第4章海水中二氧化碳-碳酸鹽體系課件

1、第四章第四章 海水中二氧化碳海水中二氧化碳- -碳酸碳酸鹽體系鹽體系第第1節(jié)引言節(jié)引言海洋中的碳主海洋中的碳主要包含于二氧要包含于二氧化碳化碳碳酸鹽碳酸鹽系統(tǒng)中，該系系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括如下幾統(tǒng)包括如下幾個(gè)反應(yīng)平衡：個(gè)反應(yīng)平衡：一、海洋碳酸鹽體系的重要性一、海洋碳酸鹽體系的重要性v海水中碳酸鹽體系的平衡關(guān)系海水中碳酸鹽體系的平衡關(guān)系CO2在海氣界面間的溶解交換平衡；在海氣界面間的溶解交換平衡；CO2與與H2O結(jié)合生成結(jié)合生成H2CO3， H2CO3在水溶液中存在多級(jí)解離平衡；在水溶液中存在多級(jí)解離平衡；CaCO3的沉淀溶解平衡；的沉淀溶解平衡；生物作用，包括光合作用和呼吸作用以及有機(jī)物生物作用，

2、包括光合作用和呼吸作用以及有機(jī)物的分解。的分解。海水碳酸鹽體系的含義海水碳酸鹽體系的含義v海水二氧化碳海水二氧化碳碳酸鹽體系碳酸鹽體系(Seawater Carbonate system)：是指海水中以不同形：是指海水中以不同形式存在的無機(jī)碳各分量（式存在的無機(jī)碳各分量（portion）之間的平）之間的平衡、相互轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)以及與其有關(guān)的體衡、相互轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)以及與其有關(guān)的體系。又稱二氧化碳體系、碳酸鹽體系（或系系。又稱二氧化碳體系、碳酸鹽體系（或系統(tǒng)）。統(tǒng)）。0.25% per year上世紀(jì)末上世紀(jì)末3030年大氣年大氣COCO2 2濃度的變化濃度的變化大氣大氣COCO2 2濃度的歷濃

3、度的歷史與未來變化趨勢(shì)史與未來變化趨勢(shì)碳循環(huán)巨大的時(shí)空變化：復(fù)雜科學(xué)問題碳循環(huán)巨大的時(shí)空變化：復(fù)雜科學(xué)問題v天然和人類來源的天然和人類來源的COCO2 2 隨緯度而變化。隨緯度而變化。如果海洋是均勻混如果海洋是均勻混合的，且與大氣達(dá)合的，且與大氣達(dá)到平衡的話，那么，到平衡的話，那么，絕大多數(shù)的人類來絕大多數(shù)的人類來源源COCO2 2應(yīng)被海洋所吸應(yīng)被海洋所吸收。但實(shí)際情況并收。但實(shí)際情況并非如此，海洋對(duì)非如此，海洋對(duì)COCO2 2 增加的反應(yīng)由于物增加的反應(yīng)由于物理和化學(xué)過程的影理和化學(xué)過程的影響要慢得多。響要慢得多。天然與人類來源天然與人類來源CO2 2 的緯度變化的緯度變化研究海水海洋二氧化

4、碳研究海水海洋二氧化碳碳酸鹽體系的意義碳酸鹽體系的意義海氣間交換作用：氣候調(diào)節(jié)海氣間交換作用：氣候調(diào)節(jié)酸堿解離平衡：控制海水酸堿解離平衡：控制海水pH值值海生界面作用：維持海洋生產(chǎn)力和生態(tài)系海生界面作用：維持海洋生產(chǎn)力和生態(tài)系海洋沉積界面作用海洋沉積界面作用:調(diào)節(jié)碳鈣循環(huán)調(diào)節(jié)碳鈣循環(huán)二、海洋碳儲(chǔ)庫(kù)二、海洋碳儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)量：儲(chǔ)量：Gt通量：通量：Gt/a研究海洋碳體系的目的之一：大氣研究海洋碳體系的目的之一：大氣COCO2 2如何增加？大如何增加？大氣氣COCO2 2濃度的增加如何通過影響溫度來影響全球的氣濃度的增加如何通過影響溫度來影響全球的氣候？候？人類活動(dòng)輸入大氣的人類活動(dòng)輸入大氣的CO2 2年

5、輸入量與實(shí)測(cè)大氣年輸入量與實(shí)測(cè)大氣CO2 2變化量（變化量（1955-1980年）年）三、人類來源的三、人類來源的COCO2 2v礦物燃料的燃燒是大氣人類來源礦物燃料的燃燒是大氣人類來源COCO2 2的最主的最主要貢獻(xiàn)者。要貢獻(xiàn)者。1987年世界主要國(guó)家礦物燃料燃燒釋放出的年世界主要國(guó)家礦物燃料燃燒釋放出的CO2數(shù)量數(shù)量v森林的破壞也是大氣人類來源森林的破壞也是大氣人類來源COCO2 2增加的一增加的一個(gè)因素。個(gè)因素。人類活動(dòng)導(dǎo)致目前大氣中人類來源人類活動(dòng)導(dǎo)致目前大氣中人類來源COCO2 2的濃度大的濃度大約以每年約以每年1.5 ppm1.5 ppm的速率增加，相當(dāng)于每年大氣中的速率增加，相當(dāng)

6、于每年大氣中額外增加額外增加2.02.010101515 g g的碳。的碳。第第2節(jié)海水的節(jié)海水的pH值值珊瑚白化珊瑚白化1 1、海水酸化、海水酸化研究海水研究海水pH的重要性的重要性v海水海水pH是研究海水碳酸鹽體系的一個(gè)基本參是研究海水碳酸鹽體系的一個(gè)基本參數(shù)，各分量之間的平衡和分配關(guān)系與海水?dāng)?shù)，各分量之間的平衡和分配關(guān)系與海水pH有關(guān)（響應(yīng)或影響）。有關(guān)（響應(yīng)或影響）。v海水海水pH與碳酸鹽體系的其它過程，如碳酸鈣與碳酸鹽體系的其它過程，如碳酸鈣沉淀溶解、生物光合作用等有關(guān)。沉淀溶解、生物光合作用等有關(guān)。v海水海水pH對(duì)海洋中多種化學(xué)作用有關(guān)，如影響對(duì)海洋中多種化學(xué)作用有關(guān)，如影響某些元

7、素水解、通過海水某些元素水解、通過海水Eh（或（或pe）影響變）影響變價(jià)元素的存在形式等。價(jià)元素的存在形式等。2、 pH標(biāo)度標(biāo)度2.1 pH2.1 pH定義定義早期早期pHpH的定義（的定義（Srensen, 1909Srensen, 1909）為）為 pH= lgpH= lgc cH+H+ SrensenSrensen（19241924）修改為）修改為 pH = lg pH = lg a aH+H+ 按照該定義無法對(duì)按照該定義無法對(duì)pHpH進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)榕c標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)榕c標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)相當(dāng)?shù)牧汶x子強(qiáng)度的溶液無法配制，且單個(gè)離子相當(dāng)?shù)牧汶x子強(qiáng)度的溶液無法配制，且單個(gè)離子活度（系數(shù)）無法測(cè)定。

