Исследование газообмена на границе раздела вода-воздух и динамики растворенных газов O 2 и CO 2 в водоемах при различных гидродинамических условиях

• Автор: Кокорин, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 c. : ил

ГЛАВА I ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДИНАМИКУ КИСЛОРОДА

И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ВОДОЕМАХ

§ I. Процессы, управляющие распределением 02 и С02

в водоеме

§ 2. Газообмен на границе вода-воздух цри различных

гидродинамических условиях

§ 3. Образование воздушных пузырьков при обрушении волн.

Газообмен цри больших скоростях ветра

ГЛАВА II ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ КИСЛОРОДА И УГЛЕКИСЛОГО

ГАЗА ПРИ УСТОЙЧИВОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ. СТРАТИФИКАЦИИ. .37 § I. Экспериментальное изучение процессов газообмена цри
устойчивой температурной стратификации в водоеме. . . 37 § 2. Построение математической модели динамики 02 и С02
в водоеме при летнем прогреве и штилевой погоде
§ 3. Результаты расчетов по модели. Сопоставление
экспериментальных и расчетных данных
§ 4. Прогнозирование условий и времени возникновения
газовых режимов, приводящих к гибели живых организмов
в водоеме
ГЛАВА III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ГАЗООБМЕНА ПРИ КОНВЕКТИВНОМ
ПЕРЕМЕШИВАНИИ
§ I. Экспериментальное изучение влияния конвективного
перемешивания на газообмен через границу вода-воздух

§ 2. Модель для расчета профилей температуры, кислорода и углекислого газа при конвективном перемешивании
верхнего слоя водоема
§ 3. Численные расчеты по модели. Сравнение с данными
лабораторных экспериментов
§ 4. Изучение процессов газообмена при конвективном
перемешивании верхнего слоя океана
ГЛАВА ГУ ВЛИЯНИЕ ПУЗЫРЬКОВ, ОБРАЗУОЩХСЯ ПРИ ОБРУШЕНИИ ВОЛН, НА ГАЗООБМЕН МЕЙДУ ОКЕАНОМ И АТМОСФЕРОЙ.
ГАЗООБМЕН В ШТОРМОВЫХ ЗОНАХ
§ I. Модель для расчета газовых потоков, возникающих при растворении воздушных пузырьков, образующихся при
обрушении волн
§ 2. Экспериментальные измерения газовых потоков, идущих
из пузырьков в воду
§ 3. Расчет "пузырьковых" газовых потоков в верхнем слое
океана
§ 4. Оценка интенсивности газообмена в штормовых зонах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

В настоящее время большое внимание уделяется прогнозированию возможных изменении климата, обусловленных повышением содержания С02 в атмосфере. Долгосрочные прогнозы: развития энергетики свидетельствуют о том, что в топливно-энергетическом балансе на протяжении длительного времени значительную роль по —преннему будут играть различные виды органического топлива. Прогноз, выполненный в ИАЭ [62], показан на рис.1. Видно, что, несмотря на развитие альтернативных источников энергии, концентрация С02 в атмосфере резко возрастает, повышается средняя глобальная приземная температура, происходят значительные изменения климата [23,34,67,155}. Поэтому необходимо детальное изучение всех процессов, способных оказать влияние на динамику С02 и 02. Последний играет ключевую роль в развитии живых организмов, которые в свою очередь потребляют С02 при фотосинтезе. При определенных условиях возможно образование дефицита кислорода, что приводит к массовой гибели живых организмов.
Газообмен в гидросфере, представляет собой одно из наиболее существенных звеньев в круговороте кислорода и углерода в природе. Океан является основным естественным источником и стоком углерода^ силу чего, исключительно важную роль приобретают исследования газообмена между океаном и атмосферой. Доля океана как поглотителя атмосферного СО^ока ещё окончательно не выяснена.
Данная работа посвящена экспериментальному и теоретическому изучению процессов газообмена в водоемах. В задачу настоящего исследования входили следующие основные моменты; I/ построение модели динамики 02 и С02 в водоеме, учитывающей влияние процесса

коэффициент, характеризующий рост хлореллы, получим, что $196# ". Фотосинтез в общем виде описывается следующим
уравнением: £• СО % + 6 Иг о = £ Ог + Се У<2 Ое / 2.5
■ глюкоза
Из уравнения следует, что при вступлении в реакцию 2 г С02 выделяется 1,4 г 02, то есть <Г= формуле /2.2/ коэффициент ^ , можно рассчитать расход С02 /А* V

и рост хлореллы /р / при фотосинтезе.
За время экспериментов органическое вещество не успевало разложиться до С02. Поэтому в модели не учитывалось его поступление из-за окисления. Динамика растворенного в воде углекислого газа описывалась следующим уравнением:
К-9г(г,-1)■&(*.-£) +0_Л>,*) , / 2.6
<30СМ} - член, учитывающий химическую активность С02 в воде.
После каждого шага счета по времени и в каждой точке по глубине проводилась проверка: соответствует ли отношение концентрации различных карбонатных форм равновесному. Если равновесие было нарушено, то вводились поправки го есть производилось перераспределение общей концентрации неорганического углерода меццу карбонатными формат.1®. ЭС, Ш) „ э2О Ггр
-рг-*2—эГ-*И{М. *-<2 ,2-7,
С4 и С2 - концентрации НСО^ и Со|-. Равновесные концентрат® рассчитывались с помощью уравнений Буха /сгл. §1 Гл.1 /, при этом использовались экспериментальные значения карбонатной щелочности. Заметим, что карбонатная щелочность как в пресных водоемах, так и в океане, как правило, практически неизменна или изменяется очень медленно [2,108,215^. Постоянство карбонатной щелочности как по глубине, тате и во времени, отмечалось и в наших экспериментах. Поэтому задание этого параметра фактически являлось заданием ещё