Chemie des Ozeankohlenstoffs

Palmyra-Atoll, Nordpazifik. Foto © Tim Calver

Die Konzentration von atmosphärischem Kohlendioxid (CO2) hat seit der industriellen Revolution (von rund 280 parts per million [ppm]) in der vorindustriellen Zeit bis zum Jahr dramatisch zugenommen 409 ppm in 2019), hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten wie der Verbrennung fossiler Brennstoffe und Änderungen in der Landnutzung.ref Das Meer spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des atmosphärischen CO2 durch Absorption von etwa 1 / 4 von CO2 das wurde jedes Jahr in die Atmosphäre entlassen. ref Dieser Prozess trägt dazu bei, die Auswirkungen der globalen Erwärmung, die mit steigenden Emissionen einhergehen, zu reduzieren, hat jedoch Kosten: die Versauerung der Meere.

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Verknüpfungen zwischen dem Aufbau von atmosphärischem CO2 durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Verlangsamung der Korallenverkalkung infolge der Versauerung der Meere. Atmosphärisches CO2 wird vom Ozean absorbiert und führt zu einer Abnahme der Carbonationenkonzentration, wodurch es für Korallen und andere Meerescalcifizierer nicht mehr möglich ist. Klicken um zu vergrößern. Modifiziert von Hoegh-Guldberg et al. 2007.

Veränderungen in der Ozeanchemie

Wenn CO2 Wird vom Ozean absorbiert, treten chemische Reaktionen auf. Insbesondere wird Kohlensäure gebildet und Wasserstoffionen freigesetzt, wodurch der pH-Wert des Meeresoberflächenwassers abnimmt (dadurch saurer wird). Wenn Wasserstoffionen im Meerwasser freigesetzt werden, verbinden sie sich mit Carbonationen und bilden Bicarbonat. Dieser Prozess verringert die Carbonationenkonzentration. Die Reduktion verfügbarer Carbonationen ist ein Problem für maritime Calcifier (Korallen, Krebstiere und Mollusken), die die Carbonationen benötigen, um Muscheln und Skelette zu bauen.

Änderungen der Carbonationenkonzentration im Meerwasser können Auswirkungen auf die Sättigungszustand (und damit die biologische Verfügbarkeit) verschiedener Arten von Calciumcarbonat (z. B. Calcit, Aragonitoder hochmagnesischer Calcit.) ref In vielen Teilen des Ozeans ist das Meerwasser in Bezug auf diese Kalziumkarbonatmineralien übersättigt, was bedeutet, dass genügend Kalziumkarbonat für Kalkorganismen vorhanden ist, um ihre Skelette und Muscheln zu bauen. Durch die fortgesetzte Versauerung der Ozeane werden jedoch viele Teile des Ozeans mit diesen Arten von Kalziumkarbonat übersättigt, wodurch die Fähigkeit einiger Organismen, Muscheln zu produzieren und zu erhalten, beeinträchtigt wird.

Der pH-Wert des Oberflächenozeans ist seit Beginn der industriellen Revolution um 0.1-pH-Einheiten gefallen. ref Dies mag zwar nicht viel klingen, aber die pH-Skala ist logarithmischund diese Änderung bedeutet eine 30-Zunahme der Azidität. Da die Ozeane weiterhin CO aufnehmen2 werden sie zunehmend saurer. Der pH-Wert des Ozeans wird voraussichtlich um weitere 0.4-pH-Einheiten von 2100 unter hohem CO sinken2 Emissionsszenario, ref Die Sättigungsgrade der Karbonate fallen möglicherweise unter die zur Aufrechterhaltung des Korallenriffs erforderlichen Werte. ref Solche Veränderungen in der Kohlenstoffchemie des offenen Ozeans haben wahrscheinlich nicht mehr als 20 Millionen Jahre stattgefunden. ref

Während anthropogenes CO2 Emissionen treiben die Versauerung auf globaler Ebene voran, Prozesse auf lokaler Ebene können auch die Chemie der Meere beeinflussen. Beispielsweise können Süßwassereinträge, Schadstoffe (z. B. saure Düngemittel, aus der Wasseraufbereitung und aus Kraftwerken ausgetragene Chemikalien) und Bodenerosion die Küstengewässer mit wesentlich höheren Raten versäuern als atmosphärisches CO2 allein. ref