Общий неорганический углерод

Общий неорганический углерод ( CT ₎ или TIC представляет собой сумму видов неорганического углерода .

Углеродные соединения можно разделить на органические и неорганические , растворенные и дисперсные , в зависимости от их состава. Органический углерод образует основу ключевых компонентов органических соединений, таких как белки , липиды , углеводы и нуклеиновые кислоты . Неорганический углерод содержится в основном в простых соединениях, таких как углекислый газ ( CO ₂ ), угольная кислота ( H ₂ CO ₃ ), бикарбонат ( HCO - 3 ) и карбонат ( СО 2- 3 ).

Обзор

Водная неорганическая углеродная система состоит из различных ионных, растворенных, твердых и/или газообразных форм диоксида углерода в воде. К этим видам относятся растворенный диоксид углерода , угольная кислота , бикарбонат- анион , карбонат-анион , карбонат кальция , карбонат магния и другие. Относительное количество каждого вида в водоеме зависит от физических переменных, включая температуру и соленость, а также от химических переменных, таких как pH и парциальное давление газа. Такие переменные, как щелочность и растворенный (или общий) неорганический углерод, дополнительно определяют баланс массы и заряда, который ограничивает общее состояние системы. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Учитывая любые два из четырех основных параметров системы неорганического углерода (pH, щелочность, растворенный неорганический углерод, парциальное давление углекислого газа), остаток можно получить путем решения системы уравнений, соответствующих принципам химической термодинамики . ^{[ 2 ]}

На протяжении большей части 20 века химическое равновесие в морских и пресноводных системах рассчитывалось в соответствии с различными соглашениями, что приводило к расхождениям в лабораторных расчетах и ограниченной научной воспроизводимости. ^{[ 3 ]} семейство программ CO2SYS С 1998 года широко используется . Это программное обеспечение рассчитывает химическое равновесие для водных неорганических видов углерода и параметров. Их основная функция — использовать любые два из четырех основных параметров системы неорганического углерода ( pH , щелочность , растворенный неорганический углерод и парциальное давление углекислого газа ) для расчета различных химических свойств системы. Программы широко используются океанографами и лимнологами для понимания и прогнозирования химического равновесия в природных водах. ^{[ 4 ]}

Неорганические виды углерода

Неорганические виды углерода включают диоксид углерода , угольную кислоту , бикарбонат- анион и карбонат . ^{[ 5 ]} Диоксид углерода и угольную кислоту принято выражать одновременно как СО ₂ * . C _T является ключевым параметром при проведении измерений, связанных с pH природных водных систем. ^{[ 6 ]} и оценки потоков углекислого газа.

C_{T}={\ce {[CO2^{\star }]{}+[HCO3^{-}]{}+[CO3^{2-}]}}

где,

C _T – общее количество неорганического углерода
[CO ₂ *] — сумма концентраций углекислого газа и углекислоты ( [CO ₂ *] = [CO ₂ ] + [H ₂ CO ₃ ] )
[HCO − 3 ] — концентрация бикарбоната .
[CO 2− 3 ] — концентрация карбонатов

Каждый из этих видов связан следующими химическими равновесиями, обусловленными pH:

{\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3- <=> 2 H+ + CO3^2-}}

Концентрации различных видов DIC (и какой вид является доминирующим) зависит от pH раствора, как показано на графике Бьеррума .

Общий неорганический углерод обычно измеряется по подкислению образца, что приводит изменению равновесия . к СО ₂ . Затем этот газ барботируют из раствора и улавливают, а затем измеряют уловленное количество, обычно с помощью инфракрасной спектроскопии .

Морской углерод

Морской углерод далее разделяется на твердую и растворенную фазы. Эти пулы оперативно определяются путем физического разделения: растворенный углерод проходит через фильтр с размером пор 0,2 мкм, а твердые частицы углерода — нет.

В океанах встречается два основных типа неорганического углерода:

Растворенный неорганический углерод (DIC) состоит из бикарбоната ( HCO ⁻
₃ ), карбонат ( CO ²⁻
₃ ) и диоксид углерода (включая растворенный CO ₂ и угольную кислоту H ₂ CO ₃ ). DIC может превращаться в твердый неорганический углерод (PIC) посредством осаждения CaCO ₃ (биологическим или абиотическим путем). DIC также может быть преобразован в твердый органический углерод (POC) посредством фотосинтеза и хемоавтотрофии (первичное производство). ДВС увеличивается с глубиной по мере того, как частицы органического углерода тонут и выдыхаются. Свободный кислород уменьшается по мере увеличения ДВС-синдрома, поскольку кислород потребляется во время аэробного дыхания.
Частицы неорганического углерода (PIC) — это еще одна форма неорганического углерода, обнаруженная в океане. Большая часть PIC представляет собой CaCO ₃ , входящий в состав раковин различных морских организмов, но также может образовываться при путассу . Морские рыбы также выделяют карбонат кальция во время осморегуляции . ^{[ 7 ]}