8、活度（系數(shù)）無法測(cè)定。pHpH的操作定義是建立在相應(yīng)的測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，的操作定義是建立在相應(yīng)的測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，因此有不同的實(shí)用因此有不同的實(shí)用pHpH標(biāo)度。標(biāo)度。v測(cè)定方法：測(cè)定方法： 玻璃電極玻璃電極| |溶液（溶液（X X）KClKCl溶液溶液 | |甘汞電極甘汞電極v標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)pHpH緩沖溶液的電動(dòng)勢(shì)（緩沖溶液的電動(dòng)勢(shì)（E Es s）和測(cè)試溶液的）和測(cè)試溶液的電動(dòng)勢(shì)（電動(dòng)勢(shì)（E Ex x）和相應(yīng)的）和相應(yīng)的pHpHs s和和pHpHx x的關(guān)系為：的關(guān)系為： FRTEsExpHspHx/303. 2)(2.2 pH2.2 pH的實(shí)用標(biāo)度的實(shí)用標(biāo)度xxpHFRTEE303. 20SSpH

9、FRTEE303. 20v美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(NBS)(NBS)和英國(guó)國(guó)家標(biāo)淮都采用和英國(guó)國(guó)家標(biāo)淮都采用0.05 mol/L0.05 mol/L鄰苯二甲酸氫鉀溶液為鄰苯二甲酸氫鉀溶液為pHpHs s標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：2)100)15(2100. 4tpHs以上方法即為以上方法即為NBSNBS（現(xiàn)為（現(xiàn)為NISTNIST）和）和IUPACIUPAC推推薦的薦的pHpH操作定義。其標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的離子操作定義。其標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的離子強(qiáng)度約為強(qiáng)度約為0.10.1，對(duì)于低離子強(qiáng)度的樣品，可得，對(duì)于低離子強(qiáng)度的樣品，可得到較為恒定的結(jié)果。到較為恒定的結(jié)果。NBS標(biāo)度存在的問題v海水樣品離子強(qiáng)度約為海水樣品離

10、子強(qiáng)度約為0.70.7。參比。參比電極（電極（SECSEC）的外參比液和待測(cè)溶）的外參比液和待測(cè)溶液（標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液、海水樣品）之液（標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液、海水樣品）之間存在液體接界電位間存在液體接界電位E EJ J。 E EJ J因標(biāo)準(zhǔn)因標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液與海水樣品而不同。按緩沖溶液與海水樣品而不同。按NBSNBS標(biāo)度測(cè)定海水樣品得到的標(biāo)度測(cè)定海水樣品得到的pHpH實(shí)測(cè)值當(dāng)中包含了液接電位差實(shí)測(cè)值當(dāng)中包含了液接電位差 E EJ J ，該液接電位差該液接電位差 E EJ J重現(xiàn)性不好，且重現(xiàn)性不好，且無法測(cè)量或計(jì)算。無法測(cè)量或計(jì)算。2.3 總氫離子濃度標(biāo)度總氫離子濃度標(biāo)度pH T (Hansson標(biāo)度標(biāo)度)v

11、為解決為解決NBSNBS標(biāo)度測(cè)定海水標(biāo)度測(cè)定海水pHpH時(shí)液接電位差問題，時(shí)液接電位差問題，HanssonHansson（19731973）建議使用人工海水配制標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶）建議使用人工海水配制標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，提出液，提出“總氫離子濃度標(biāo)度總氫離子濃度標(biāo)度”。v當(dāng)向海水中滴加酸至低當(dāng)向海水中滴加酸至低pHpH時(shí)，一部分酸與時(shí)，一部分酸與SOSO4 42- 2-和和F F- -結(jié)合成為結(jié)合成為H SOH SO4 4- - 和和HFHF。由于海水中。由于海水中F F- -含量較少，含量較少，HanssonHansson當(dāng)時(shí)使用無氟人工海水作為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，給出當(dāng)時(shí)使用無氟人工海水作為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，給出的的“總

12、總”氫離子濃度標(biāo)度氫離子濃度標(biāo)度pHpHT T為：為： c cH+(T)H+(T) = =c cH+(F)H+(F) + + c c HSO4HSO4- - pHpHT T = lg = lg c cH+(T)H+(T)Hansson標(biāo)度的特點(diǎn)v采用采用HanssonHansson標(biāo)度測(cè)定海水標(biāo)度測(cè)定海水pHpH，樣品與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶，樣品與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的離子強(qiáng)度相同而使液接電位相互抵消，因此測(cè)液的離子強(qiáng)度相同而使液接電位相互抵消，因此測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好，物理意義清楚。定結(jié)果準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好，物理意義清楚。vHanssonHansson標(biāo)度中的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液標(biāo)度中的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液: : 將將tris

13、tris（1,21,2胺基胺基22羥甲基丙烷羥甲基丙烷1,31,3二醇）配制在不同鹽度的人二醇）配制在不同鹽度的人工海水中。其工海水中。其pH pH tristris與溫度和鹽度的關(guān)系與溫度和鹽度的關(guān)系（Almgrenetal., 1975Almgrenetal., 1975）為）為 pHpH tris tris=(4.5=(4.5S S +2559.7)/+2559.7)/T T 0.01391 0.01391S S 0.55230.5523S S和和T T的范圍為的范圍為S S=1=14040，T T=278.15-303.15 K=278.15-303.15 K。3.海水的海水的pH值及

14、其影響因素值及其影響因素3.1 海水的海水的pH主要由碳酸鹽體系控制主要由碳酸鹽體系控制大洋海水的大洋海水的pH值一般在值一般在8.0左右，在左右，在7.58.2范范圍內(nèi)變化。海水碳酸鹽體系有兩級(jí)解離平衡關(guān)系圍內(nèi)變化。海水碳酸鹽體系有兩級(jí)解離平衡關(guān)系式，對(duì)海水式，對(duì)海水pH值起控制作用。值起控制作用。33,2323333222,22MgCOCaCOCOCOHHCOHCOHCOHOHCOMgCav兩級(jí)解離平衡的熱力學(xué)平衡常數(shù)兩級(jí)解離平衡的熱力學(xué)平衡常數(shù)3231COHHCOHK3232HCOCOHKv實(shí)際中常用表觀解離常數(shù)實(shí)際中常用表觀解離常數(shù)33232311HCOCOHCOHHCOHrrKccK

