Јаглерод во океанот (едноставен) - климатски промени
Океанот е многу важен за количината на јаглерод диоксид (едноставен) (СО2) во атмосферата, со тоа и за обемот на ефектот на стаклена градина. Ова е затоа што може да апсорбира огромни количини на СО2 и затоа одзема дел од СО2 што луѓето повторно го испуштаат од воздухот. За да го направи ова, сепак, му треба многу повеќе време отколку што му е на располагање со силните емисии денес; и затоа дел од емитираниот CO2 останува во атмосферата (околу 40%). Покрај океанот, растенијата на копно апсорбираат и СО2.
Зошто океанот се однесува на овој начин и што влијае на неговото однесување сега и во иднина е предмет на овој напис.
Содржина
- 1 Што ја одредува размената на СО2?
- 2 Некоја хемија: тампон систем
- 3 парцијален притисок и концентрација
- 4 Трите јаглеродни пумпи
- 4.1 Физичката пумпа
- 4.2 Органската пумпа
- 4.3 Пумпа за бројач на карбонат
- 5 Складирање на јаглерод во иднина
- 6 Известување за лиценца
1 Што ја одредува размената на СО2?
Поради тежината на воздухот, секогаш постои одреден притисок во атмосферата, притисок на воздухот. Пропорцијата на јаглерод диоксид во овој притисок се нарекува парцијален притисок. Истото важи и во океанот: Делот за притисок на гасот на СО2 растворен во вода е делумниот притисок во океанот. Овие два парцијални притисоци сега се среќаваат на морската површина. Ако парцијалниот притисок во океанот е посилен, океанот ослободува СО2 во атмосферата. Ако, пак, се зголеми парцијалниот притисок во воздухот, океанот апсорбира СО2, како што е случај денес, затоа што сè повеќе СО2 се ослободува во атмосферата од страна на луѓето.
Можете да замислите дека тоа е притисокот, а не количината, што ја одредува размената помеѓу атмосферата и океанот со помош на шише со сода (или друг газиран пијалок): Капакот се зашрафува за да не се откачи, па се притиска малку воздух во шишето. При отворање, притисокот однадвор се намалува со отстранување на капакот. Затоа, притисокот на молекулите на СО2 во пијалокот е одеднаш поголем од контра притисокот од надвор и СО2 го напушта шишето. Ова можете да го видите во многу мали меурчиња што се формираат внатре и го слушаат шушкањето кога излегува гасот. Ова се случува иако количината на СО2 во шишето и во воздухот воопшто не е променета кога е отворена (на почетокот). Разликата во притисокот е единствената причина зошто CO2 тече во или излегува од водата.
2 Некоја хемија: тампон систем
Јаглерод диоксидот се однесува сосема поинаку во водата отколку во атмосферата. За жал, СО2 не се претвора во други супстанции во атмосферата, поради што останува во воздухот до 200 години и предизвикува климатски проблем во прекумерни количини. Исчезнува од атмосферата само кога се апсорбира од океанот или од вегетацијата на копно. Во океанот, од друга страна, СО2 се претвора во две нови супстанции во комбинација со вода, водород карбонат и карбонат. Меѓутоа, во овие процеси на конверзија се троши карбонатот, повеќе отколку што се произведува кога јаглерод диоксидот реагира со вода. Хидроген карбонат и карбонат содржат јаглерод (C), т.е. тоа се јаглеродни соединенија. Покрај тоа, чистиот СО2 се раствора и во водата.
Овие три соединенија на јаглерод се во одреден сооднос едни на други во океанот, во кој јасно преовладува водород карбонат: водород карбонат до карбонат до јаглерод диоксид како што се 91: 8: 1. Значи, ако додадете ограничена количина на СО2 во водата, најголемиот дел се претвора во водород карбонат. Ова е една од причините што океанот може да собере толку многу јаглерод. Ако сите јаглеродни соединенија беа присутни само во форма на СО2, неговиот притисок би бил поголем од оној во денешната атмосфера, така што поголемиот дел од океанот би заминал во атмосферата. Но, бидејќи поголемиот дел не е присутен како СО2, тој е „скриен“ од атмосферата, бидејќи го гледа само притисокот од СО2. Ова „криење“ е вообичаено во хемиските раствори и е познато како пуфер.
Патем, суштествата во океанот имаат и своевиден ефект на тампон. Растенијата со фотосинтезирање исто така го отстрануваат СО2 од водата и го задржуваат во форма на други соединенија. Сепак, количината на јаглерод што е врзана во морскиот живот е многу мала (3 милијарди тони од вкупно 38.000 милијарди тони во океанот). Зошто овие суштества се сè уште многу важни за отстранување на СО2 од воздухот се дискутира подолу („Органската пумпа“).
