Szén az óceánban - éghajlatváltozás

Az óceánban lévő szén képezi saját körforgását, amely része a teljes szénforgalomnak, és cserélődik a földi szénforgalommal és a légkör szén-dioxidjával. A légkörrel való cseréje erősen befolyásolja annak szén-dioxid-koncentrációját.

Tartalomjegyzék

  • 1 Az óceáni fedőréteg
    • 1.1. Kémiai puffer
    • 1.2 Biológiai puffer
  • 2 A mély óceán
    • 2.1 A fizikai szivattyú
    • 2.2 A biológiai szivattyú
    • 2.3 A karbonát számláló szivattyú
  • 3 Összefoglalás
  • 4 bizonyíték
  • 5 weblink
  • 6 irodalom
  • 7 Engedélyről szóló értesítés

1 Az óceáni fedőréteg

óceánban

A szén-dioxid azon tulajdonságai, amelyek meghatározóak a légkör és az óceán közötti cserében, a könnyű oldhatóság és a kémiai reakcióképesség a vízben. Az oldhatóságot a hőmérséklet, a sótartalom, a légnyomás, a széltől függő keveredés és egyéb tényezők határozzák meg, a hőmérséklet befolyásolja a legnagyobb mértékben. A magasabb hőmérsékletű víz kevesebb szenet képes felszívni, mint az alacsonyabb hőmérsékletű víz. 1 ° C-os hőmérséklet-emelkedéssel az óceáni fedőrétegben a CO2 parciális nyomása hosszabb ideig (évszázadok alatt) 7-10 ppm-rel növekszik. [3] A forgatókönyvtől függően ez a hatás a század végére 9–14% -kal csökkentheti a CO2 teljes felvételét. [4]

1.1. Kémiai puffer

Három típusú szénvegyület létezik az óceánban:

  1. oldott szervetlen szén (DIC),
  2. oldott szerves szén (DOC), és
  3. szemcsés szerves szén (POC).

Túlnyomó része szervetlen, oldott szerves szén. A DIC, DOC és POC nagyjából 2000: 38: 1 arányban vannak. [5] Az óceánban az oldott szervetlen szén túlnyomórészt, azaz 91% hidrogén-karbonát (HCO3 -), 8% karbonát (CO 3 2-) és 1% fizikailag oldott CO2. A CO2 szinte teljesen átalakul más vegyületekké, amikor felszívódik a légkörből. Ez alapvetően megkülönbözteti az óceán szén-dioxidját a légkörben lévőtől, ahol semmilyen kémiai reakcióba nem lép. A tengerben viszont a CO2 vízzel és karbonáttal reagálva hidrogén-karbonátot képez (CO2 + CO3 2- + H2O = 2 HCO3 -).

1.2 Biológiai puffer

Az óceáni takarórétegben oldott légköri szén-dioxid nemcsak kémiailag átalakul, hanem a fitoplankton fotoszintézisével is kötődik. A szén felszívódik szén-dioxid vagy hidrogén-karbonát formájában. Ez csökkenti a felső rész vízrétegében a CO2 parciális nyomását, és ezáltal elősegíti a szén-dioxid felszívódását a légkörből. Az óceáni fitoplankton bruttó elsődleges termelését évi 103 Gt C-ra becsülik, a légzést (autotróf légzés) 58 Gt C-ra, a nettó elsődleges termelést ennek megfelelően 45 Gt C-ra évente. A kapott szerves szenet, amely megkötött a fitoplanktonban, a zooplankton elfogyasztja, évente 34 Gt C-t szabadul fel heterotróf légzés útján. A többi közvetlenül vagy közvetve hulladékká válik (detritus).

2 A mély óceán

Az oldott szervetlen szén koncentrációja jelentősen megnő az óceáni fedőréteg alatt. Az ok két alapvető folyamatban rejlik az óceán belsejében: a "fizikai szivattyú" és a "biológiai szivattyú". A fizikai szivattyúval a CO2 a mélységbe jut a víz elnyelésével, a biológiai szivattyú pedig a szerves anyagok elsüllyedésével, amelyekben a szén megkötött.

