Обмен двуокисью углерода между атмосферой и океаном

Электрохимические процессы в океане

Поскольку морская вода представляет собой электролит, то естественно, что в океане протекают разнообразные электрохимические процессы.

Морская вода является проводником электричества, поэтому при ее движении через магнитное поле Земли в соответствии с законом электроиндукции возникает э.д.с.

Зависимость между разницей потенциалов и скоростью течения воды в океане имеет следующий вид:

Ñ2j=H.u, (6.4)

где Н –интенсивность магнитного поля Земли; u -скорость течения; j - разница потенциалов.

Электрические токи в океане, вызванные совместным действием земного магнетизма и движения воды, могут влиять на многие подводные технические сооружения, приводить к возникновению концентрационных ячеек.

Номура [1941] установил, что в мелководной зоне моря между придонным и верхним слоями воды может возникать значительная разность потенциалов, достигающая иногда 0,4 в. в пресной и солоноватой воде, когда буферные реакции слабы, окислительно-восстановительный потенциал близок величине рН.

Гольдберг [1954] считает, что в основе образования марганцевых конкреций, встречаемых в глубоководной зоне лежит электрохимический процесс аккумуляции марганца и железа.

Углекислота поступает в океан в результате жизнедеятельности организмов, подводного вулканизма и растворения углекислоты атмосферы. Удаление углекислоты происходит под влиянием поглощения ее фитопланктоном при фотосинтезе, садке карбонатных отложений. Тем не менее главным механизмом, регулирующим режим углекислоты в океане, оказывается растворение в нем углекислоты атмосферы, поэтому постоянство количества углекислоты в атмосфере является одним из самых удивительных эффектов.

Распределение углекислоты в океане по глубине имеет две особенности. Вначале наблюдается незначительное уменьшение углекислоты за счет фотосинтеза, затем происходит интенсивное увеличение содержания углекислоты, вызванное окислением органического материала, поэтому глубинные воды всегда содержат углекислоту в большем количестве, чем поверхностные.

Длительность пребывания углекислоты в атмосфере и океане, скорость ее прохождения через эту часть кругового цикла оценивается исследователями в 7—30 лет.

В океане двуокись углерода присутствует в виде Н₂СО₃, НСО^-₃, СО²₃, органического вещества; общее ее содержание оценивается в 1,4 х 10²⁰ г, что примерно в 60 раз превосходит ее количество в атмосфере.

По расчетным данным наибольшее количество углекислоты производится живыми организмами, в то же время предполагается, что количество углекислоты, расходующееся при эрозии и седиментации, сопровождаемых преобразованием силикатов в карбонаты, приблизительно равно ее количеству, поступающему за счет вулканической деятельности, деятельности фумарол, горячих источников и т.п.

Количество углерода, содержащегося в организмах, будучи выражено через СО₂, составляет около 0,145 х 10²⁰ г, что в 6 или 7 раз превышает содержание СО₂ в атмосфере. Как указывал В.И. Вернадский, организмы являются важным звеном в геохимическом цикле углерода.

Другой важный момент заключается в том, что в океане в растворенном состоянии также находится колоссальное количество углекислоты. Средняя общая концентрация СО₂ в морской воде составляет 2,3 миллимоля/л. У поверхности моря, где вода соприкасается с воздухом, наблюдается тенденция к установлению одинакового парциального давления СО₂ в атмосфере и в морской воде. Таким образом, океаном может контролироваться содержание СО₂ в атмосфере.

Скорость обмена молекулами углекислоты между морской водой и атмосферой может быть легко установлена на основании имеющихся определений радиоуглеродного возраста морских осадков и организмов.

По данным Зюсса [1954, 1955], средний радиоуглеродный возраст морских организмов (по пробам из Атлантического океана) составляет 430 лет.

Исходя из наблюдений за поведением С¹⁴ в атмосфере и океане Ревель и Зюсс [1957] оценивают время пребывания углекислоты в атмосфере 14-30 лет.

Определение парционального давления углекислоты в воздухе и в поверхностных водах Атлантического океана Такахаши [1959] установили, что концентрация двуокиси углерода в воздухе непосредственно над поверхностью моря довольно постоянна, в среднем около 317,4 ррm, и что океан абсорбирует углекислоту всей площадью своей поверхности. По данным Такахаши, средняя концентрация углекислоты в атмосферном воздухе 320,8 ррm.

Дата добавления: 2014-01-07