stringtranslate.com

Глубина компенсации карбоната

Глубина компенсации карбоната ( ГКК ) — это глубина в океанах, на которой скорость поступления карбонатов кальция совпадает со скоростью сольватации . То есть сольватация «компенсирует» поставку. Ниже ГКК сольватация происходит быстрее, поэтому карбонатные частицы растворяются, а карбонатные раковины ( панцири ) животных не сохраняются. Карбонатные частицы не могут накапливаться в осадках, где морское дно находится ниже этой глубины.

Кальцит является наименее растворимым из этих карбонатов, поэтому CCD обычно является глубиной компенсации для кальцита. Глубина компенсации арагонита ( ACD ) является глубиной компенсации для арагонитовых карбонатов. Арагонит более растворим, чем кальцит, и глубина компенсации арагонита, как правило, меньше как глубины компенсации кальцита, так и CCD.

Обзор

Концепция компенсации карбонатов  [1]
Известковые отложения могут накапливаться только на глубинах, меньших глубины компенсации карбоната кальция (CCD). Ниже CCD известковые отложения растворяются и не будут накапливаться. Лизоклин представляет собой диапазон глубин, в котором скорость растворения резко возрастает. [2]

Как показано на схеме, биогенный карбонат кальция (CaCO 3 ) образуется в фотической зоне океанов (зеленые круги). После смерти те тесты, которые избегают растворения вблизи поверхности, оседают вместе с глинистыми материалами. В морской воде граница растворения образуется в результате температуры, давления и глубины и известна как горизонт насыщения . [3] Выше этого горизонта воды перенасыщены, и тесты CaCO 3 в значительной степени сохраняются. Ниже него воды недонасыщены как из-за увеличивающейся растворимости с глубиной, так и из-за выделения CO 2 из распада органического вещества, и CaCO 3 будет растворяться. Скорость погружения мусора высока (широкие бледные стрелки), поэтому растворение происходит в основном на поверхности осадка.

На глубине карбонатной компенсации скорость растворения точно соответствует скорости подачи CaCO 3 сверху. В устойчивом состоянии эта глубина, CCD, подобна снеговой линии (первой глубине, где встречаются бедные карбонатами отложения). Лизоклин — это интервал глубин между глубинами насыщения и карбонатной компенсации. [4] [1]

Растворимость карбоната

Карбонат кальция в настоящее время практически нерастворим в поверхностных водах моря. Раковины мертвого известкового планктона, погружающиеся в более глубокие воды, практически не изменяются до тех пор, пока не достигают лизоклина , точки глубиной около 3,5 км, после которой растворимость резко возрастает с глубиной и давлением. К моменту достижения CCD [ необходимо уточнение ] весь карбонат кальция растворяется в соответствии с этим уравнением:

Известковый планктон и частицы осадка можно найти в толще воды выше CCD. Если морское дно находится выше CCD, донные осадки могут состоять из известковых отложений, называемых известковым илом , который по сути является типом известняка или мела . Если обнаженное морское дно находится ниже CCD, крошечные ракушки CaCO3 растворятся до достижения этого уровня, предотвращая отложение карбонатных осадков. По мере расширения морского дна тепловое оседание плиты, которое имеет эффект увеличения глубины , может привести к тому, что карбонатный слой окажется ниже CCD; карбонатный слой может быть предотвращен от химического взаимодействия с морской водой из-за вышележащих осадков, таких как слой кремнистого ила или глубинной глины, отложившейся поверх карбонатного слоя. [5]

Изменения в значении CCD

Точное значение CCD зависит от растворимости карбоната кальция, которая определяется температурой , давлением и химическим составом воды, в частности количеством растворенного CO 2 в воде. Карбонат кальция более растворим при более низких температурах и более высоких давлениях. Он также более растворим, если концентрация растворенного CO 2 выше. Добавление реагента к приведенному выше химическому уравнению сдвигает равновесие вправо, производя больше продуктов: Ca 2+ и HCO 3 − , и потребляя больше реагентов CO 2 и карбоната кальция в соответствии с принципом Ле Шателье .

В настоящее время CCD в Тихом океане составляет около 4200–4500 метров, за исключением зоны экваториального апвеллинга , где CCD составляет около 5000 м. В умеренном и тропическом Атлантическом океане CCD находится примерно на глубине 5000 м. В Индийском океане он занимает промежуточное положение между Атлантическим и Тихим океаном и составляет около 4300 метров. Изменение глубины CCD в значительной степени обусловлено длительностью времени, прошедшего с момента выхода придонной воды на поверхность; это называется «возрастом» водной массы . Термохалинная циркуляция определяет относительный возраст воды в этих бассейнах. Поскольку органический материал, такой как фекальные гранулы веслоногих рачков , опускается с поверхностных вод в более глубокие воды, глубоководные массы имеют тенденцию накапливать растворенный углекислый газ по мере своего старения. Самые старые водные массы имеют самые высокие концентрации CO 2 и, следовательно, самый мелкий CCD. CCD относительно мелкий в высоких широтах , за исключением Северной Атлантики и регионов Южного океана , где происходит апвеллинг . В результате этого нисходящего движения молодая поверхностная вода с относительно низкой концентрацией углекислого газа попадает в глубины океана, что приводит к снижению ККД.