2.1 A fizikai szivattyú

A fizikai szivattyú hatása többek között a termohalin keringésétől függ. Mivel a CO2 különösen jól oldódik hideg vízben, a légköri szén-dioxid szállítását a mélyebb óceánba elsősorban az Atlanti-óceán északi részén található nagy sűrűségű hidegvíz képződése és az antarktiszi cirkumpoláris áramlás szabályozza. A nagy víztömegek mélységbe süllyedésével és további nagy távolságokra, részben az egész óceánra történő elterjedésével a CO2 hatékonyan kivonul a légkörrel való cseréből, hosszú időn keresztül, évtizedektől évszázadokig. Ez azonban azt is jelenti, hogy az óceán belső szén-egyensúlyának zavara a légkörből származó további CO2-felvétel miatt legfeljebb 1000 évig kompenzálható, vagyis az óceán felborulási ideje a termohalin-keringésen keresztül. A hosszú csereidő fő oka az, hogy egyrészt az óceáni mély áramlatok víztömege nagyon lassan mozog, másrészt az óceán nagy részein egy melegebb és könnyebb fedőréteg megakadályozza a mély víz felemelkedését.

A globális éghajlatváltozás következtében az óceán felszíni vizei is felmelegednek, és kevesebb hideg víztömeg képződik, amelyek a mélybe süllyedhetnek. Ez csökkenti a "fizikai szivattyú" révén a szén szállítását a mélyebb óceánba. 1. a felszíni víz növekvő kémiai telítettsége és 2. a vízoszlop növekvő rétegződése együttes hatása miatt a szén-klíma rendszer két fontos negatív visszacsatolási hurok gyengül, és ezáltal csökken az antropogén szén felvétele az óceán által. A nagyság kritikusan attól függ, hogy az óceáni keringés és a kémiai keverék hogyan reagál az éghajlati kényszerre.

2.2 A biológiai szivattyú

A fotoszintézissel előállított szerves anyag szövetrészecskékként (szemcsés szerves szén = POC) mélyebbre süllyed, és ott újramineralizálódik, azaz feloldódik az alkotóelemeire. Ez a szerves szén lefelé irányuló áramlása az óceán felső részéből, amely a fotoszintézissel a felső óceánban megfogott szén körülbelül 25% -át teszi ki, "biológiai szivattyú" néven ismert, és jelenleg becslések szerint évente körülbelül 11 Gt C. Csak egy minimális része süllyed az üledékbe, főleg a part menti területeken. A maradék szerves szén átalakul az oldott szervetlen széndé (DIC) az óceán mélyén történő bomlás útján, amelyet azután emelkedő víz visszavezet a felszínre. Összességében a biológiai szivattyú biztosítja, hogy a légköri CO2-koncentráció 150-200 ppm-rel alacsonyabb legyen, mint az óceáni fitoplankton nélkül.

2.3 A karbonát számláló szivattyú

Ezen folyamatok mellett néhány fitoplankton- és zooplanktonfaj kalciumhéjat (CaCO3) alkot, amelyek mélyebb rétegekbe süllyednek, ahol annak egyes részei feloldódnak. Az oldódás csak olyan mélységekben megy végbe, ahol már nincs karbonát-telítettség, vagyis az úgynevezett lizoclin alatt (ahol az oldhatóságban a nagy nyomás miatt erőteljes változás következik be), amely az Atlanti-óceán északi részén 5 km, a Csendes-óceán északi részén 1 km . A szilárd szerves anyagok lefelé történő szállítása a felületi DIC csökkenéséhez is vezet, de a karbonátot távolítják el a felszínről. A karbonát és a CO2 fentebb kifejtett reakciója miatt a pufferrendszer egyensúlya több CO2 felé tolódik el. Tehát hiába süllyed a szén, ez a folyamat paradox módon növeli a légkör CO2-mennyiségét. Ezt a mechanizmust néha "karbonátpumpának" nevezik, de néha a biológiai szivattyú részeként értik.

3 Összefoglalás

Az iparosodás kezdete óta az oldott szervetlen szén (DIC) mennyisége az óceánban 118 Gt C-kal nőtt, ebből csak 18 Gt C található a felső, és 100 Gt C a mélyebb óceánban. Összehasonlításképpen: a légkör növekedése ugyanebben az időszakban 165 Gt C volt (lásd a szén körforgását). Összességében azonban az óceánban az antropogén szén több mint fele még mindig a felső 400 m-ben található. Az óceán szén-dioxid-felvételének aránya az összes antropogén kibocsátásban valószínűleg az utóbbi időben 42% -ról 37% -ra csökkent. [6]

A következő mechanizmusok valószínűleg biztosítják, hogy a jövőben csökkenjen az antropogén szén-dioxid felvétele a légkörből az óceán részéről:

  • az óceán felmelegedése
  • a kémiai puffer gyengülése
  • a fizikai szivattyú gyengülése

Az antropogén szén-dioxid felvétele elsősorban biológiai folyamatokkal növelhető, nevezetesen:

  • a biológiai puffer megerősítése
  • a biológiai szivattyú intenzívebbé válása