Carbonul în ocean (simplu) - schimbările climatice

Oceanul este foarte important pentru cantitatea de dioxid de carbon (simplu) (CO2) din atmosferă, deci și pentru amploarea efectului de seră. Acest lucru se datorează faptului că poate absorbi cantități uriașe de CO2 și, prin urmare, ia o parte din CO2 pe care oamenii îl emit din aer. Pentru a face acest lucru, el are însă nevoie de mult mai mult timp decât este disponibil pentru el cu emisiile puternice de astăzi; și, prin urmare, o parte din emisiile de CO2 rămân în atmosferă (aproximativ 40%). Pe lângă ocean, plantele de pe uscat absorb și CO2.

ocean

Subiectul acestui articol este motivul pentru care oceanul se comportă astfel și ce influențează comportamentul său acum și în viitor.

Cuprins

  • 1 Ce determină schimbul de CO2?
  • 2 Unele chimii: sistemul tampon
  • 3 presiune parțială și concentrație
  • 4 Cele trei pompe de carbon
    • 4.1 Pompa fizică
    • 4.2 Pompa organică
    • 4.3 Pompa contra carbonatului
  • 5 Depozitarea carbonului în viitor
  • 6 Notificare de licență

1 Ce determină schimbul de CO2?

Datorită greutății aerului, există întotdeauna o anumită presiune în atmosferă, presiunea aerului. Proporția de dioxid de carbon din această presiune se numește presiune parțială. Același lucru se aplică în ocean: Porțiunea de presiune a gazului CO2 dizolvat în apă este presiunea parțială din ocean. Aceste două presiuni parțiale se întâlnesc acum la suprafața mării. Dacă presiunea parțială din ocean este mai puternică, oceanul eliberează CO2 în atmosferă. Dacă, pe de altă parte, presiunea parțială din aer crește, oceanul absoarbe CO2, așa cum se întâmplă astăzi, deoarece din ce în ce mai mult CO2 este eliberat în atmosferă de către oameni.

Vă puteți imagina că presiunea, și nu cantitatea, determină schimbul dintre atmosferă și ocean folosind o sticlă de sifon (sau o altă băutură carbogazoasă): capacul este înșurubat astfel încât să nu se desprindă, așa că apasă puținul aer din sticlă. La deschidere, presiunea din exterior este redusă prin îndepărtarea capacului. Prin urmare, presiunea moleculelor de CO2 din băutură este brusc mai mare decât contrapresiunea din exterior și CO2 părăsește sticla. Puteți vedea acest lucru în numeroasele bule mici care se formează în interior și puteți auzi sunetul șuierător atunci când gazul scapă. Acest lucru se întâmplă chiar dacă cantitatea de CO2 din sticlă și aer nu s-a schimbat deloc când a fost deschisă (la început). Diferența de presiune este singurul motiv pentru care CO2 curge în sau în afara apei.

2 Unele chimii: sistemul tampon

Dioxidul de carbon se comportă complet diferit în apă decât în ​​atmosferă. Din păcate, CO2 nu se transformă în alte substanțe din atmosferă, motiv pentru care rămâne în aer până la 200 de ani și provoacă o problemă climatică în cantități prea mari. Dispare din atmosferă numai atunci când este absorbit de ocean sau de vegetația de pe uscat. Pe ocean, pe de altă parte, CO2 este transformat în două substanțe noi în combinație cu apă, hidrogen carbonat și carbonat. Cu toate acestea, în aceste procese de conversie se consumă și carbonatul, mai mult decât se produce atunci când dioxidul de carbon reacționează cu apa. Carbonatul de hidrogen și carbonatul conțin carbon (C), adică sunt compuși ai carbonului. În plus, CO2 pur este, de asemenea, dizolvat în apă.

Acești trei compuși de carbon sunt într-un anumit raport unul cu celălalt în ocean, în care predomină în mod clar hidrogen carbonatul: carbonat de hidrogen la carbonat la dioxid de carbon, cum ar fi 91: 8: 1. Deci, dacă adăugați o cantitate limitată de CO2 în apă, cea mai mare parte a acestuia este transformată în hidrogen carbonat. Acesta este unul dintre motivele pentru care oceanul poate deține atât de mult carbon. Dacă toți compușii de carbon ar fi prezenți doar sub formă de CO2, presiunea acestuia ar fi mai mare decât cea din atmosferă astăzi, astfel încât cea mai mare parte a oceanului ar pleca în atmosferă. Dar, deoarece cea mai mare parte a acestuia nu este prezent ca CO2, este „ascuns” de atmosferă, deoarece vede doar presiunea din CO2. Această „ascundere” este comună în soluțiile chimice și este cunoscută sub numele de tampon.

Apropo, creaturile din ocean au, de asemenea, un fel de efect tampon. Plantele fotosintetice elimină, de asemenea, CO2 din apă și îl rețin sub formă de alți compuși. Cu toate acestea, cantitatea de carbon legată în viața marină este foarte mică (3 miliarde de tone dintr-un total de 38.000 de miliarde de tone din ocean). De ce aceste creaturi sunt totuși foarte importante pentru eliminarea CO2 din aer este discutat mai jos („Pompa organică”).