3 парцијален притисок и концентрација
Како што е опишано погоре, притисокот е одлучувачки за количината на СО2 во воздухот во рамнотежата помеѓу океанот и атмосферата. Сепак, парцијалниот притисок во океанот не е ист со количината на јаглерод во океанот, што може да се даде како концентрација (број на честички во кубен метар). Со цел да се утврди колку јаглерод може да складира океанот, треба да се знае врската помеѓу парцијалниот притисок и концентрацијата. Факторот што ги поврзува двете е растворливоста на СО2. Колку е подобра растворливоста, толку повеќе јаглерод може да апсорбира океанот без да мора да се зголеми делумниот притисок. Покрај тоа, односот на одделните јаглеродни соединенија едни на други може да се промени, т.е. под различни услови, пропорцијата на СО2 во вкупната количина јаглерод е исто така различна. Ако процентот на СО2 е поголем, помалку може да се складира во океанот, така што „скривницата“ повеќе не работи исто така. И на променливите што влијаат, растворливоста и рамнотежата помеѓу јаглеродните соединенија, влијаат:
- температурата
- соленоста
- притисокот (што е секогаш приближно ист на површината!)
- составот на морската вода (бидејќи содржи многу други супстанции што можат да имаат влијание)
Ако ги споредите типичните својства на морската вода на различни места низ светот, може да видите дека температурните разлики имаат најголемо влијание врз количината на јаглерод што може да го апсорбира океанот.
4 Трите јаглеродни пумпи
Ако ја измерите концентрацијата на јаглеродни соединенија на различни длабочини, можете да видите дека таа значително се зголемува до длабочина од околу 1000 м. Овој факт исто така значи дека океанот може да складира толку многу СО2. Ако имаше висока концентрација на површината како во длабочините, океанот ќе мораше да испушти дел од него во атмосферата, бидејќи парцијалниот притисок би бил превисок. На овој начин, сепак, атмосферата доживува само мала содржина на површината, големите количини во длабочината се безбедни од надувување.
Но, како може јаглеродните соединенија да не се дистрибуираат за да се намалат овие разлики? На крајот на краиштата, капка мастило во чаша вода на крајот ќе се меша рамномерно со водата. Причината мора да биде дека другите процеси постојано го придвижуваат јаглеродот од врвот до дното, наспроти правецот на доброволно мешање - исто како пумпата носи вода по планината, што ќе тече надолу сама по себе. Поради оваа причина, овие процеси се нарекуваат и пумпи.
4.1 Физичката пумпа
Физичката пумпа се нарекува и „пумпа за растворливост“ затоа што се базира на зависноста на растворливоста на СО2 од температурата. Во тропските предели, каде што е топло, водата не може да апсорбира многу CO2; напротив, океанот таму ослободува дури и повеќе CO2 отколку што апсорбира. На високите географски широчини како Јужниот Океан, Северен Атлантик и Арктичкиот Океан, водата апсорбира повеќе СО2 отколку што емитува. Бидејќи тонечката гранка на глобалната циркулација на океанот исто така може да се најде на овие места, водата богата со СО2 се транспортира во длабочините. Потоа се шири кон екваторот, така што студената вода богата со СО2 се турка под топла и сиромашна СО2 вода близу до површината.
Оваа пумпа грубо објаснува половина од разликата на јаглеродот помеѓу горниот и долниот дел. Можете исто така да претпоставите зошто навлегувањето на СО2 од страна на океанот е толку бавно: Бидејќи се потребни неколку стотици години да се помине низ циркулацијата што се превртува, внесувањето на СО2 не може да се одвива многу побрзо. На крајот на краиштата, водата богата со СО2 треба прво да се транспортира надолу од површината. Навлегувањето само на површината може да се случи толку брзо; Ако водата не се замени со нова, капацитетот на резервоарот за складирање брзо се исцрпува!
4.2 Органската пумпа
Во зависност од снабдувањето со хранливи материи, голем број на растенија и животни живеат во океанот, од кои повеќето се близу до површината, каде што има доволно светлина за растенијата, а со тоа и доволно растенија за да ги хранат животните. Ако овие растенија и животни умрат или ако излачуваат супстанции, тие тонат во длабочините поради силата на гравитацијата. Во зависност од тоа колку се големи и тешки, тие тонат брзо или бавно, а во зависност од тоа колку добро се раствораат во водата, тие стигнуваат многу далеку или не многу далеку. Во длабочините каде што се раствораат, тие се распаѓаат во неоргански јаглерод, така што таму се додава дополнителен јаглерод. Од друга страна, на површината, каде што растенијата апсорбираат СО2 за време на фотосинтезата, тие ја намалуваат содржината на јаглерод.
