbonat biển là tập hợp các trạng thái cân bằng hóa học liên kết carbon dioxide, axit carbonic, bicarbonate và các ion carbonat trong nước biển; sự axit hóa đại dương là sự suy giảm liên tục pH nước biển và độ bão hòa carbonat do đại dương hấp thụ carbon dioxide do con người gây ra.

Scope

Chủ đề này bao gồm các trạng thái cân bằng của hệ thống carbonat nước biển, các thông số có thể đo được của pH, tổng độ kiềm, carbon vô cơ hòa tan và áp suất riêng phần của carbon dioxide; khả năng đệm của nước biển; trạng thái bão hòa của các khoáng chất carbonat canxi; và các nguyên nhân cũng như hậu quả sinh học của sự axit hóa đại dương.

Core questions

• Các trạng thái cân bằng carbonat phân bố carbon vô cơ giữa các loài hóa học của nó như thế nào?
• pH, độ kiềm, carbon vô cơ hòa tan và áp suất riêng phần carbon dioxide đo lường điều gì?
• Hệ thống carbonat đệm nước biển chống lại sự thay đổi pH như thế nào?
• Tại sao sự gia tăng carbon dioxide làm giảm pH nước biển và trạng thái bão hòa của carbonat canxi?

Key theories

Cân bằng carbonat và khả năng đệm

Carbon dioxide hòa tan phản ứng tạo thành axit carbonic phân ly thành bicarbonate và carbonat, một hệ thống chống lại sự thay đổi pH và phân chia carbon giữa các loài theo pH và nhiệt độ.

Sự axit hóa và độ bão hòa carbonat canxi

Carbon dioxide bổ sung làm tăng nồng độ ion hydro và bicarbonate đồng thời làm giảm ion carbonat, làm giảm trạng thái bão hòa của aragonit và canxit và gây căng thẳng cho các sinh vật tạo vỏ.

Mechanisms

Khi carbon dioxide hòa tan vào nước biển, nó tạo thành axit carbonic, axit này phân ly và giải phóng các ion hydro; các ion này phản ứng với các ion carbonat để tạo thành bicarbonate, làm giảm pH và làm cạn kiệt các ion carbonat mà san hô, động vật thân mềm và nhiều loài phù du phụ thuộc vào để xây dựng vỏ và bộ xương carbonat canxi.

Clinical relevance

Sự axit hóa đại dương đe dọa các rạn san hô, động vật có vỏ và pteropod ở đáy lưới thức ăn biển, với những hậu quả đối với ngành thủy sản và kinh tế ven biển; hệ thống carbonat cũng điều chỉnh lượng carbon dioxide mà đại dương có thể hấp thụ, điều này rất quan trọng đối với ngân sách carbon toàn cầu.

History

Revelle và Suess đã chỉ ra vào năm 1957 rằng hóa học nước biển giới hạn tốc độ đại dương có thể hấp thụ carbon dioxide từ nhiên liệu hóa thạch. Từ những năm 1990, các phép đo liên tục đã ghi nhận sự sụt giảm pH ở đại dương mở, và thuật ngữ axit hóa đại dương được sử dụng rộng rãi vào những năm 2000 khi những rủi ro sinh học của nó trở nên rõ ràng.

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

Tổng độ kiềm là gì?

Tổng độ kiềm là thước đo khả năng trung hòa axit của nước biển, chủ yếu do các ion bicarbonate và carbonat; cùng với một thông số carbonat khác, nó cho phép các nhà hóa học tính toán toàn bộ hệ thống carbonat.

Tại sao sự axit hóa đại dương gây hại cho các sinh vật tạo vỏ?

Sự axit hóa làm giảm nồng độ ion carbonat và làm giảm trạng thái bão hòa của carbonat canxi, khiến san hô, động vật thân mềm và một số loài phù du khó khăn hơn và tốn nhiều năng lượng hơn để xây dựng và duy trì vỏ của chúng.