3 presiune parțială și concentrație

După cum s-a descris mai sus, presiunea este decisivă pentru cantitatea de CO2 din aer în echilibrul dintre ocean și atmosferă. Presiunea parțială din ocean nu este aceeași cu cantitatea de carbon din ocean, de ex. ca concentrație (numărul de particule într-un metru cub). Pentru a determina cât de mult carbon poate stoca oceanul, trebuie să cunoaștem relația dintre presiunea parțială și concentrație. Factorul care leagă cei doi este solubilitatea CO2. Cu cât solubilitatea este mai bună, cu atât oceanul poate absorbi mai mult carbon fără ca presiunea parțială să crească. În plus, raportul compușilor individuali de carbon între ei se poate schimba, de exemplu în condiții diferite, proporția de CO2 în cantitatea totală de carbon este, de asemenea, diferită. Dacă proporția de CO2 este mai mare, mai puțin poate fi stocat în ocean, astfel încât „ascunzătoarea” nu mai funcționează la fel de bine. Ambele variabile care influențează, solubilitatea și echilibrul dintre compușii carbonului, sunt influențate de:

  • temperatura
  • salinitatea
  • presiunea (care este întotdeauna aproximativ aceeași la suprafață!)
  • compoziția apei de mare (deoarece conține multe alte substanțe care pot avea o influență)

Dacă comparați proprietățile tipice ale apei de mare din diferite locuri din lume, puteți vedea că diferențele de temperatură au cea mai mare influență asupra cantității de carbon pe care oceanul o poate absorbi.

4 Cele trei pompe de carbon

Dacă măsurați concentrația compușilor de carbon la diferite adâncimi, puteți vedea că aceasta crește semnificativ până la o adâncime de aproximativ 1000 m. Acest fapt înseamnă, de asemenea, că oceanul poate stoca atât de mult CO2. Dacă ar exista o concentrație la suprafață la fel de mare ca în adâncuri, oceanul ar trebui să elibereze o parte din ea în atmosferă, deoarece presiunea parțială ar fi prea mare. Cu toate acestea, atmosfera se confruntă doar cu un conținut scăzut la suprafață, cantitățile mari în adâncime sunt ferite de depășirea gazelor.

Dar cum poate fi faptul că compușii carbonului nu sunt distribuiți astfel încât aceste diferențe să fie reduse? La urma urmei, o picătură de cerneală într-un pahar cu apă se va amesteca în cele din urmă uniform cu apa. Motivul trebuie să fie acela că alte procese mișcă în mod constant carbonul de sus în jos, în direcția amestecării voluntare - la fel ca o pompă care transportă apă pe munte care ar curge de la sine. Din acest motiv, aceste procese sunt numite și pompe.

4.1 Pompa fizică

Pompa fizică se mai numește „pompă de solubilitate” deoarece se bazează pe dependența solubilității de CO2 de temperatură. La tropice, unde este cald, apa nu poate absorbi mult CO2; dimpotrivă, oceanul de acolo eliberează și mai mult CO2 decât absoarbe. În latitudinile înalte, cum ar fi Oceanul Sudic, Atlanticul de Nord și Oceanul Arctic, apa absoarbe mai mult CO2 decât emite. Deoarece ramura scufundării circulației oceanice globale poate fi găsită și în aceste locuri, apa bogată în CO2 este transportată în adâncuri. Apoi se răspândește către ecuator, astfel încât apa rece, bogată în CO2, să se împingă sub apa caldă și săracă în CO2 aproape de suprafață.

Această pompă explică aproximativ jumătate din diferența de carbon dintre partea superioară și cea inferioară. Puteți, de asemenea, să ghiciți de ce absorbția de CO2 de către ocean este atât de lentă: deoarece este nevoie de câteva sute de ani pentru a trece prin circulația răsturnată, absorbția de CO2 nu poate avea loc mult mai repede. La urma urmei, apa bogată în CO2 trebuie mai întâi transportată în jos de la suprafață. Doar absorbția la suprafață se poate întâmpla atât de repede; Dacă apa nu este înlocuită cu una nouă, capacitatea rezervorului de stocare se epuizează rapid!

4.2 Pompa organică

În funcție de aportul de nutrienți, în ocean trăiesc o serie de plante și animale, dintre care cele mai multe sunt aproape de suprafață, unde există suficientă lumină pentru plante și, prin urmare, suficiente plante pentru a hrăni animalele. Dacă aceste plante și animale mor sau elimină substanțe, acestea se scufundă în adâncuri din cauza forței gravitaționale. În funcție de cât de mari și grele sunt, se scufundă rapid sau încet și, în funcție de cât de bine se dizolvă în apă, ajung foarte departe sau nu. În adâncurile în care se dizolvă, se descompun în carbon anorganic, astfel încât se adaugă carbon suplimentar acolo. Pe de altă parte, la suprafață, unde plantele absorb CO2 în timpul fotosintezei, reduc conținutul de carbon.

