第四章海水中的二氧化碳.ppt

第四章 海水中的二氧化碳- 碳酸盐体系;第1节 引言;海洋中的碳酸盐体系非常重要，因为它调控着海水的pH以及碳在生物圈、岩石圈、大气圈和海洋圈之间的流动，最近关于CO2温室效应的认识更激发了人们对海洋碳酸盐体系的关注。;碳循环巨大的时空变化：复杂科学问题;全球碳循环的年际变化;二、海洋碳储库;研究海洋碳体系的目的之一：大气CO2如何增加？大气CO2浓度的增加如何通过影响温度来影响全球的气候？;大气CO2 的收支平衡情况（1980-1989年）;三、人类来源的CO2;森林的破坏也是大气人类来源CO2增加的一个因素。森林的破坏降低了大气CO2被吸收的速率，与此同时，死亡树木的分解增加了代谢速率，从而提高CO2的产生速率，其结果是进入大气的CO2的通量增加。 人类活动导致目前大气中人类来源CO2的浓度大约以每年1.5 ppm的速率增加，相当于每年大气中额外增加2.0×1015 g的碳。;四、海洋二氧化碳—碳酸盐体系的描述;第2节 海水的pH值;尖菱碟螺的命运：维柯多亚的发现;海洋越来越酸了！;球石藻的命运;海水中CO2浓度增加对珊瑚礁生态系的影响;珊瑚：我的未来是个梦？;二、pH的定义;一些日常物质的pH值;常用的pH尺度及其差异（S=35、T=25°C条件下）;三、海水的pH值及其影响因素;开阔大洋水pH值的典型垂直分布;1、无机碳体系对海水pH值的影响;采用表观电离常数K′： 将以上两式取对数得：;（1）温度的影响：当温度升高时，由于电离常数变大，导致海水pH值降低。温度对海水pH值影响的校正公式如下：;（4）CaCO3、MgCO3沉淀的形成与溶解：海水中的Ca、Mg等阳离子可与CO32-形成CaCO3、MgCO3沉淀，这些沉淀在一定深度下，受压力、生物等作用可溶解。 当CaCO3、MgCO3沉淀形成时，CCO32-(T)和CHCO3-(T)降低，pH值降低； 当CaCO3、MgCO3沉淀溶解时， CCO32-(T)和CHCO3-(T)升高，pH值增加。;2、生物活动对海水pH值的影响;因此：;海水pH值垂直变化及影响因素;四、海水pH值的空间变化;太平洋表层水pH值随纬度的变化;浅层水观察到由生物光合作用导致的pH极大值，生物的光合作用会迁出水体中的CO2，导致pH值增加； 随深度的增加，pH值逐渐降低，至1000m左右出现极小值，该区间的降低是由于生源碎屑的氧化分解所导致。pH值的极小值所处层位与DO极小值和pCO2极大值所处层位相同。 深层水中pH值的增加来自CaCO3的溶解。;第3节 海水的总碱度;海水中（pH=8, S=35）各组分对总碱度的贡献;实用碱度（PA）;碳酸碱度（CA）;总碱度的地球化学性质;从地球化学的观点看，总碱度实际上代表的是海水中保守性阳离子与保守性阴离子的电荷差别。 开阔大洋海水TA与氯度的比值通常称为“比碱度”或“碱氯系数”，它和海水中主要成分浓度之间的比值一样呈现近似恒定，可作为划分水团和作为河口海区水体混合的良好指标。;S=35天然海水中保守性离子的浓度及其电荷浓度;二、影响总碱度的海洋学过程;2、CaCO3的沉淀与溶解：;3、氮的生物吸收和有机物再矿化过程中溶解无机氮的释放： 产生小的影响； 海洋生物吸收硝酸盐伴随着OH-的产生，因而总碱度增加，每吸收1 mol的NO3-，海水总碱度增加1mol； 海洋生物吸收氨盐伴随着H+的产生，海水总碱度降低； 尿素的吸收对总碱度没有影响。 生源有机物再矿化过程对海水总碱度的影响与上述氮的生物吸收刚好相反。;三、海洋总碱度的变化;太平洋P15断面海水总碱度的空间分布;大西洋、太平洋表层水NTA随纬度的变化;北大西洋和北太平洋总碱度和NTA的垂直变化;第4节 海水的总二氧化碳;两种电荷数为0的中性分子CO2(aq)和H2CO3从化学角度是无法分离的，二者浓度之和也称为“游离的二氧化碳”：;无机碳体系各组分相对含量随pH值的变化;二、影响总二氧化碳的海洋学过程;2、海洋生物光合作用：;3、有机物的再矿化：;4、CaCO3 的沉淀与溶解：;三、海洋总二氧化碳的分布;太平洋P15断面海水TCO2（μmol/kg）的空间分布;;北大西洋、北太平洋TCO2和NTCO2的垂直分布;开阔大洋不同水团TA与TCO2的关系;第5节 海水二氧化碳分压;;二、海水二氧化碳分压的分布及其影响因素;（1）海洋生物光合作用消耗水体中的CO2，导致pCO2的低； （2）CaCO3的溶解降低水体中的CO2浓度，导致pCO2降低； （3）太阳辐射的增强可导致表层水温度升高，海水中CO2溶解度降低，pCO2也会降低； （4）海洋生源颗粒有机物的氧化分解会增加水体中的CO2，使pCO2升高；