Некоторые из неорганических видов углерода в океане, такие как бикарбонат и карбонат , вносят основной вклад в щелочность , естественный буфер океана, который предотвращает резкие изменения кислотности (или pH ). Морской углеродный цикл также влияет на скорость реакций и растворения некоторых химических соединений, регулирует количество углекислого газа в атмосфере и температуру Земли. ^{[ 8 ]}

Ссылки

^ Зибе, Ричард Э.; Вольф-Гладроу, Дитер А. (15 октября 2001 г.). CO ₂ в морской воде: равновесие, кинетика, изотопы . Амстердам. ISBN 978-0-08-052922-6 . OCLC 246683387 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б Штумм, Вернер; Морган, Джеймс Дж. (2012). Водная химия: химическое равновесие и скорость в природных водах (3-е изд.). Хобокен: Уайли. ISBN 978-1-118-59148-2 . OCLC 830169758 .
^ Льюис; Уоллес (1998). «Программа, разработанная для _{CO 2} расчета системы » . ОРНЛ/CDIAC-105 .
^ Орр, Дж.К.; Эпиталон, Ж.-М.; Гаттузо, Ж.-П. (09.03.2015). «Сравнение десяти пакетов, рассчитывающих химический состав карбонатов океана» . Биогеонауки . 12 (5): 1483–1510. Бибкод : 2015BGeo...12.1483O . дои : 10.5194/bg-12-1483-2015 . ISSN 1726-4189 .
^ К. Майкл Хоган. 2010. Кальций . ред. А. Йоргенсен, К. Кливленд. Энциклопедия Земли . Национальный совет по науке и окружающей среде.
^ Стэнли Э. Манахан. 2005. Химия окружающей среды. ЦРК Пресс
^ Уилсон, RW; Миллеро, Ф.Дж.; Тейлор, младший; Уолш, Пи Джей; Кристенсен, В.; Дженнингс, С.; Гроселл, М. (16 января 2009 г.). «Вклад рыбы в морской цикл неорганического углерода». Наука . 323 (5912): 359–362. Бибкод : 2009Sci...323..359W . дои : 10.1126/science.1157972 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 19150840 . S2CID 36321414 .
^ Эмерсон, Стивен (2008). Химическая океанография и морской углеродный цикл . Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83313-4 .

[1] Зибе, Ричард Э.; Вольф-Гладроу, Дитер А. (15 октября 2001 г.). CO ₂ в морской воде: равновесие, кинетика, изотопы . Амстердам. ISBN 978-0-08-052922-6 . OCLC 246683387 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[Stumm2012-2] Jump up to: ^а ^б Штумм, Вернер; Морган, Джеймс Дж. (2012). Водная химия: химическое равновесие и скорость в природных водах (3-е изд.). Хобокен: Уайли. ISBN 978-1-118-59148-2 . OCLC 830169758 .

[3] Льюис; Уоллес (1998). «Программа, разработанная для _{CO 2} расчета системы » . ОРНЛ/CDIAC-105 .

[4] Орр, Дж.К.; Эпиталон, Ж.-М.; Гаттузо, Ж.-П. (09.03.2015). «Сравнение десяти пакетов, рассчитывающих химический состав карбонатов океана» . Биогеонауки . 12 (5): 1483–1510. Бибкод : 2015BGeo...12.1483O . дои : 10.5194/bg-12-1483-2015 . ISSN 1726-4189 .

[5] К. Майкл Хоган. 2010. Кальций . ред. А. Йоргенсен, К. Кливленд. Энциклопедия Земли . Национальный совет по науке и окружающей среде.

[6] Стэнли Э. Манахан. 2005. Химия окружающей среды. ЦРК Пресс

[7] Уилсон, RW; Миллеро, Ф.Дж.; Тейлор, младший; Уолш, Пи Джей; Кристенсен, В.; Дженнингс, С.; Гроселл, М. (16 января 2009 г.). «Вклад рыбы в морской цикл неорганического углерода». Наука . 323 (5912): 359–362. Бибкод : 2009Sci...323..359W . дои : 10.1126/science.1157972 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 19150840 . S2CID 36321414 .

[:1-8] Эмерсон, Стивен (2008). Химическая океанография и морской углеродный цикл . Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-83313-4 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]