Conținutul de CO2 atmosferic ar fi cu 150-200 ppm mai mare în echilibru fără pompa organică, ceea ce este foarte mult comparativ cu valoarea pre-industrială de 280 ppm.

4.3 Pompa contra carbonatului

Această pompă nu este de fapt o pompă reală deoarece, spre deosebire de cele două anterioare, provoacă un nivel mai ridicat de CO2 în atmosferă; de aceea este denumită și „contra pompă”. Modul lor de funcționare este un rezultat al chimiei oceanului destul de complicat și nu este foarte ușor de explicat într-un mod cuprinzător. Din motive de simplitate, totuși, este de obicei responsabilă o reacție în care carbonatul și CO2 reacționează pentru a forma hidrogen carbonat (cei doi compuși externi din ecuația tampon devin astfel cel din mijloc). Aceasta înseamnă că cu cât este mai mult carbonat, cu atât este mai puțin CO2, deoarece reacționează la distanță. Cei doi compuși se comportă în direcții opuse în concentrația lor. Atenție, aceasta este o restricție a regulii conform căreia raportul compușilor de carbon rămâne același și o caracteristică specială în comparație cu alți acizi din apă.

Contra-pompa de carbonat apare acum din faptul că unele viețuitoare (cum ar fi crustaceele) acumulează coji de var (carbonat de calciu; CaCO3). Când mor, se scufundă în adâncuri și îndepărtează carbonatul legat din straturile superioare, unde rezultatul crește conținutul de CO2. O explicație alternativă și mai precisă, pe de altă parte, este că ionii de calciu se pierd și la suprafață odată cu carbonatul, care influențează echilibrul ionic (compensarea particulelor încărcate pozitiv și negativ). Varul care se scufundă este neutru din punct de vedere electric, dar echilibrul sistemului tampon nu depinde numai de ioni și protoni (hidrogen) carbonat, ci și de alți ioni încărcați pozitiv care echilibrează electric componentele DIC negative.

Pompa de carbonat este îndreptată împotriva celorlalte două, dar rezistența sa este de doar aproximativ o zecime la fel de mare ca pompa organică și de solubilitate, astfel încât nu este la fel de important.

5 Depozitarea carbonului în viitor

Pentru viitor, este desigur interesant cât de bine oceanul poate absorbi emisiile de CO2 umane. Pentru a face acest lucru, trebuie să estimați cum se pot dezvolta probabil pompele. Este clar că, cu o concentrație mai mare de CO2 în atmosferă, oceanul absoarbe, de asemenea, mai mult CO2 decât înainte; Cât de eficient face acest lucru, totuși, depinde de modelul oceanului și de ipotezele de bază! Un punct important este limitarea efectului tampon al oceanului. Depozitarea carbonatului și a hidrogenului carbonat are, de asemenea, o capacitate limitată, astfel încât din ce în ce mai puțin CO2 ar putea fi transformat în aceste două - „ascunzătoarea” devine mai mică. În plus, majoritatea modelelor actuale de circulație oceanică arată o scufundare mai slabă pentru secolul următor decât în ​​Atlanticul de Nord, mai ales (dar nu numai), deoarece latitudinile ridicate se încălzesc mai repede, iar apa caldă nu se mai scufundă la fel. Procedând astfel, CO2 nu va mai putea fi transportat departe atât de eficient. Pompa fizică este slăbită de schimbările climatice. Prin urmare, este mai probabil să rămână mai mult CO2 în atmosferă, ceea ce va alimenta în continuare încălzirea.

Pe de altă parte, este de conceput ca, ca rezultat, particulele care se scufundă ale pompei organice să atingă adâncimi mai mari. În majoritatea locurilor de pe pământ în ocean, apa (pentru a compensa scufundarea în latitudini mari) curge de jos în sus, ceea ce încetinește scufundarea particulelor. Cu o circulație mai slabă, acestea nu ar mai fi încetinite la fel de mult și ar putea transporta carbonul la adâncimi mai mari, ceea ce ajută și la eliminarea CO2 din aer. Ambele efecte sunt dificil de evaluat, deoarece modelele de calculator lasă deschise prea multe posibilități care nu pot fi excluse. Cu toate acestea, se crede că slăbirea pompei fizice va fi mai importantă decât pompa organică întărită.

Indiferent de pompe, trebuie remarcat și faptul că soluția de CO2 din apa oceanului nu va fi întotdeauna la fel de puternică ca înainte. Acest lucru se datorează faptului că tamponul oceanului devine mai slab atunci când există mai mult carbon în el. Din păcate, capacitatea de a absorbi CO2 nu este nelimitată. În plus, oceanul devine din ce în ce mai acid din cauza mai multor CO2, astfel încât multe viețuitoare nu mai pot trăi bine în el. Mai multe despre acest lucru puteți găsi în articolul Acidificarea oceanelor.