15、23332322COHCOHCOCOHrrKccK式中式中r為活度系數(shù)。為活度系數(shù)。K1，K2不僅與溫度、壓不僅與溫度、壓力有關(guān)，而且與溶液的濃度有關(guān)。力有關(guān)，而且與溶液的濃度有關(guān)。v將表觀解離常數(shù)取對(duì)數(shù)，可得將表觀解離常數(shù)取對(duì)數(shù)，可得pH323lg1COHHCOccpKpH323lg2HCOCOccpKpH討論v在一定的溫度、壓力與鹽度下，在一定的溫度、壓力與鹽度下，pH值主要決值主要決定于定于H2CO3各種離解形式之間的比值。當(dāng)測(cè)各種離解形式之間的比值。當(dāng)測(cè)定了海水定了海水pH值后，根據(jù)值后，根據(jù)pK1，pK2值就可以值就可以算出各種離解形式間的比值。算出各種離解形式間的比值。v海水緩沖能

16、力最大時(shí)的海水緩沖能力最大時(shí)的pH值應(yīng)等于值應(yīng)等于pK1或或pK2。v當(dāng)鹽度及總當(dāng)鹽度及總CO2一定時(shí)，由于一定時(shí)，由于pK1，pK2隨隨溫度及壓力變化，所以海水溫度及壓力變化，所以海水pH值也隨溫度及值也隨溫度及壓力而變。壓力而變。3.2 影響海水影響海水pH的因素的因素(1) 碳酸鹽體系各分量的比值影響碳酸鹽體系各分量的比值影響pH溫度、鹽度、壓力一定時(shí)，溫度、鹽度、壓力一定時(shí)， K1、K2均為定值。均為定值。此時(shí)，海水的此時(shí)，海水的pH取決于碳酸鹽體系各分量的比取決于碳酸鹽體系各分量的比值。值。影響碳酸鹽體系各分量比值的因素有：影響碳酸鹽體系各分量比值的因素有：v植物光合作用，吸收植物光

17、合作用，吸收CO2，pH升高。升高。v生物呼吸作用和有機(jī)物分解，釋放生物呼吸作用和有機(jī)物分解，釋放CO2，pH降低。降低。vCaCO3溶解沉淀：溶解沉淀： CaCO3溶解，溶解，pH升高；升高； CaCO3沉沉淀，淀，pH降低。降低。vCa2+、Mg2+等與等與CO32-形成離子對(duì)。形成離子對(duì)。(2) pH值與溫度的關(guān)系值與溫度的關(guān)系海水的海水的pH值隨溫度的升高而略有降低這是海值隨溫度的升高而略有降低這是海水中弱酸的電離常數(shù)隨溫度升高而增大的結(jié)果。水中弱酸的電離常數(shù)隨溫度升高而增大的結(jié)果。如果實(shí)際測(cè)定海水如果實(shí)際測(cè)定海水PH值時(shí)的水溫與現(xiàn)場(chǎng)溫度不值時(shí)的水溫與現(xiàn)場(chǎng)溫度不同，就需進(jìn)行校正，其關(guān)系

18、式如下：同，就需進(jìn)行校正，其關(guān)系式如下：)(2112ttpHpHtt其中其中t1為測(cè)定溫度為測(cè)定溫度()，t2為現(xiàn)場(chǎng)溫度為現(xiàn)場(chǎng)溫度()，a是是溫度效應(yīng)系數(shù)。溫度效應(yīng)系數(shù)。(3) pH值與壓力的關(guān)系值與壓力的關(guān)系 海水的靜水壓力增大，則其海水的靜水壓力增大，則其pH值降低，這是值降低，這是由于碳酸的離解度隨壓力的增大而增大，壓力由于碳酸的離解度隨壓力的增大而增大，壓力對(duì)對(duì)pH值的影響可按值的影響可按Culberson等等(1968)提出的提出的校正式進(jìn)行校正：校正式進(jìn)行校正：式中式中pHp表示在表示在P壓力下海水的壓力下海水的pH值，值，pH1是是在在101325Pa壓力下海水的壓力下海水的pH

19、值，值，P為海水的為海水的靜水壓力。靜水壓力。PpHpHP41100 . 4(4) pH值與鹽度的關(guān)系值與鹽度的關(guān)系海水鹽度增加，離子強(qiáng)度增大。海水中碳酸的電海水鹽度增加，離子強(qiáng)度增大。海水中碳酸的電離度就降低，從而氫離子的活度系數(shù)及活度均減離度就降低，從而氫離子的活度系數(shù)及活度均減小，即海水的小，即海水的PH值增加。值增加。4 4、海水、海水pHpH值的空間變化值的空間變化開闊大洋水開闊大洋水pH值的典型垂直分布值的典型垂直分布全球表層水全球表層水pHpH值的空間分布：值的空間分布：7.98.47.98.4v淺層水生物的光合作用會(huì)遷淺層水生物的光合作用會(huì)遷出水體中的出水體中的COCO2 2，

20、導(dǎo)致，導(dǎo)致pHpH值值增加；增加；v隨深度的增加，隨深度的增加，pHpH值逐漸值逐漸降低，至降低，至1000m1000m左右出現(xiàn)極左右出現(xiàn)極小值，該區(qū)間的降低是由于小值，該區(qū)間的降低是由于生源碎屑的氧化分解所導(dǎo)致。生源碎屑的氧化分解所導(dǎo)致。pHpH值的極小值所處層位與值的極小值所處層位與DODO極小值和極小值和pCOpCO2 2極大值所極大值所處層位相同。處層位相同。v深層水中深層水中pHpH值的增加來自值的增加來自CaCOCaCO3 3的溶解。的溶解。第第3節(jié)節(jié) 海水的總堿度海水的總堿度v海水中有相當(dāng)數(shù)量的海水中有相當(dāng)數(shù)量的HCO3-、CO32-、H2BO3-、H2PO4-和和SiO(OH)

21、3-等弱酸陰離子，它們都是等弱酸陰離子，它們都是氫離子接受體。這些氫離子接受體的濃度總氫離子接受體。這些氫離子接受體的濃度總和在海洋學(xué)上稱為和在海洋學(xué)上稱為“總堿度總堿度”，常用符號(hào)，常用符號(hào)“Alk”、 、“TA” 、“A” 或或“AT”表示。表示。1.1 總堿度（總堿度（Alkalinity）定義）定義在溫度在溫度20時(shí)，單位體積（重量）海水中，所有時(shí)，單位體積（重量）海水中，所有弱酸根陰離子全部轉(zhuǎn)換為不解離的酸所需要的氫弱酸根陰離子全部轉(zhuǎn)換為不解離的酸所需要的氫離子的量，常以離子的量，常以mmol/dm3或或mmol/kg表示。表示。也可以定義為中和單位體積（重量）海水中全部也可以定義為

