Карбонатная система как индикатор биогеохимических процессов в океане

• Автор: Павлова, Галина Юрьевна
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 159 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Химия углекислого газа в морской воде
1.1. Реакции в растворе
1.2. Расчет карбонатного равновесия в открытом океане
1.3. Расчет карбонатного равновесия в мелководных морских
бассейнах и зоне смешения морских и речных вод
1.4. Расчет карбонатного равновесия в водах морского типа
по методу Питцера
2. Методы карбонатной химии
2.1. Определение суммы растворенного неорганического
углерода (ТСО2) в морской воде
2.2. Определение парциального давления углекислого газа (рС02)
в морской воде
2.3. Определение общей щелочности в морской воде
2.3.1. Методы титрования общей щелочности в закрытой ячейке . .
2.3.2. Методы титрования общей щелочности в открытой ячейке . .
2.3.3. Мегод Бруевича для титрований общей щелочности в
морской воде . . . .’
2.3.4. Метод Бруевича для титрования общей щелочности в
поровой воде
2.3.5. Интеркалибрация методов определения общей щелочности
в морской воде
2.4. Измерение pH в морской воде
2.4.1. Стандартизация ячейки безжидкостного соединения для
измерения pH в условной шкале активностей Питцера
3. Карбонатная система в морской воде
3.1. Карбонатная система как характеристика водных масс
в северо-западной части Тихого океана
3 .2. Карбонатная система и растворенный кислород Японского моря.
Анализ биологического и температурного фактора
3.3. Карбонатная система в мелководных морских бассейнах
3.4. Карбонатная система в эстуарии р. Лена-море Лаптевых.
Изменчивость кальций/магниевого отношения
Карбонатная система поровой воды Охотского моря в местах выделения метана
4.1. Щелочной резерв поровых вод Охотского моря в местах
выделения метана
4.2. Распределение гидрохимических параметров поровой воды
в местах выделения метана
Выводы
Список литературы
Приложение
Аппроксимационные уравнения для констант диссоциации угольной и борной кислот в морской воде
Приложение
Химические параметры поровой воды на станциях, выполненных в 28рейсе НИС “Академик М. А.Лаврентьев” (июль-сентябрь 1998 г.) и 1 рейсе НИС “Маршал Геловани” (август-сентябрь 1999 г.) на склоне о-ва Сахалин в Охотском море

ВВЕДЕНИЕ
Круговорот ССЬ в глобальном масштабе представляет собой, вероятно, самый важный для человечества биогеохимический круговорот. Для него характерны небольшие, но весьма подвижные фонды в атмосфере, высокочувствительные к нарушениям, которые вызываются деятельностью человека и которые могут влиять на погоду и климат. Карбонатная система морской воды занимает исключительное положение в биогеохимических исследованиях экосистемы океана. Ее состояние отражается на процессах неживой части океана (газообмен на границе морская вода/атмосфера, формирование и циркуляция водных масс, хемогенное образование/растворение карбонатов и т.д.) и на процессах, связанных с живой материей (фотосинтез и распад органического вещества, дыхание, микробиологическая деятельность на взвеси и в осадках, биогенное образование/растворение карбонатов и т.д.). Поэтому исследования карбонатного равновесия затрагивают непосредственным образом целый ряд наук о Земле - метеорологию, геологию, океанографию, экологию. Являясь основной буферной системой океана [168, 179], она регулирует pH морской воды и, следовательно, прямым образом влияет на многие химические равновесия, формы нахождения и миграцию элементов, протекание геохимических и биологических процессов. Таким образом, через исследование карбонатной системы могут быть поняты биотические и абиотические процессы и их взаимосвязь. Также не вызывает сомнений актуальность изучения климатической изменчивости карбонатной системы. В последние десятилетия исследователи разных областей наук о Земле получили множество независимых доказательств об изменчивости климата океана. В настоящее время идут дискуссии о характере этих изменений. Большинство исследователей склоняются к тому, что происходит глобальное потепление климата планеты, которое связано с ростом концентрации парниковых газов (СОг, СН4, СО, N20 и др.) в атмосфере. Ежегодный баланс углерода между атмосферой, литосферой и гидросферой является одним из центральных вопросов при изучении изменчивости климата. Эта проблема имеет большое экологическое значение, поскольку углекислый газ, как мощный источник теплового загрязнения, включается в природные биогеохимические циклы в океане и атмосфере.
Из-за высокой буферной емкости морской воды увеличение неорганического углерода, вызванное ростом СО2 в атмосфере, будет небольшим (около 0.05% в год), что дает представление о требованиях, предъявляемых к точности измерений и расчетов параметров карбонатной системы. Климатическая изменчивость карбонатной системы может быть изучена только в случае, если систематические ошибки экспериментальных методов будут сведены до уровня случайных ошибок, поэтому проблеме создания высокоточных методов измерения параметров карбонатной системы уделяется в настоящее время большое внимание

2. Методы карбонатной химии
Для изучения карбонатной системы в океане необходимо располагать значениями, как минимум, двух из перечисленных ниже параметров: pH, общей щелочности (ТА), суммы неорганического углерода (ТСО2) и парциального давления углекислого газа (рССЬ). Различные уравнения для расчета компонентов карбонатной системы, полученные комбинированием вышеперечисленных измеряемых параметров, приведены в [77, 153, 179]. Влияние ошибок измеряемых параметров на точность вычисляемых, проанализированное Диксоном и Райли [68], а также Миллеро [141], показано в табл. 1.1. (глава 1).
В этом разделе дано описание методов определения всех четырех измеряемых параметров карбонатной системы. Основное внимание уделено экспериментальному определению pH и общей щелочности, так как комбинация рН-ТА получила наибольшее распространение в отечественной практике при исследовании карбонатного равновесия.
2.1. Определение суммы растворенного неорганического углерода (ТСО2) в
морской воде
В настоящее время для определения суммы растворенного неорганического углерода в морской воде (ТСО2) используется кулонометрический метод, разработанный К Джонсоном и подробно описанный в работах: [112, 113, 114, 115 116].
Сумма растворенного неорганического углерода в морской воде равна
ТСОг = [С02']+ [lЧСОз ]+ [с'О,3 ] , (2.1 )
Здесь в квадратных скобках указаны концентрации компонентов карбонатной системы, имеющие размерность моль/кг раствора. [с02*] - суммарная концентрация всего
неионизированного углекислого газа (Н2СО3 или СО2).
Принцип метода заключается в следующем: известное количество морской воды (~30 см3) вводится в специальную камеру, где подкисляется 10% фосфорной кислотой (-1.5 см3). В результате этой процедуры все компоненты карбонатной системы переводятся в СО2, который затем переносится газом-носителем (N2) в кулонометрическую ячейку, содержащую этаноламин. При этом этаноламин превращается в гидроксиэтилкарбамидную кислоту, которая