stringtranslate.com

Растворенный неорганический углерод

Ежегодные потоки DOC и DIC в водоразделе Тангуро Ранч [1]
Средний годовой поток DOC и DIC в осадках, сквозных стоках, стволовом стоке, поверхностном стоке и речном стоке. [2]

Растворенный неорганический углерод ( DIC ) представляет собой сумму водных видов неорганического углерода в растворе . Углеродные соединения можно разделить на органические и неорганические, а также на растворенные и твердые в зависимости от их состава. Органический углерод образует основу ключевых компонентов органических соединений, таких как – белки , липиды , углеводы и нуклеиновые кислоты .

Неорганический углерод встречается в основном в простых соединениях, таких как диоксид углерода, угольная кислота, бикарбонат и карбонат (CO 2 , H 2 CO 3 , HCO−
3, Колорадо2−
3соответственно). Растворенный неорганический углерод (РНУ) включает три основных водных вида: CO 2 , HCO−
3, Колорадо2−
3, и в меньшей степени их комплексы в растворе с ионами металлов. [3]

Морские экосистемы

Насос растворимости

Водный диоксид углерода реагирует с водой, образуя угольную кислоту, которая очень нестабильна и быстро распадается на гидроксоний и бикарбонат. Поэтому в морской воде растворенный неорганический углерод обычно называют совокупностью бикарбоната, карбонат-ионов и растворенного диоксида углерода (CO 2 , H 2 CO 3 , HCO−
3, Колорадо2−
3).

CO 2 (водн.) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO−
3+ Н + ⇌ СО2−
3+ 2 Н +

Более 99% растворенного неорганического углерода находится в форме ионов бикарбоната и карбоната, что означает, что большая часть способности океана хранить углерод обусловлена ​​этой химической реактивностью. [4] Поток CO2 из морского воздуха и образующийся растворенный неорганический углерод подвержен влиянию физических процессов, таких как сильные ветры и вертикальное перемешивание, а также биологических процессов фотосинтеза, дыхания и разложения. [5]

Биологический насос

Растворенный неорганический углерод является ключевым компонентом биологического насоса, который определяется как количество биологически произведенного органического потока углерода из верхних слоев океана в глубокие слои океана. [6] Растворенный неорганический углерод в форме углекислого газа фиксируется в органическом углероде, который производится посредством фотосинтеза. Дыхание является обратным процессом и потребляет органический углерод для производства неорганического углерода. Фотосинтез и биологический насос зависят от доступности неорганических питательных веществ и углекислого газа. [7]

Фотосинтез: 6 CO2 + 6 H2O + свет → C6H12O6 + 6 O2
Дыхание : C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + энергия​​

Океанографы стремятся понять метаболическое состояние океана или эффективность биологического насоса, оценивая чистую продукцию сообщества (NCP), которая представляет собой валовую первичную продуктивность (GPP) за вычетом дыхания сообщества (суммы дыхания местных автотрофов и гетеротрофов). [8] Эффективный биологический насос увеличивает биологический экспорт в более глубокие слои океана, что, как предполагается, подавляет выделение CO2 в верхних слоях океана. [9] [10]

          Концентрация DIC на поверхности моря (из климатологии GLODAP )
Пространственное распределение поверхностного слоя океана [11]
Пространственное распределение DIC и nDIC. (a) DIC (нормализованный к 2005 году); (b) нормализованный по солености DIC (nDIC, DIC нормализованный к базовому 2005 году и солености 35) на поверхности мирового океана. Широтные тенденции очевидны, особенно для nDIC.

Карбонатный насос

Карбонатный насос иногда называют компонентом «твердой ткани» биологического насоса. [12] Некоторые поверхностные морские организмы, такие как кокколитофориды , производят твердые структуры из карбоната кальция, формы дисперсного неорганического углерода , путем фиксации бикарбоната. [13] Эта фиксация DIC является важной частью океанического углеродного цикла.

Ca2 + + 2HCO3−
3→ CaCO3 + CO2 + H2O​

В то время как биологический углеродный насос фиксирует неорганический углерод (CO 2 ) в виде частиц органического углерода в форме сахара (C 6 H 12 O 6 ), карбонатный насос фиксирует неорганический бикарбонат и вызывает чистый выброс CO 2 . [14] Таким образом, карбонатный насос можно назвать карбонатным противонасосом. Он работает в противовес биологическому насосу, противодействуя потоку CO 2 из биологического насоса.