22、中和單位體積（重量）海水中全部弱酸根陰離子所需的弱酸根陰離子所需的H+的量。的量。 434343342442332)(2POHHFHSOHHSNHSiOHPOHPOOHOHBCOHCOTAF海水中（海水中（pH=8, S=35pH=8, S=35）各組分對(duì)總堿度的貢獻(xiàn)）各組分對(duì)總堿度的貢獻(xiàn)實(shí)用堿度（實(shí)用堿度（PAPA）v在在pH接近接近8的天然海水中，影響總堿度的弱酸陰離的天然海水中，影響總堿度的弱酸陰離子主要為子主要為HCO3-、CO32-、 B(OH)4-等，因此，對(duì)于等，因此，對(duì)于天然海水，總堿度數(shù)值可以用下式得到很好的近似，天然海水，總堿度數(shù)值可以用下式得到很好的近似，這里稱之為實(shí)用堿

23、度（這里稱之為實(shí)用堿度（PA）l但對(duì)于河口、污染海域或缺氧的水體，硫化物、氨和磷酸鹽的影響但對(duì)于河口、污染海域或缺氧的水體，硫化物、氨和磷酸鹽的影響往往不可忽略，以上近似不能成立往往不可忽略，以上近似不能成立碳酸堿度（碳酸堿度（CACA）v海水中碳酸氫鹽和兩倍碳酸根離子摩爾濃度海水中碳酸氫鹽和兩倍碳酸根離子摩爾濃度的總和稱為碳酸堿度，單位為的總和稱為碳酸堿度，單位為mol/dmmol/dm3 3或或mol/kgmol/kg，通常以符號(hào)，通常以符號(hào)CACA表示：表示：對(duì)于天然海水，碳酸堿度對(duì)總堿度的貢獻(xiàn)通常占對(duì)于天然海水，碳酸堿度對(duì)總堿度的貢獻(xiàn)通常占90%90%以上，因此是總堿度的最重要組分。以

24、上，因此是總堿度的最重要組分。總堿度的地球化學(xué)性質(zhì)總堿度的地球化學(xué)性質(zhì)v海水中的總堿度與質(zhì)量、鹽度等參數(shù)類似，是一個(gè)海水中的總堿度與質(zhì)量、鹽度等參數(shù)類似，是一個(gè)具有保守性質(zhì)的參數(shù)。例如，如果總堿度以具有保守性質(zhì)的參數(shù)。例如，如果總堿度以mol/kgmol/kg單位來表示的話，則海水總堿度將不隨溫度、壓力單位來表示的話，則海水總堿度將不隨溫度、壓力的變化而變化。的變化而變化。v兩個(gè)不同水團(tuán)混合所形成的總堿度也可依據(jù)簡(jiǎn)單的兩個(gè)不同水團(tuán)混合所形成的總堿度也可依據(jù)簡(jiǎn)單的加權(quán)平均獲得：加權(quán)平均獲得：MM1 1、MM2 2、MMm m分別代表水團(tuán)分別代表水團(tuán)1 1、水團(tuán)、水團(tuán)2 2和混合水團(tuán)的質(zhì)量；和混合

25、水團(tuán)的質(zhì)量；TATA1 1、TATA2 2、TATAm m分別代表水團(tuán)分別代表水團(tuán)1 1、水團(tuán)、水團(tuán)2 2和混合水團(tuán)的總和混合水團(tuán)的總堿度。堿度。2211TAMTAMTAMMmv開闊大洋海水開闊大洋海水TATA與氯度的比值通常稱為與氯度的比值通常稱為“比堿度比堿度(SA)”(SA)”或或“堿氯系數(shù)堿氯系數(shù)”，它和海水中主要成分濃度，它和海水中主要成分濃度之間的比值一樣呈現(xiàn)近似恒定，可作為劃分水團(tuán)和之間的比值一樣呈現(xiàn)近似恒定，可作為劃分水團(tuán)和作為河口海區(qū)水體混合的良好指標(biāo)。作為河口海區(qū)水體混合的良好指標(biāo)。v從地球化學(xué)的觀點(diǎn)看，總堿度實(shí)際上代表的是海水從地球化學(xué)的觀點(diǎn)看，總堿度實(shí)際上代表的是海水中

26、保守性陽(yáng)離子與保守性陰離子的電荷差別。中保守性陽(yáng)離子與保守性陰離子的電荷差別。310ClTASAS=35S=35天然海水中保守性離子的濃度及其電荷濃度天然海水中保守性離子的濃度及其電荷濃度v如果僅是海水溫度與壓力發(fā)生變化，由于保守性離如果僅是海水溫度與壓力發(fā)生變化，由于保守性離子的濃度不受影響，因此總堿度不會(huì)發(fā)生變化。子的濃度不受影響，因此總堿度不會(huì)發(fā)生變化。vCOCO2 2在海氣界面的交換以及海洋生物對(duì)在海氣界面的交換以及海洋生物對(duì)COCO2 2的吸收和的吸收和釋放不會(huì)影響總堿度，因?yàn)樵谶@些過程中保守性離釋放不會(huì)影響總堿度，因?yàn)樵谶@些過程中保守性離子濃度沒有發(fā)生變化。子濃度沒有發(fā)生變化。二、

27、影響總堿度的海洋學(xué)過程二、影響總堿度的海洋學(xué)過程1 1、鹽度的影響：、鹽度的影響：由于海水中保守性陽(yáng)離子和保守性陰離子的電荷由于海水中保守性陽(yáng)離子和保守性陰離子的電荷數(shù)差隨鹽度的變化而變化，因此海水總堿度與鹽數(shù)差隨鹽度的變化而變化，因此海水總堿度與鹽度密切相關(guān)。度密切相關(guān)。海洋鹽度主要受控于降雨、蒸發(fā)、淡水輸入、海海洋鹽度主要受控于降雨、蒸發(fā)、淡水輸入、海冰的形成與融化等，因而這些過程也會(huì)導(dǎo)致海水冰的形成與融化等，因而這些過程也會(huì)導(dǎo)致海水總堿度的變化?？倝A度的變化。2 2、CaCOCaCO3 3的沉淀與溶解：的沉淀與溶解：CaCOCaCO3 3的沉淀會(huì)導(dǎo)致海水中的沉淀會(huì)導(dǎo)致海水中CaCa2+2

28、+濃度的降低，由濃度的降低，由此導(dǎo)致保守性陽(yáng)離子與保守性陰離子之間的電荷此導(dǎo)致保守性陽(yáng)離子與保守性陰離子之間的電荷數(shù)差減少，海水總堿度降低。數(shù)差減少，海水總堿度降低。3 3、氮的生物吸收和有機(jī)物再礦化過程中溶解無、氮的生物吸收和有機(jī)物再礦化過程中溶解無機(jī)氮的釋放：機(jī)氮的釋放：海洋生物吸收硝酸鹽伴隨著海洋生物吸收硝酸鹽伴隨著OH-OH-的產(chǎn)生，因而總的產(chǎn)生，因而總堿度增加堿度增加海洋生物吸收氨鹽伴隨著海洋生物吸收氨鹽伴隨著H+H+的產(chǎn)生，海水總堿的產(chǎn)生，海水總堿度降低；度降低；尿素的吸收對(duì)總堿度沒有影響。尿素的吸收對(duì)總堿度沒有影響。生源有機(jī)物再礦化過程對(duì)海水總堿度的影響與上生源有機(jī)物再礦化過程對(duì)

29、海水總堿度的影響與上述氮的生物吸收剛好相反。述氮的生物吸收剛好相反。三、海洋總堿度的分布三、海洋總堿度的分布世界大洋表層水總堿度（世界大洋表層水總堿度（mol/kgmol/kg）的空間分布）的空間分布太平洋太平洋P15P15斷面海水總堿度的空間分布斷面海水總堿度的空間分布大西洋、太平洋表層水大西洋、太平洋表層水NTANTA隨緯度的變化隨緯度的變化STANTANTA35）歸一化的總堿度（北大西洋和北太平洋總堿度和北大西洋和北太平洋總堿度和NTANTA的垂直變化的垂直變化第第4節(jié)海水的總二氧化碳節(jié)海水的總二氧化碳一、總二氧化碳（一、總二氧化碳（TCOTCO2 2）定義式定義式COCO2 2進(jìn)入海水

30、后，主要以進(jìn)入海水后，主要以4 4種無機(jī)形式存在，分別種無機(jī)形式存在，分別為為COCO2 2（aqaq）、）、H H2 2COCO3 3、HCOHCO3 3- -和和COCO3 32- 2-；海水中各種無機(jī)碳形態(tài)濃度之和稱為總二氧化碳海水中各種無機(jī)碳形態(tài)濃度之和稱為總二氧化碳（TCOTCO2 2）或總?cè)芙鉄o機(jī)碳（）或總?cè)芙鉄o機(jī)碳（DICDIC），有些文獻(xiàn)以），有些文獻(xiàn)以COCO2 2、或、或C CT T來表示來表示v實(shí)際測(cè)定時(shí)，實(shí)際測(cè)定時(shí)， 無法將無法將CO2和和H2CO3分開，而是將二分開，而是將二者合在一起考慮，寫作者合在一起考慮，寫作CO2(T)，稱為，稱為“游離二氧化游離二氧化碳碳無機(jī)

31、碳體系各組分相對(duì)含量隨無機(jī)碳體系各組分相對(duì)含量隨pHpH值的變化值的變化在海水在海水pHpH條件下條件下二、影響總二氧化碳的海洋學(xué)過程二、影響總二氧化碳的海洋學(xué)過程1 1、鹽度的影響、鹽度的影響海水中的海水中的TCOTCO2 2作為常量組分，其含量也隨鹽度作為常量組分，其含量也隨鹽度的變化而變化。一般而言，海水鹽度越高，的變化而變化。一般而言，海水鹽度越高，TCOTCO2 2亦較高。亦較高。將將TCOTCO2 2對(duì)鹽度進(jìn)行歸一化，以消除鹽度的影響對(duì)鹽度進(jìn)行歸一化，以消除鹽度的影響2 2、海洋生物光合作用、海洋生物光合作用在光合作用較強(qiáng)的海域，海水在光合作用較強(qiáng)的海域，海水TCOTCO2 2一般

32、較低一般較低3 3、有機(jī)物的再礦化、有機(jī)物的再礦化產(chǎn)生產(chǎn)生COCO2 2，快速水解成，快速水解成HCOHCO3 3- -和和COCO3 32- 2-離子，增加離子，增加海水的海水的TCOTCO2 2，對(duì)中深層水體，對(duì)中深層水體TCOTCO2 2尤為重要。尤為重要。4 4、CaCOCaCO3 3的沉淀與溶解的沉淀與溶解海洋鈣質(zhì)生物生長(zhǎng)過程中利用海水中的海洋鈣質(zhì)生物生長(zhǎng)過程中利用海水中的COCO3 32- 2-合成合成其其CaCOCaCO3 3殼體或骨骼，可導(dǎo)致海水殼體或骨骼，可導(dǎo)致海水TCOTCO2 2的降低。的降低。這些這些CaCOCaCO3 3殼體或骨骼輸送到中深層海洋后會(huì)溶殼體或骨骼輸送到

33、中深層海洋后會(huì)溶解，解，TCOTCO2 2的增加的增加三、海洋總二氧化碳的分布三、海洋總二氧化碳的分布全球海洋表層水全球海洋表層水TCOTCO2 2（mol/kgmol/kg）的空間分布）的空間分布太平洋太平洋P15P15斷面海水?dāng)嗝婧Ｋ甌COTCO2 2（mol/kgmol/kg）的空間分布）的空間分布大西洋、太平洋表層水大西洋、太平洋表層水NTCONTCO2 2隨緯度變化隨緯度變化北大西洋、北太平洋北大西洋、北太平洋TCOTCO2 2和和NTCONTCO2 2的垂直分布的垂直分布開闊大洋不同水團(tuán)開闊大洋不同水團(tuán)TATA與與TCO2TCO2的關(guān)系的關(guān)系第第5 5節(jié)節(jié) 海水二氧化碳分壓海水二氧

34、化碳分壓v一、海水二氧化碳分壓的表達(dá)方式一、海水二氧化碳分壓的表達(dá)方式 大氣大氣 / 海水海水CO2含量的表達(dá)方式含量的表達(dá)方式 vf f COCO2 2與與p p COCO2 2之間的轉(zhuǎn)換可通過以下計(jì)之間的轉(zhuǎn)換可通過以下計(jì)算式進(jìn)行：算式進(jìn)行： p p 代表總壓力，單位為代表總壓力，單位為PaPa；R R是氣體常數(shù)（是氣體常數(shù)（8.314 8.314 J/K/molJ/K/mol）；）；T T為絕對(duì)溫度（為絕對(duì)溫度（K K）；）；B B和和 為校正系為校正系數(shù)，它們可通過如下等式計(jì)算獲得：數(shù)，它們可通過如下等式計(jì)算獲得：二、海水二氧化碳分壓的分布及其影響因素二、海水二氧化碳分壓的分布及其影響因

35、素全球海洋表層水全球海洋表層水p pCOCO2 2的空間變化的空間變化影響影響p pCOCO2 2分布的主要海洋學(xué)過程分布的主要海洋學(xué)過程（1 1）海洋生物光合作用消耗水體中的）海洋生物光合作用消耗水體中的COCO2 2，導(dǎo)致，導(dǎo)致p pCOCO2 2的降低；的降低；（2 2）CaCOCaCO3 3的溶解降低水體中的的溶解降低水體中的COCO2 2濃度，導(dǎo)致濃度，導(dǎo)致p pCOCO2 2降低；降低；（3 3）太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)可導(dǎo)致表層水溫度升高，海水）太陽(yáng)輻射的增強(qiáng)可導(dǎo)致表層水溫度升高，海水中中COCO2 2溶解度降低，溶解度降低，p pCOCO2 2也會(huì)降低；也會(huì)降低；（4 4）海洋生源顆粒有

36、機(jī)物的氧化分解會(huì)增加水體中）海洋生源顆粒有機(jī)物的氧化分解會(huì)增加水體中的的COCO2 2，使，使p pCOCO2 2升高；升高；（5 5）海水中）海水中CaCOCaCO3 3的形成增加水體的形成增加水體COCO2 2濃度，進(jìn)而導(dǎo)濃度，進(jìn)而導(dǎo)致致p pCOCO2 2的升高；的升高；（6 6）人類燃燒礦物燃料導(dǎo)致大氣）人類燃燒礦物燃料導(dǎo)致大氣COCO2 2的增加，進(jìn)而通的增加，進(jìn)而通過海過海- -氣界面交換導(dǎo)致表層水氣界面交換導(dǎo)致表層水COCO2 2的加入，的加入，p pCOCO2 2升高。升高。北大西洋表層水北大西洋表層水p pCOCO2 2隨時(shí)間的變化隨時(shí)間的變化人類活動(dòng)釋放人類活動(dòng)釋放COCO

37、2 2的影響的影響亞熱帶北太平洋亞熱帶北太平洋ALOHAALOHA時(shí)間系列站表層水時(shí)間系列站表層水p pCOCO2 2隨時(shí)間的變化隨時(shí)間的變化人類活動(dòng)釋放人類活動(dòng)釋放COCO2 2的影響；的影響；季節(jié)變化。季節(jié)變化。大西洋表層水大西洋表層水pCOpCO2 2隨緯度的變化隨緯度的變化海-氣界面CO2的交換通量全球海洋表層全球海洋表層 pCO2的空間分布的空間分布北大西洋和北太平洋北大西洋和北太平洋p pCOCO2 2的垂直分布的垂直分布第第6 6節(jié)海水中二氧化碳體系的化學(xué)平衡節(jié)海水中二氧化碳體系的化學(xué)平衡一、海水中二氧化碳體系的化學(xué)平衡一、海水中二氧化碳體系的化學(xué)平衡COCO2 2在海水中的溶解

38、度服從亨利定律，但其與亨在海水中的溶解度服從亨利定律，但其與亨利定律的偏差比其他氣體來得大，原因在于利定律的偏差比其他氣體來得大，原因在于COCO2 2可發(fā)生水解作用可發(fā)生水解作用v平衡常數(shù)平衡常數(shù)K K為：為：v說明平衡時(shí)，海水中說明平衡時(shí)，海水中COCO2 2(aq)(aq)濃度是濃度是H H2 2COCO3 3濃濃度的度的670670倍，因此研究人員利用下式來表示倍，因此研究人員利用下式來表示H H2 2COCO3 3的一級(jí)電離過程：的一級(jí)電離過程：v一級(jí)熱力學(xué)表觀電離平衡常數(shù)為：一級(jí)熱力學(xué)表觀電離平衡常數(shù)為：其中其中v根據(jù)亨利定律：根據(jù)亨利定律：v上式中上式中K K0 0為為COCO2

39、 2在海水中的亨利常數(shù)，其數(shù)值可由溫在海水中的亨利常數(shù)，其數(shù)值可由溫度、鹽度計(jì)算得出：度、鹽度計(jì)算得出：其中其中T=tT=t+273.15+273.15；K K0 0的單位為的單位為mol/kg/atm mol/kg/atm 。v海水中海水中H H2 2COCO3 3的一級(jí)電離平衡常數(shù)亦可由溫度、鹽的一級(jí)電離平衡常數(shù)亦可由溫度、鹽度計(jì)算得出：度計(jì)算得出：K K1 1為淡水中為淡水中H H2 2COCO3 3的一級(jí)電離表觀平衡常數(shù)，與的一級(jí)電離表觀平衡常數(shù)，與溫度的關(guān)系溫度的關(guān)系vH H2 2COCO3 3的二級(jí)電離方程為：的二級(jí)電離方程為：v二級(jí)電離表觀平衡常數(shù)可表示為：二級(jí)電離表觀平衡常數(shù)可

40、表示為：v與溫度、鹽度、淡水二級(jí)電離表觀平衡常數(shù)與溫度、鹽度、淡水二級(jí)電離表觀平衡常數(shù)K K2 2 的關(guān)的關(guān)系如下：系如下：v壓力對(duì)壓力對(duì)H H2 2COCO3 3的一、二級(jí)表觀電離平衡常數(shù)有影響，的一、二級(jí)表觀電離平衡常數(shù)有影響，其對(duì)其對(duì)K K1 1* *和和K K2 2* *的影響可由下式估算出：的影響可由下式估算出：其中：其中：二、碳酸表觀電離平衡二、碳酸表觀電離平衡p pK K值的含義值的含義v假設(shè)某一給定的溶液中，假設(shè)某一給定的溶液中， COCO2 2 等于等于HCOHCO3 3- - 即在此條件下，該溶液的即在此條件下，該溶液的pHpH值就等于值就等于p pK K1 1* *。v同

41、理，在同理，在pH= ppH= pK K2 2* *時(shí)時(shí)海水中各無機(jī)碳組分濃度隨海水中各無機(jī)碳組分濃度隨pHpH的變化的變化（TCOTCO2 2=2.1 mmol/kg=2.1 mmol/kg，S=35S=35，T=25T=25）三、溫度、鹽度和壓力對(duì)三、溫度、鹽度和壓力對(duì)p pK K值的影響值的影響溫度、鹽度和壓力溫度、鹽度和壓力對(duì)海水中碳酸對(duì)海水中碳酸p pK K1 1* *和和p pK K2 2* *的的影響影響第第7 7節(jié)節(jié) 海水中二氧化碳體系各分量的計(jì)算海水中二氧化碳體系各分量的計(jì)算v4 4個(gè)等式中包括個(gè)等式中包括6 6個(gè)參數(shù)，但只有個(gè)參數(shù)，但只有COCO2 2 、 H+ H+ 、T

