Глубина компенсации карбонатов ( CCD ) — это глубина в океанах, на которой скорость поступления карбонатов кальция соответствует скорости сольватации . То есть сольватация «компенсирует» предложение. Ниже ПЗС сольватация происходит быстрее, поэтому карбонатные частицы растворяются и карбонатные оболочки ( панцири ) животных не сохраняются. Частицы карбоната не могут накапливаться в отложениях, где морское дно находится ниже этой глубины.
Кальцит является наименее растворимым из этих карбонатов, поэтому ПЗС обычно представляет собой глубину компенсации кальцита. Глубина компенсации арагонита ( ACD ) — это глубина компенсации арагонитовых карбонатов. Арагонит более растворим, чем кальцит, и глубина компенсации арагонита обычно меньше, чем глубина компенсации кальцита и ПЗС.
Как показано на схеме, биогенные пробы карбоната кальция (CaCO 3 ) производятся в фотозоне океанов (зеленые кружки). После смерти те остатки, избежавшие растворения, оседают у поверхности вместе с глинистыми материалами. В морской воде граница растворения формируется под воздействием температуры, давления и глубины и известна как горизонт насыщения . [3] Выше этого горизонта воды перенасыщены и в значительной степени сохраняются пробы CaCO 3 . Ниже него воды недонасыщены как из-за увеличения растворимости с глубиной, так и из-за выделения CO 2 в результате распада органического вещества, и CaCO 3 будет растворяться. Скорость погружения обломков высокая (широкие светлые стрелки), поэтому растворение происходит преимущественно на поверхности отложений.
На глубине компенсации карбонатов скорость растворения точно соответствует скорости поступления CaCO 3 сверху. В устойчивом состоянии эта глубина, CCD, аналогична линии снега (первая глубина, где встречаются отложения с низким содержанием карбонатов). Лизоклин – это интервал глубин между глубинами насыщения и компенсации карбонатов. [4] [1]
Карбонат кальция сегодня практически нерастворим в поверхностных морских водах. Раковины мертвого известкового планктона , опускающиеся в более глубокие воды, практически не изменяются до тех пор, пока не достигают лизоклина , точки на глубине около 3,5 км, за которой растворимость резко увеличивается с глубиной и давлением. К моменту достижения CCD [ необходимы разъяснения ] весь карбонат кальция растворился в соответствии с этим уравнением:
Известковый планктон и частицы отложений можно обнаружить в толще воды над ПЗС. Если морское дно находится выше CCD, донные отложения могут состоять из известковых отложений, называемых известковым илом , которые по сути представляют собой разновидность известняка или мела . Если обнаженное морское дно находится ниже ПЗС, крошечные раковины CaCO 3 растворятся, не достигнув этого уровня, предотвращая отложение карбонатных отложений. По мере расширения морского дна термическое опускание плиты, приводящее к увеличению глубины , может привести к тому, что карбонатный слой окажется ниже ПЗС; химическое взаимодействие карбонатного слоя с морской водой можно предотвратить путем наложения отложений, таких как слой кремнистого ила или глубинной глины, отложившихся поверх карбонатного слоя. [5]
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 в приведенное выше химическое уравнение смещает 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 ГТД в Тихом океане составляет около 4200–4500 м, за исключением зоны экваториального апвеллинга , где ГТД составляет около 5000 м. В умеренной и тропической зоне Атлантического океана ПЗС находится на высоте около 5000 м. В Индийском океане он занимает промежуточное положение между Атлантическим и Тихим океаном на высоте примерно 4300 метров. Изменение глубины ПЗС во многом зависит от времени, прошедшего с момента воздействия придонной воды на поверхность; это называется «возрастом» водной массы . Термохалинная циркуляция определяет относительный возраст вод этих бассейнов. Поскольку органический материал, такой как фекальные гранулы копепод , опускается из поверхностных вод в более глубокие воды, по мере старения глубоководные массы имеют тенденцию накапливать растворенный углекислый газ. Самые старые водные массы имеют самые высокие концентрации CO 2 и, следовательно, самые мелкие ПЗС. ПЗС относительно неглубока в высоких широтах , за исключением Северной Атлантики и районов Южного океана , где происходит даунвеллинг . В результате этого нисходящего потока молодые поверхностные воды с относительно низкими концентрациями углекислого газа попадают в глубины океана, что приводит к снижению ПЗС.
В геологическом прошлом глубина ПЗС претерпела значительные изменения. В период с мелового периода до эоцена ПЗС во всем мире было намного мельче, чем сегодня; из-за интенсивной вулканической деятельности в этот период концентрации CO 2 в атмосфере были значительно 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 перемешанном поверхностном слое океана. Этот эффект был несколько смягчен повышенными температурами в глубоких океанах в этот период. [6] В позднем эоцене переход Земли от теплицы к леднику совпал с углублением ПЗС.
Джон Мюррей исследовал и экспериментировал с растворением карбоната кальция и первым определил глубину компенсации карбоната в океанах. [7]
Увеличение концентрации CO 2 в атмосфере в результате сжигания ископаемого топлива приводит к повышению CCD, при этом в первую очередь затрагиваются зоны понижения . [8] Закисление океана , которое также вызвано увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере, увеличит такое растворение и уменьшит глубину компенсации карбонатов в масштабах времени от десятков до сотен лет. [9]
На морском дне выше глубины компенсации карбонатов чаще всего встречается известковый ил ; на морском дне ниже глубины компенсации карбонатов наиболее часто встречается кремнистый ил . Если известковый ил состоит в основном из ризарий , то кремнистый ил состоит преимущественно из радиолярий и диатомей . [10] [11]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )