Растворенный неорганический углерод - Dissolved inorganic carbon

Годовые потоки DOC и DIC на ранчо Тангуро[1] водораздел
Среднегодовой поток DOC и DIC в дождевых осадках, сквозняках, стволовых потоках, наземных стоках и ручьях.[2]

Растворенный неорганический углерод (DIC) - сумма водных форм неорганический углерод в решение. Углеродные соединения можно разделить на органические или неорганические, а также на растворенные или в виде частиц, в зависимости от их состава. Органический углерод составляет основу ключевого компонента органических соединений, таких как: белки, липиды, углеводы, и нуклеиновые кислоты.

Неорганический углерод содержится в основном в простых соединениях, таких как диоксид углерода, угольная кислота, бикарбонат и карбонат (CO2, H2CO3, HCO3−, CO32− соответственно). Растворенный неорганический углерод (DIC) включает три основных водных компонента: CO2, HCO3− , CO32−, и в меньшей степени их комплексы в растворе с ионами металлов.[3]

Морские экосистемы

Часть серии о
Цикл углерода
Формы органического вещества. Webp
Типы углерода

Насос растворимости

Водный диоксид углерода реагирует с водой с образованием угольной кислоты, которая очень нестабильна и быстро диссоциирует на гидроксоний и бикарбонат. Поэтому в морской воде растворенный неорганический углерод обычно называют скоплением бикарбоната, карбонат-ионов и растворенного диоксида углерода (CO2, H2CO3, HCO3−, CO32−).

CO2 (водн.) + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3− + H+ ↔ CO32- + 2 часа+

Более 99% растворенного неорганического углерода находится в форме ионов бикарбоната и карбоната, что означает, что большая часть способности океана накапливать углерод обусловлена ​​этой химической реакционной способностью.[4] Поток CO между морем и воздухом2 и получающийся растворенный неорганический углерод подвержен влиянию физических процессов, таких как сильный ветер 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 производимого потока органического углерода из верхних слоев океана в глубокие океанские глубины.[6] Растворенный неорганический углерод в виде диоксида углерода фиксируется в органическом углероде, который образуется в результате фотосинтеза. Дыхание - это обратный процесс, и он потребляет органический углерод для производства неорганического углерода. Фотосинтез и биологический насос зависят от наличия неорганических питательных веществ и углекислого газа.[7]

Фотосинтез: 6 CO2 + 6 часов2O + свет → C6ЧАС12О6 + 6 O2

Дыхание: C6ЧАС12О6 + 6 O2 → 6 СО2 + 6 часов2O + 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 (сумма дыхания местных автотрофов). и гетеротрофы).[8] Эффективный биологический насос увеличивает биологический экспорт в более глубокие океаны, который, как предполагалось, подавляет CO.2 дегазация в верхних слоях океана.[9][10]

«Настоящее время» (1990-е)
Предварительнопромышленный (1700-е годы)
           Концентрация ДВС на поверхности моря (от GLODAP климатология )
Пространственное распределение поверхности океана DIC [11]
Пространственные распределения DIC и nDIC. а) DIC (нормализовано к 2005 году); (b) нормализованный по солености DIC (nDIC, DIC, нормализованный к базисному 2005 году и соленость 35) на поверхности глобального океана. Широтные тенденции очевидны, особенно для nDIC.

Карбонатный насос

Карбонатный насос иногда называют компонентом биологического насоса для «твердых тканей».[12] Некоторые поверхностные морские организмы, например Кокколитофориды, создают твердые структуры из карбоната кальция, формы неорганического углерода в виде частиц, закрепляя бикарбонат.[13] Эта фиксация DIC является важной частью океанического углеродного цикла.

Ca2+ + 2 HCO3− → CaCO3 + CO2 + H2О

В то время как биологический угольный насос фиксирует неорганический углерод (CO2) в частицы органического углерода в форме сахара (C6ЧАС12О6), карбонатный насос фиксирует неорганический бикарбонат и вызывает чистый выброс CO2.[14] Таким образом, карбонатный насос можно назвать противонасосом для карбоната. Он работает против биологического насоса, противодействуя CO.2 поток от биологического насоса.