42、COTCO2 2、 TA TA 這這4 4個(gè)參數(shù)可以直接測(cè)量獲得個(gè)參數(shù)可以直接測(cè)量獲得第第8 8節(jié)節(jié) 海水中碳酸鈣的沉淀與溶解平衡海水中碳酸鈣的沉淀與溶解平衡一、海水中一、海水中CaCOCaCO3 3的表觀溶度積的表觀溶度積通常采用表觀溶度積來表示通常采用表觀溶度積來表示CaCOCaCO3 3的沉淀與溶解的沉淀與溶解平衡：平衡：n方解石方解石 K KSP(C)SP(C)* *=4=41010-6 -6 (mol/(dm(mol/(dm3 3) ) ) )2 2n文文 石石 K KSP(A)SP(A)* *=6.13=6.131010-6 -6 (mol/(dm (mol/(dm3 3) )2

43、2v海水中海水中CaCOCaCO3 3的溶度積與其存在的晶型結(jié)構(gòu)的溶度積與其存在的晶型結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。天然天然CaCO3CaCO3主要存在主要存在3 3種晶型，即方解石種晶型，即方解石（calcitecalcite）、文石（）、文石（aragonitearagonite）和球文石）和球文石v海洋中的海洋中的CaCOCaCO3 3主要由一些海洋生物產(chǎn)生。主要由一些海洋生物產(chǎn)生。方解石主要由有孔蟲（方解石主要由有孔蟲（foraminiferforaminifer）產(chǎn)生；文石）產(chǎn)生；文石主要由翼足類浮游動(dòng)物主要由翼足類浮游動(dòng)物(pteropods(pteropods）產(chǎn)生）產(chǎn)生有孔蟲產(chǎn)生的碳酸鈣有孔

44、蟲產(chǎn)生的碳酸鈣翼足類動(dòng)物產(chǎn)生的碳酸鈣翼足類動(dòng)物產(chǎn)生的碳酸鈣v海水中方解石、文石的溶度積可通過下式估海水中方解石、文石的溶度積可通過下式估算出來：算出來：v壓力對(duì)溶度積的影響可用下式校正：壓力對(duì)溶度積的影響可用下式校正：v在一定溫度、鹽度和壓力下，文石在海水中比方解在一定溫度、鹽度和壓力下，文石在海水中比方解石更易于溶解，它們的飽和溶度積分別為石更易于溶解，它們的飽和溶度積分別為1010-6.19-6.19 molmol2 2/kg/kg2 2（文石）和（文石）和1010-6.37-6.37 mol mol2 2/kg/kg2 2（方解石）（溫（方解石）（溫度為度為2525，鹽度為，鹽度為353

45、5，壓力為，壓力為1 atm1 atm）。）。v CaCOCaCO3 3是一種特殊的鹽，其溶解度在較低的溫度下是一種特殊的鹽，其溶解度在較低的溫度下更高，但溫度的影響是很小的。更高，但溫度的影響是很小的。vCaCOCaCO3 3溶解度隨壓力增加而增加，這更為重要，其溶解度隨壓力增加而增加，這更為重要，其對(duì)于闡明海水中對(duì)于闡明海水中CaCOCaCO3 3的垂直分布以及海洋沉積物的垂直分布以及海洋沉積物中中CaCOCaCO3 3的空間分布特別有意義。的空間分布特別有意義。二、海水中二、海水中CaCOCaCO3 3的飽和度的飽和度vCaCOCaCO3 3的飽和度可用下式表示：的飽和度可用下式表示：由

46、于海水中的由于海水中的CaCa為常量元素，其含量與鹽度呈正相關(guān)關(guān)為常量元素，其含量與鹽度呈正相關(guān)關(guān)系：系：對(duì)于開闊大洋水，對(duì)于開闊大洋水，CaCa2+2+ 的變化很小，一般小于的變化很小，一般小于1%1%，故：，故：當(dāng)當(dāng)=1=1時(shí)，時(shí)，CaCOCaCO3 3在海水中恰好飽和；當(dāng)在海水中恰好飽和；當(dāng)11時(shí)，為過飽時(shí)，為過飽和；當(dāng)和；當(dāng)11時(shí)為不飽和。時(shí)為不飽和。三、海水中三、海水中CaCOCaCO3 3的飽和深度的飽和深度vCaCOCaCO3 3溶度積隨壓力的增溶度積隨壓力的增加而增加，由于開闊大洋加而增加，由于開闊大洋水水CaCa2+2+飽和濃度隨深度變飽和濃度隨深度變化較小，化較小，CaCO

47、CaCO3 3溶度積隨溶度積隨壓力的變化很大程度上來壓力的變化很大程度上來自自COCO3 32- 2-變化所致。即，在變化所致。即，在海水中海水中COCO3 32- 2-飽和濃度隨深飽和濃度隨深度（即壓力）的增加而增度（即壓力）的增加而增大。大。v實(shí)測(cè)的海水中實(shí)測(cè)的海水中COCO3 32- 2-濃度垂?jié)舛却怪狈植记€將與直分布曲線將與COCO3 32- 2-飽和飽和濃度垂直分布曲線產(chǎn)生交濃度垂直分布曲線產(chǎn)生交點(diǎn)，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度即點(diǎn)，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的深度即為飽和深度。為飽和深度。太平洋、大西洋水體中方解石、文石太平洋、大西洋水體中方解石、文石飽和度的垂直分布飽和度的垂直分布v大洋表層水對(duì)于方解石、

48、文石都是過飽和的。大洋表層水對(duì)于方解石、文石都是過飽和的。v溫躍層以深，溫躍層以深，CaCOCaCO3 3飽和度迅速下降，在太平洋水飽和度迅速下降，在太平洋水深約深約500m500m，文石已成為不飽和。，文石已成為不飽和。v由于方解石比文石難溶解，故方解石飽和的區(qū)域比由于方解石比文石難溶解，故方解石飽和的區(qū)域比文石深得多。文石深得多。v至深層海洋，方解石和文石在深海水中是不飽和的，至深層海洋，方解石和文石在深海水中是不飽和的，其原因可能在于溫度的降低、壓力的升高及有機(jī)物其原因可能在于溫度的降低、壓力的升高及有機(jī)物的氧化等所致。的氧化等所致。v太平洋水體方解石和文石的飽和程度小于大西洋。太平洋水

49、體方解石和文石的飽和程度小于大西洋。太平洋方解石、文石飽和深度的空間變化太平洋方解石、文石飽和深度的空間變化方解石方解石文石文石四、海水中四、海水中CaCOCaCO3 3的溶解過程的溶解過程v在北大西洋在北大西洋4500 m4500 m及北太平洋及北太平洋3500 m3500 m以深，以深，方解石的飽和度方解石的飽和度 明顯小于明顯小于1 1，也就是說，如，也就是說，如果在該層次區(qū)間達(dá)到沉淀果在該層次區(qū)間達(dá)到沉淀溶解平衡的話，溶解平衡的話，將不再有方解石固體存在于這些深度以深的將不再有方解石固體存在于這些深度以深的區(qū)域，對(duì)于文石，如果達(dá)到平衡的話，在區(qū)域，對(duì)于文石，如果達(dá)到平衡的話，在1000