Измерение

Океанографы и инженеры продолжают находить новые и более точные методы измерения содержания углерода в морской воде. Один из методов заключается в сборе проб воды и непосредственном измерении DIC с помощью анализатора TOC. [15] Образцы можно комбинировать с отношениями стабильных изотопов 13 C/ 12 C, измерениями щелочности и оценкой физических процессов для создания диагностических методов. [16] Исследователи из Института океанографии Скриппса разработали инструмент, который использует анализ впрыска потока для измерения микрофлюидных образцов морской воды и непрерывного мониторинга содержания растворенного неорганического углерода. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Исследования окружающей среды на ранчо Тангуро, Бразилия Esri . Получено 26 июля 2020 г.
  2. ^ Neu, V., Ward, ND, Krusche, AV и Nill, C. (2016) «Пути потока растворенного органического и неорганического углерода в переходном лесу Амазонки». Frontiers in Marine Science , 3 : 114. doi :10.3389/fmars.2016.00114.Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  3. ^ Маккензи Ф.Т. и Лерман А. (2006) Углерод в геобиосфере: внешняя оболочка Земли, Springer Science & Business Media. ISBN 9781402042386 . 
  4. ^ Уильямс, Ричард Г.; Фоллоуз, Майкл Дж. (14 июля 2011 г.). Динамика океана и углеродный цикл: принципы и механизмы . Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. стр. 7–9. ISBN 978-0521843690.
  5. ^ Ma, W; Chai, F; Xiu, P; Tian, ​​J (2014). «Моделирование экспортной добычи и структуры биологического насоса в Южно-Китайском море». Geo-Marine Letters . 34 (6): 541–554. Bibcode :2014GML....34..541M. doi :10.1007/s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  6. ^ Эмерсон, Стивен (2014). «Ежегодная чистая продукция сообщества и биологический поток углерода в океане». Глобальные биогеохимические циклы . 28 (1): 14–28. Bibcode : 2014GBioC..28...14E. doi : 10.1002/2013GB004680 .
  7. ^ Рэймонд, Питер А.; Бауэр, Джеймс Э. (2000). «Утечка атмосферного CO2, производство растворенного неорганического углерода и чистая гетеротрофия в эстуарии реки Йорк». Limnol. Oceanogr . 45 (8): 1707–1717. Bibcode : 2000LimOc..45.1707R. doi : 10.4319/lo.2000.45.8.1707 .
  8. ^ Даклоу, HW; Дони, SC (2013). «Что такое метаболическое состояние олиготрофного океана? Дебаты». Annual Review of Marine Science . 5 : 525–33. doi : 10.1146/annurev-marine-121211-172331. hdl : 1912/5282 . PMID  22809191.
  9. ^ Ma, W; Chai, F; Xiu, P; Tian, ​​J (2014). «Моделирование экспортной добычи и структуры биологического насоса в Южно-Китайском море». Geo-Marine Letters . 34 (6): 541–554. Bibcode :2014GML....34..541M. doi :10.1007/s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  10. ^ Ким, HJ; Ким, T.-W; Хёнг, K; Йе, S.-W.; Пак, J.-Y.; Ю, CM; Хванг, J. (2019). «Подавленная дегазация CO2 с помощью усовершенствованного биологического насоса в восточной тропической части Тихого океана». Журнал геофизических исследований: Океаны . 124 (11): 7962–7973. Bibcode : 2019JGRC..124.7962K. doi : 10.1029/2019JC015287. S2CID  210611691.
  11. ^ Wu, Y., Hain, MP, Humphreys, MP, Hartman, S. и Tyrrell, T. (2019) «Что движет широтным градиентом концентрации растворенного неорганического углерода на поверхности открытого океана?» Biogeosciences , 16 (13): 2661–2681. doi :10.5194/bg-16-2661-2019.Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  12. ^ Hain, MP; Sigman, DM; Haug, GH (2014). «Биологический насос в прошлом». Трактат по геохимии . 8 : 485–517. doi :10.1016/B978-0-08-095975-7.00618-5. ISBN 9780080983004.
  13. ^ Рост, Бьорн; Рейбессель, Ульф (2004). Кокколитофориды и биологический насос: ответы на изменения окружающей среды . Берлин, Гейдельберг: Springer. ISBN 978-3-642-06016-8.
  14. ^ Рост, Бьорн; Рейбессель, Ульф (2004). Кокколитофориды и биологический насос: ответы на изменения окружающей среды . Берлин, Гейдельберг: Springer. ISBN 978-3-642-06016-8.
  15. ^ Рэймонд, Питер А.; Бауэр, Джеймс Э. (2000). «Утечка атмосферного CO2, производство растворенного неорганического углерода и чистая гетеротрофия в эстуарии реки Йорк». Limnol. Oceanogr . 45 (8): 1707–1717. Bibcode : 2000LimOc..45.1707R. doi : 10.4319/lo.2000.45.8.1707 .
  16. ^ Грубер, Николас; Нилинг, Чарльз Д.; Стокер, Томас Ф. (1998). «Ограничения углерода-13 на сезонный бюджет неорганического углерода на участке BATS в северо-западной части Саргассова моря». Deep-Sea Research Часть I. 45 ( 4–5): 673–717. Bibcode : 1998DSRI...45..673G. doi : 10.1016/S0967-0637(97)00098-8.
  17. ^ Бреснахан, Филип Дж.; Марц, Тодд Р. (2018). «Геометрия ячейки диффузии газа для микрожидкостного анализатора растворенного неорганического углерода». Журнал датчиков IEEE . 8 (6): 2211–2217. Bibcode : 2018ISenJ..18.2211B. doi : 10.1109/JSEN.2018.2794882 . S2CID  3475999.