Измерение

Океанографы и инженеры продолжают находить новые и более точные методы измерения содержания углерода в морской воде. Один из методов - отобрать пробы воды и напрямую измерить DIC с помощью анализатора TOC.[15] Образцы можно комбинировать с соотношениями стабильных изотопов 13C /12C, измерения щелочности и оценка физических процессов для создания диагностических методов.[16] Исследователи из Института океанографии Скриппса разработали инструмент, который использует анализ закачки потока для измерения микрожидкостных проб морской воды и непрерывного мониторинга содержания растворенного неорганического углерода.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Экологические исследования на ранчо Тангуро, Бразилия Esri. Проверено 26 июля 2020.
  2. ^ Ной В., Уорд Н.Д., Круще А.В. и Нилл К. (2016) «Пути потоков растворенного органического и неорганического углерода в переходных лесах Амазонки». Границы морских наук, 3: 114. Дои:10.3389 / fmars.2016.00114. CC-BY icon.svg Материал был скопирован из этого источника, который доступен под Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0.
  3. ^ Маккензи FT и Лерман А. (2006) Углерод в геобиосфере: внешняя оболочка Земли, Springer Science & Business Media. ISBN  9781402042386.
  4. ^ Уильямс, Ричард Г. (Майкл Дж.). Следует. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. п. 7-9. ISBN  0521843693. Проверить значения даты в: | дата = (помощь)
  5. ^ Ма, Вт; Чай, Ф; Xiu, P; Тиан, Дж (2014). «Моделирование экспортного производства и структуры биологического насоса в Южно-Китайском море». Геоморские письма. 34 (6): 541-554. Bibcode:2014GML .... 34..541M. Дои:10.1007 / s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  6. ^ Эмерсон, Стивен (2014). «Годовая чистая продукция сообщества и биологический поток углерода в океане». Глобальные биогеохимические циклы. 28 (1): 14-28. Bibcode:2014GBioC..28 ... 14E. Дои:10.1002 / 2013GB004680.
  7. ^ Раймонд, Питер А .; Бауэр, Джеймс Э. (2000). "Атмосферный CO2 уклонение, образование растворенного неорганического углерода и чистая гетеротрофия в устье реки Йорк ". Лимнол. Oceanogr. 45 (8): 1707-1717. Bibcode:2000LimOc..45.1707R. Дои:10.4319 / lo.2000.45.8.1707.
  8. ^ Ducklow, H.W .; Дони, С.С. (2013). «Каково метаболическое состояние олиготрофного океана? Дебаты». Ежегодный обзор морской науки. 5: 525–33. Дои:10.1146 / annurev-marine-121211-172331. HDL:1912/5282. PMID  22809191.
  9. ^ Ма, Вт; Чай, Ф; Xiu, P; Тиан, Дж (2014). «Моделирование экспортного производства и структуры биологического насоса в Южно-Китайском море». Геоморские письма. 34 (6): 541-554. Bibcode:2014GML .... 34..541M. Дои:10.1007 / s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  10. ^ Kim, H.J .; Kim, T.-W; Хён, К.; Yeh, S.-W .; Park, J.-Y .; Yoo, C.M .; Хван, Дж. (2019). org / 10.1029 / 2019JC015287 «Подавление дегазации CO2 с помощью усовершенствованного биологического насоса в восточной части тропической части Тихого океана» Проверять | url = ценить (помощь). Океаны. 124 (11): 7962-7973. Bibcode:2019JGRC..124.7962K. Дои:10.1029 / 2019JC015287.
  11. ^ Ву Ю., Хайн М.П., ​​Хамфрис М.П., ​​Хартман С. и Тиррелл Т. (2019) "Что движет широтным градиентом концентрации растворенного неорганического углерода на поверхности открытого океана?" Биогеонауки, 16(13): 2661–2681. Дои:10.5194 / bg-16-2661-2019. CC-BY icon.svg Материал был скопирован из этого источника, который доступен под Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0.
  12. ^ Hain, M.P .; Sigman, D.M .; Хауг, G.H (2014). «Биологический насос в прошлом». Трактат по геохимии. 8: 485-517. Дои:10.1016 / B978-0-08-095975-7.00618-5. ISBN  9780080983004.
  13. ^ Рост, Бьорн; Райбессель, Ульф (2004). Кокколитофора и биологический насос: реакция на изменения окружающей среды. Берлин, Гейдельберг: Springer. ISBN  978-3-642-06016-8.
  14. ^ Рост, Бьорн; Райбессель, Ульф (2004). Кокколитофора и биологический насос: реакция на изменения окружающей среды. Берлин, Гейдельберг: Springer. ISBN  978-3-642-06016-8.
  15. ^ Раймонд, Питер А .; Бауэр, Джеймс Э. (2000). «Ускользание от атмосферного CO2, образование растворенного неорганического углерода и чистая гетеротрофия в устье реки Йорк». Лимнол. Oceanogr. 45 (8): 1707-1717. Bibcode:2000LimOc..45.1707R. Дои:10.4319 / lo.2000.45.8.1707.
  16. ^ Грубер, Николас; На коленях, Чарльз Д .; Стокер, Томас Ф. (1998). «Углерод-13 ограничивает сезонный баланс неорганического углерода на площадке BATS в северо-западной части Саргассова моря». Глубоководные исследования I. 45 (4–5): 673-717. Bibcode:1998DSRI ... 45..673G. Дои:10.1016 / S0967-0637 (97) 00098-8.
  17. ^ Бреснахан, Филип Дж .; Марц, Тодд Р. (2018). «Геометрия газодиффузионной ячейки для микрожидкостного анализатора растворенного неорганического углерода». Журнал датчиков IEEE. 8 (6): 2211-2217. Bibcode:2018ISenJ..18.2211B. Дои:10.1109 / JSEN.2018.2794882. S2CID  3475999.