50、 m1000 m以深水體中將不再存在文石。但實(shí)際以深水體中將不再存在文石。但實(shí)際的情況是，在大于上述深度的海底沉積物中的情況是，在大于上述深度的海底沉積物中也存在也存在CaCOCaCO3 3固體，為什么？固體，為什么？CaCOCaCO3 3溶解躍層（溶解躍層（lysoclinelysocline）vCaCOCaCO3 3的溶解程度取決于其溶解速率與沉降速率的的溶解程度取決于其溶解速率與沉降速率的大小，而這兩個(gè)速率均與顆粒的密度有關(guān)。大小，而這兩個(gè)速率均與顆粒的密度有關(guān)。CaCOCaCO3 3溶解速率還受顆粒大小與形狀的影響。密度越小或溶解速率還受顆粒大小與形狀的影響。密度越小或顆粒較薄的顆粒較

51、薄的CaCOCaCO3 3顆粒溶解較快，而密度大且包裹顆粒溶解較快，而密度大且包裹嚴(yán)密的嚴(yán)密的CaCOCaCO3 3具有較快的沉降速率和較慢的溶解速具有較快的沉降速率和較慢的溶解速率。率。vCaCOCaCO3 3溶解速率還與海水的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，不飽和溶解速率還與海水的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，不飽和程度高的水體，程度高的水體，CaCOCaCO3 3溶解速率較快。溶解速率較快。CaCOCaCO3 3溶解速率快速增加的深度稱為溶解速率快速增加的深度稱為CaCOCaCO3 3溶溶解躍層解躍層，它是保存完好與保存不良的，它是保存完好與保存不良的CaCOCaCO3 3的分離界面。的分離界面。太平洋水體中太平洋水體中

52、CaCOCaCO3 3溶解速率的垂直變化溶解速率的垂直變化太平洋、大西洋方解石溶解躍層深度的變化太平洋、大西洋方解石溶解躍層深度的變化CaCOCaCO3 3補(bǔ)償深度（補(bǔ)償深度（CCDCCD）v在海洋沉積物的某深度處，當(dāng)在海洋沉積物的某深度處，當(dāng)CaCOCaCO3 3的溶解的溶解速率等于其累積速率時(shí)，將不再有速率等于其累積速率時(shí)，將不再有CaCOCaCO3 3保保存于該深度以深的沉積物中，這個(gè)深度稱為存于該深度以深的沉積物中，這個(gè)深度稱為CaCOCaCO3 3補(bǔ)償深度補(bǔ)償深度（CCDCCD）。）。v在實(shí)際工作中，由于在實(shí)際工作中，由于CaCOCaCO3 3溶解速率與累積溶解速率與累積速率較難以獲

53、得，海洋學(xué)家經(jīng)常方便地將海速率較難以獲得，海洋學(xué)家經(jīng)常方便地將海洋沉積物中洋沉積物中CaCOCaCO3 3含量為含量為5%5%的深度定義為的深度定義為CaCOCaCO3 3補(bǔ)償深度。補(bǔ)償深度。CaCOCaCO3 3飽和深度、溶解躍層與補(bǔ)償深度的比較飽和深度、溶解躍層與補(bǔ)償深度的比較第第9 9節(jié)海洋對(duì)人類來源節(jié)海洋對(duì)人類來源COCO2 2的吸收的吸收一、大氣中人類來源一、大氣中人類來源COCO2 2的增加的增加“失蹤的失蹤的CO2 ”去哪里了？去哪里了？v海洋具備大量吸收大氣海洋具備大量吸收大氣COCO2 2的潛力：的潛力：（1 1）溶解于海水中的）溶解于海水中的COCO2 2氣體可通過與氣體可

54、通過與COCO3 32- 2-的反應(yīng)，的反應(yīng)，使其溶解度得到很大提高，這一反應(yīng)的平衡常數(shù)很使其溶解度得到很大提高，這一反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，因此進(jìn)入海洋的大，因此進(jìn)入海洋的COCO2 2將被快速地轉(zhuǎn)化為將被快速地轉(zhuǎn)化為HCOHCO3 3- -：（2 2）進(jìn)入海洋的碳最終將通過海洋生源顆粒有機(jī)物）進(jìn)入海洋的碳最終將通過海洋生源顆粒有機(jī)物和和CaCOCaCO3 3的沉降從表層輸送進(jìn)入深海，并通過水體的沉降從表層輸送進(jìn)入深海，并通過水體的層化作用將再礦化產(chǎn)生的的層化作用將再礦化產(chǎn)生的COCO2 2儲(chǔ)存于深海水中。儲(chǔ)存于深海水中。二、海洋二氧化碳二、海洋二氧化碳碳酸鹽體系的緩沖因子碳酸鹽體系的緩沖因子

55、（RevelleRevelle因子）因子）v伴隨著海水伴隨著海水CO2的增加，的增加， HCO3-會(huì)增加，而會(huì)增加，而CO32-將降低，同時(shí)，海水的將降低，同時(shí)，海水的TCO2也將增加，但也將增加，但其變化梯度與其變化梯度與CO2的變化梯度會(huì)有所不同。為表的變化梯度會(huì)有所不同。為表征海水中征海水中CO2變化所導(dǎo)致的變化所導(dǎo)致的TCO2變化，引入了緩變化，引入了緩沖因子沖因子RF：RF反映了大氣二氧化碳分壓相對(duì)變化對(duì)海水總反映了大氣二氧化碳分壓相對(duì)變化對(duì)海水總二氧化碳相對(duì)變化的影響。二氧化碳相對(duì)變化的影響。v海水總堿度恒定的情況下，海水總堿度恒定的情況下，RFRF因子與大氣因子與大氣COCO2 2濃度濃度和海水溫度有關(guān)，其值一般介于和海水溫度有關(guān)，其值一般介于8-158-15之間。之間。v大氣二氧化碳分壓的相對(duì)變化比海水總二氧化碳的大氣二氧化碳分壓的相對(duì)變化比海水總二氧化碳的相對(duì)變化大約相對(duì)變化大約1 1個(gè)數(shù)量級(jí)，大氣二氧化碳分壓個(gè)數(shù)量級(jí)，大氣二氧化碳分壓增加至增加至兩倍，海水兩倍，海水TCOTCO2 2僅變化約僅變化約10%10%。表層海洋表層海洋COCO3 32- 2- 和和RFRF隨緯度的變化隨緯度的變化三、海洋吸收人類來源三、海洋吸收人類來源COCO2 2潛力的評(píng)估潛力的評(píng)估人類來源人類來源COCO2 2被海洋吸收的份額與平衡水柱高被海洋吸收的份額與平