Uhlík v oceáne - zmena podnebia

Uhlík v oceáne vytvára svoj vlastný cyklus, ktorý je súčasťou celkového uhlíkového cyklu, a vymieňa si ho s pozemským uhlíkovým cyklom a oxidom uhličitým v atmosfére. Výmena s atmosférou silne ovplyvňuje jeho koncentráciu oxidu uhličitého.

Obsah

  • 1 Oceánska krycia vrstva
    • 1.1 Chemický pufor
    • 1.2 Biologický pufer
  • 2 Hlboký oceán
    • 2.1 Fyzické čerpadlo
    • 2.2 Biologické čerpadlo
    • 2.3 Počítadlo uhličitanov
  • 3 Zhrnutie
  • 4 individuálne dôkazy
  • 5 webových odkazov
  • 6 literatúry
  • 7 Oznámenie o licencii

1 Oceánska krycia vrstva

organický uhlík

Rozhodujúcimi vlastnosťami oxidu uhličitého na výmenu medzi atmosférou a oceánom sú jeho ľahká rozpustnosť a chemická reaktivita vo vode. Rozpustnosť je určená teplotou, slanosťou, tlakom vzduchu, miešaním závislým od vetra a ďalšími faktormi, pričom teplota má najväčší vplyv. Voda pri vyššej teplote môže absorbovať menej uhlíka ako voda pri nižšej teplote. So zvyšovaním teploty o 1 ° C sa parciálny tlak CO2 v oceánskej krycej vrstve zvyšuje o 7 - 10 ppm počas dlhšieho časového obdobia (storočia). [3] V závislosti od scenára môže tento efekt znížiť do konca storočia celkovú absorpciu CO2 o 9–14%. [4]

1.1 Chemický pufor

V oceáne existujú tri typy zlúčenín uhlíka:

  1. rozpustený anorganický uhlík (DIC),
  2. rozpustený organický uhlík (DOC) a
  3. časticový organický uhlík (POC).

Prevažná väčšina je rozpustená v anorganickom prostredí, po ktorom nasleduje rozpustený organický uhlík. DIC, DOC a POC sú zhruba v pomere 2000: 38: 1. [5] Rozpustený anorganický uhlík v oceáne je prevažne, t. J. 91%, ako hydrogenuhličitan (HCO3-), 8% ako uhličitan (CO3 2-) a 1% ako fyzicky rozpustený CO2. CO2 sa takmer úplne premieňa na iné zlúčeniny, keď je absorbovaný z atmosféry. Toto zásadne odlišuje oxid uhličitý v oceáne od oxidu v atmosfére, kde nevstupuje do žiadnych chemických reakcií. V mori naproti tomu CO2 reaguje s vodou a uhličitanom za vzniku hydrogenuhličitanu (CO2 + CO3 2- + H2O = 2 HCO3 -).

1.2 Biologický pufer

Atmosférický oxid uhličitý rozpustený v oceánskej krycej vrstve sa nielen chemicky prevádza, ale tiež sa viaže fotosyntézou fytoplanktónu. Uhlík je absorbovaný vo forme oxidu uhličitého alebo hydrogénuhličitanu. To znižuje parciálny tlak CO2 v hornej vodnej vrstve a tým podporuje absorpciu oxidu uhličitého z atmosféry. Hrubá primárna produkcia oceánskeho fytoplanktónu sa odhaduje na 103 Gt C ročne, dýchanie (autotrofné dýchanie) na 58 Gt C a čistá primárna produkcia zodpovedajúcim spôsobom na 45 Gt C ročne. Výsledný organický uhlík, ktorý je viazaný vo fytoplanktóne, je spotrebovaný zooplanktónom a 34 Gt C ročne sa uvoľňuje opäť prostredníctvom heterotrofného dýchania. Zvyšok sa stáva odpadom, priamo alebo nepriamo (troska).

2 Hlboký oceán

Koncentrácia rozpusteného anorganického uhlíka výrazne rastie pod oceánskou krycou vrstvou. Príčina spočíva v dvoch základných procesoch vo vnútri oceánu: „fyzické čerpadlo“ a „biologické čerpadlo“. Fyzickým čerpadlom sa CO2 prenáša do hĺbky ponorením vodných hmôt, biologickým čerpadlom ponorením organických látok, v ktorých je viazaný uhlík.

2.1 Fyzické čerpadlo

Účinok fyzického čerpadla závisí okrem iného od cirkulácie termohalínu. Pretože CO2 je obzvlášť rozpustný v studenej vode, je transport atmosférického oxidu uhličitého do hlbších oceánov primárne riadený tvorbou studenej vody s vysokou hustotou v severnom Atlantiku a v antarktickom cirkumpolárnom prúde. Vďaka potopeniu veľkých vodných hmôt do hlbín a ich ďalšiemu šíreniu na veľké vzdialenosti, čiastočne po všetkých oceánoch, je CO2 efektívne odvádzaný z výmeny s atmosférou na dlhé časové obdobia, od desaťročí po storočia. To však tiež znamená, že narušenie vnútornej oceánskej uhlíkovej rovnováhy v dôsledku dodatočnej absorpcie CO2 z atmosféry je možné kompenzovať iba po dobu až 1 000 rokov, čo je doba prevrátenia oceánu cirkuláciou termohalínu. Hlavným dôvodom dlhých výmenných časov je to, že po prvé sa vodné masy oceánskych hlbokých prúdov pohybujú veľmi pomaly a po druhé, vo veľkých častiach oceánu teplejšia a ľahšia povrchová vrstva zabraňuje stúpaniu hlbokej vody.

V dôsledku globálnych klimatických zmien sa tiež otepľuje povrchová voda oceánu a vytvára sa menej masy studenej vody, ktoré by mohli klesnúť do hĺbky. To znižuje transport uhlíka do hlbšieho oceánu pomocou „fyzickej pumpy“. V dôsledku kombinovaného účinku 1. zvyšujúcej sa chemickej saturácie povrchovej vody a 2. zvyšujúcej sa stratifikácie vodného stĺpca sú oslabené dve dôležité slučky negatívnej spätnej väzby v systéme uhlík-podnebie a tým sa znižuje rýchlosť absorpcie antropogénneho uhlíka oceánom. Veľkosť kriticky závisí od toho, ako oceánska cirkulácia a chemická zmes reagujú na klimatické pôsobenie.

2.2 Biologické čerpadlo

Organický materiál generovaný fotosyntézou klesá ako častice tkaniva (časticový organický uhlík = POC) do väčšej hĺbky a je tam remineralizovaný, t.j. rozpustený vo svojich zložkách. Tento tok organického uhlíka smerom nadol z horného oceánu, ktorý predstavuje asi 25% uhlíka zachyteného v hornom oceáne fotosyntézou, je známy ako „biologická pumpa“ a v súčasnosti sa odhaduje na asi 11 Gt C ročne. Iba minimálna časť klesá do sedimentu, hlavne v pobrežnej oblasti. V hlbokom oceáne sa zvyšný organický uhlík premieňa späť na rozpustený anorganický uhlík (DIC), ktorý sa vracia na povrch stúpajúcou vodou. Celkovo biologické čerpadlo zaisťuje, že koncentrácia CO2 v atmosfére je o 150 - 200 ppm nižšia ako hodnota, ktorá by existovala bez oceánskeho fytoplanktónu.

2.3 Počítadlo uhličitanov

Okrem týchto procesov tvoria niektoré druhy fytoplanktónu a zooplanktónu škrupiny vápnika (CaCO3), ktoré klesajú do hlbších vrstiev, kde sú ich časti rozpustené. K rozpusteniu dochádza iba v hĺbkach, v ktorých už nie je žiadna saturácia uhličitanom, t. J. Pod takzvaným lysoklínom (kde dochádza k silnej zmene rozpustnosti spôsobenej vysokým tlakom), čo je 5 km v severnom Atlantiku a 1 km v severnom Pacifiku. . Transport tuhého organického materiálu smerom dole vedie tiež k zníženiu povrchového DIC, ale z povrchu sa odstráni uhličitan. Vďaka vyššie vysvetlenej reakcii medzi uhličitanom a CO2 sa rovnováha tlmivého systému posúva smerom k väčšiemu množstvu CO2. Takže aj keď uhlík klesá, tento proces paradoxne zvyšuje obsah CO2 v atmosfére. Tento mechanizmus sa niekedy označuje ako „karbonátová pumpa“, ale niekedy sa chápe ako súčasť biologickej pumpy.

3 Zhrnutie

Od začiatku industrializácie sa množstvo rozpusteného anorganického uhlíka (DIC) v oceáne zvýšilo o 118 Gt C, z toho iba 18 Gt C nájdete v hornom a 100 Gt C v hlbšom oceáne. Pre porovnanie: prírastok atmosféry za rovnaké obdobie bol 165 Gt C (pozri uhlíkový cyklus). Celkovo je však viac ako polovica antropogénneho uhlíka v oceáne stále v horných 400 m. Podiel absorpcie CO2 v oceánoch na celkových antropogénnych emisiách sa v poslednej dobe pravdepodobne znížil zo 42% na 37%. [6]

Je pravdepodobné, že nasledujúce mechanizmy zabezpečia, že absorpcia antropogénneho oxidu uhličitého z atmosféry oceánom sa v budúcnosti zníži:

  • otepľovanie oceánu
  • oslabenie chemického pufra
  • oslabenie fyzickej pumpy

Vychytávanie antropogénneho oxidu uhličitého možno zvýšiť predovšetkým biologickými procesmi, a to:

  • posilnenie biologického pufra
  • zosilnenie biologickej pumpy