В геологическом прошлом глубина CCD значительно варьировалась. В меловом периоде и вплоть до эоцена CCD был намного мельче в глобальном масштабе, чем сегодня; из-за интенсивной вулканической активности в этот период концентрации CO 2 в атмосфере были намного выше. Более высокие концентрации CO 2 привели к более высокому парциальному давлению CO 2 над океаном. Это более высокое давление атмосферного CO 2 приводит к увеличению растворенного CO 2 в смешанном поверхностном слое океана. Этот эффект был несколько смягчен повышенными температурами глубоких океанов в этот период. [6] В позднем эоцене переход от парникового к ледниковому периоду Земли совпал с углубленным CCD.

Джон Мюррей исследовал и экспериментировал с растворением карбоната кальция и был первым, кто определил глубину компенсации карбоната в океанах. [7]

Влияние изменения климата

Увеличение концентрации CO2 в атмосфере в результате сжигания ископаемого топлива приводит к повышению CCD, при этом в первую очередь страдают зоны нисходящего потока . [8] Закисление океана , которое также вызвано увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличит такое растворение и уменьшит глубину компенсации карбоната в масштабах времени от десятков до сотен лет. [9]

Осадочный ил

На морском дне выше глубины карбонатной компенсации наиболее часто встречающийся ил — это известковый ил ; на морском дне ниже глубины карбонатной компенсации наиболее часто встречающийся ил — это кремнистый ил . В то время как известковый ил в основном состоит из Rhizaria , кремнистый ил в основном состоит из Radiolaria и диатомовых водорослей . [10] [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Middelburg, Jack J. (2019). «Биогеохимические процессы и динамика неорганического углерода». Биогеохимия морского углерода . SpringerBriefs in Earth System Sciences. стр. 77–105. doi :10.1007/978-3-030-10822-9_5. ISBN 978-3-030-10821-2. S2CID  104368944. Измененный материал был скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  2. ^ Вебб, Пол (2019) Введение в океанографию , Глава 12: Океанические отложения, стр. 273–297, Rebus Community. Обновлено в 2020 г.Измененный текст был скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  3. ^ «Закисление океана из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере». Королевское общество .
  4. ^ Будро, Бернард П.; Мидделбург, Джек Дж.; Ло, Имин (2018). «Роль кальцификации в компенсации карбонатов». Nature Geoscience . 11 (12): 894–900. Bibcode : 2018NatGe..11..894B. doi : 10.1038/s41561-018-0259-5. S2CID  135284130.
  5. ^ Турман, Гарольд., Алан Трухильо. Введение в океанографию . 2004. стр. 151-152
  6. ^ «Теплее, чем в джакузи: температура Атлантического океана в прошлом была намного выше». Physorg.com. 17 февраля 2006 г.
  7. ^ Бергер, Вольфганг Х.; и др. (2016). «Глубина компенсации кальцита (CCD)». Энциклопедия морских наук о Земле. Серия «Энциклопедия наук о Земле». Springer Netherlands. стр. 71–73. doi :10.1007/978-94-007-6238-1_47. ISBN 978-94-007-6238-1.
  8. ^ Sulpis, Olivier; et al. (29 октября 2018 г.). «Текущее растворение CaCO3 на морском дне, вызванное антропогенным CO2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (46): 11700–11705. Bibcode : 2018PNAS..11511700S. doi : 10.1073/pnas.1804250115 . PMC 6243283. PMID  30373837 . 
  9. ^ Будро, Бернард П.; Мидделбург, Джек Дж.; Хофманн, Андреас Ф.; Мейсман, Филип Дж. Р. (2010). «Текущие переходные процессы в карбонатной компенсации: КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ». Глобальные биогеохимические циклы . 24 (4): н/д. doi : 10.1029/2009GB003654 . S2CID  53062358.
  10. ^ Джонсон, Томас С.; Гамильтон, Эдвин Л.; Бергер, Вольфганг Х. (1977-08-01). «Физические свойства известкового ила: контроль растворением на глубине». Морская геология . 24 (4): 259–277. Bibcode : 1977MGeol..24..259J. doi : 10.1016/0025-3227(77)90071-8. ISSN  0025-3227.
  11. ^ Уэбб, Пол (август 2023 г.). «12.6 Распределение осадков». Введение в океанографию . Получено 3 июля 2024 г. – через Университет Роджера Уильямса.