Атмосферската содржина на CO2 би била околу 150-200 ppm поголема во рамнотежа без органската пумпа, што е многу во споредба со прединдустриската вредност од 280 ppm.
4.3 Пумпа за бројач на карбонат
Оваа пумпа всушност не е вистинска пумпа бидејќи, за разлика од претходните две, предизвикува повисоко ниво на СО2 во атмосферата; затоа се нарекува и „пумпа за бројач“. Како тие работат е резултат на прилично комплицираната хемија на океаните и не е многу лесно да се објасни на сеопфатен начин. Заради едноставност, сепак, обично се смета одговорна реакција во која карбонат и СО2 реагираат и формираат водород карбонат (двете надворешни соединенија во равенката на пуферот стануваат средно). Ова значи дека колку повеќе карбонат има, толку помалку CO2 има затоа што реагира далеку. Двете соединенија се однесуваат во спротивни насоки во нивната концентрација. Имајте на ум, ова е ограничување на правилото дека односот на јаглеродните соединенија останува ист и посебна карактеристика во споредба со другите киселини во вода.
Контра-пумпата карбонат сега произлегува од фактот дека некои живи суштества (како ракови) градат лушпи од вар (калциум карбонат; CaCO3). Кога умираат, тие тонат во длабочините и го отстрануваат врзаниот карбонат од горните слоеви, каде што како резултат се зголемува содржината на СО2. Алтернативно и попрецизно објаснување, од друга страна, е дека јони на калциум исто така се губат на површината со карбонатот, што влијае на јонската рамнотежа (неутрализирање на позитивно и негативно наелектризирани честички). Вар што тоне е електрично неутрален, но рамнотежата на тампон системот не зависи само од (хидроген) карбонатните јони и протоните, туку и од некои други позитивно наелектризирани јони кои електрично ги балансираат негативните компоненти на DIC.
Карбонатната пумпа е насочена против другите две, но нејзината јачина е само околу една десетина поголема од органската и пумпата за растворливост, така што не е толку важна.
5 Складирање на јаглерод во иднина
За во иднина, секако е интересно колку добро океанот може да ги апсорбира човечките емисии на СО2. За да го направите ова, треба да процените како најверојатно може да се развијат пумпите. Јасно е дека со поголема концентрација на СО2 во атмосферата, океанот апсорбира и повеќе СО2 отколку порано; Колку ефикасно го прави ова, сепак, зависи од океанскиот модел и основните претпоставки! Важна точка е ограничувањето на тампон-ефектот на океанот. Складирањето на карбонат и хидроген карбонат, исто така, има ограничен капацитет, така што сè помалку CO2 може да се претвори во овие две - „скривницата“ станува сè помала. Покрај тоа, повеќето од сегашните модели на циркулација на океаните покажуваат послабо тонење за следниот век отколку порано во Северен Атлантик, главно (но не само) затоа што високите географски широчини се загреваат побрзо, а топла вода повеќе не тоне исто така. Притоа, СО2 веќе нема да може да се транспортира толку ефикасно. Физичката пумпа е ослабена од климатските промени. Затоа, веројатно повеќе CO2 ќе остане во атмосферата, што дополнително ќе го загрее загревањето.
Од друга страна, може да се замисли дека како резултат честичките што тонат на органската пумпа достигнуваат поголеми длабочини. На повеќето места на земјата во океанот, водата (како компензација за тонењето во високите географски широчини) тече од дното кон врвот, што го забавува тонењето на честичките. Со послаба циркулација, тие повеќе не би се забавувале толку многу и можеле да го пренесат јаглеродот до поголеми длабочини, што исто така помага да се отстрани СО2 од воздухот. Двата ефекти се тешки за проценка затоа што компјутерските модели оставаат премногу отворени можности што не можат да се исклучат. Сепак, се верува дека слабеењето на физичката пумпа ќе биде поважно од засилената органска пумпа.
Без оглед на пумпите, треба да се забележи и дека растворот на СО2 во океанската вода нема секогаш да биде толку силен како порано. Ова е затоа што тампон на океанот станува послаб кога има повеќе јаглерод во него. За жал, можноста за апсорпција на СО2 не е неограничена. Покрај тоа, океанот станува се повеќе кисел поради повеќе CO2, така што многу живи суштества не можат повеќе да живеат добро во него. Повеќе за ова може да се најде во написот закиселување на океанот.