17-11-2017 20-11-2018

Океанът като гигантски буфер, забавящ ефектите на глобалното затопляне, и цената, която "плаща"

Една от основните заплахи от увеличаването на въглеродните емисии е вкиселяването на морската вода

Снимка: iStock by Getty Images

Океанът като гигантски буфер, забавящ ефектите на глобалното затопляне, и цената, която "плаща"

Една от основните заплахи от увеличаването на въглеродните емисии е вкиселяването на морската вода

12:15 | 28 юли 2023

| Редактор: Доц. Емил Гечев* за Климатека

23 3222 Снимка: iStock by Getty Images

Океанът е огромен природен буфер, който смекчава ефекта, оказван върху атмосферата от въглеродните емисии. Чрез механизмите на карбонатната система, той успява да абсорбира до 60% от отделяния от човека въглероден диоксид. Цената за това обаче е увеличаване на киселинността на водата, като само за последните 30 години средната величина на pH в повърхностните води е намаляла от 8,3 на 8,1, което съответства на нарастване на киселинността с 30%. Освен че тази промяна е заплаха за морските организми, в дългосрочен план проблемът е, че, ако нивото на киселинност се повиши твърде много, капацитетът на океанската вода да поема въглероден диоксид рязко ще се понижи. Това пише в свой анализ за climateka.bg Емил Гачев - доцент в катедра "География, екология и опазване на околната среда" към Природо-математическия факултет на Югозападния университет "Неофит Рилски", който работи и в департамент "География" към НИГГГ-БАН.

Green Deal

Какво представлява карбонатната система на Световния океан?

Карбонатната система е верига от химични взаимодействия, чрез които океанската вода приема, натрупва и отделя карбонатни съединения и въглероден диоксид. Карбонатната система е основен инструмент, чрез който океанът участва във въглеродния баланс на планетата и в "неутрализиране" на въглеродните емисии чрез тяхното поглъщане и задържане.

Въглеродният диоксид (СО2) е един от газовете с основно значение за биологичните и атмосферните процеси. В морската вода той попада от въздуха или в резултат на жизнената дейност на организмите (при дишането и при разлагане на органични вещества).

Съществува директна връзка между количеството на разтворения въглероден диоксид и киселинността на водата.

Киселинността (или реакцията) показва какво е съотношението между водородните (Н+) и хидроксилните (ОН-) йони във водата. При вода с неутрална реакция концентрацията на водородните йони е еднаква с тази на хидроксилните йони, като е равна на около 10-7 mol/l. Колкото повече са водородните йони, толкова по-голяма е киселинността на водата.

За измерване на киселинността е въведен числов показател - pH, който представя концентрацията на ОН йоните в опростен вид - само степенният показател, и то без отрицателния знак. Тоест, при неутрална реакция на разтвора, рН е равно на 7. Така изразената числова величина може да се изменя от 0 до 14. При стойности под 7 реакцията на водата е кисела (водородните йони са повече от хидроксилните), а при стойности над 7 реакцията е алкална (тогава съотношението е в полза на хидроксилните йони).

Поглъщането на въглеродния диоксид от атмосферата в океана зависи от температурата на водата, но и от концентрацията му във въздуха. По отношение на газовете, студените води имат по-голяма разтворимост.

Вторият важен компонент в карбонатната система е притокът на разтворени от речната и морската вода компоненти от варовикови и други химически разтворими скали - предимно хидрокарбонатни (HCO3-), калциеви (Ca2+) и по-малко магнезиеви (Mg2+) йони. В повърхностните слоеве на водните басейни, особено в крайбрежните области, става насищане и дори пресищане на водите с такива компоненти. До химическо утаяване на калциев карбонат (CaCO3) на дъното на океана обаче се стига изключително рядко, понеже калциевите и карбонатните йони се извличат от морските организми, които изграждат своите скелети и черупки от калциев карбонат. След смъртта на организмите, техните карбонатни останки се отлагат на дъното и след дълго уплътняване и спояване могат да се превърнат пак във варовикови скали.

По този начин, чрез действието на карбонатната система, океанът поглъща едно значително количество от атмосферния въглероден диоксид. В процесите на постоянен обмен на газове между хидросферата и атмосферата, въглеродният диоксид, който фигурира във водата под форма на разтворен газ или на въглена киселина, може по всяко време да се върне обратно във въздуха. В същото време тази част от въглеродния диоксид, който се намира под формата на химически разградени от водата компоненти, не може да се върне в атмосферата, поне докато е в такъв вид, и остава в океана. Попадайки във водните басейни (както в моретата, така и в езерата и реките), въглеродният диоксид участва в биологичните процеси. Сред тях най-значими са фотосинтезата и дишането, които са химически противоположни.

В крайна сметка, в резултат на жизнената дейност на организмите, част от въглеродния диоксид се складира на морското дъно и в земната кора под формата на карбонатни отложения и за по-дълго или за по-кратко излиза от активен обмен. Така се компенсира притокът в системата на карбонати от разтворените от речните и морските води карбонатни скали.

Между атмосферата и океана от хилядолетия се е установило равновесие в обмена на въглеродния диоксид и неговите производни продукти, образуващи се при химичните реакции във водна среда. Във връзка със специфичните особености на този обмен (съответно и на факта, че част от въглеродния диоксид се складира под формата на седименти), океанската вода се отличава със слабо алкална реакция (рН най-често между 7,9 и 8,3). Най-високи стойности (8,0 — 8,35) pH достига в повърхностния слой на океана, поради интензивното усвояване на въглероден диоксид в процесите на фотосинтеза. С увеличение на дълбочината, стойността на pH намалява, което е свързано с нарастването на концентрацията на въглероден диоксид. В хоризонтално направление най-алкални са водите в малките ширини, докато с нарастване на географската ширина величината на рН намалява.

Защо вкисляването на морската вода е толкова голяма заплаха?

С увеличаването на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата, все по-голямо количество от този газ се разтваря в океанската вода. Образува се повече въглена киселина (H2CO3) и се увеличава концентрацията на водородните йони във водата, т.е. нейната киселинност нараства.

Вкиселяването на водите в Световния океан е научно потвърдено явление. За последните 30 години средната величина на рН в повърхностните океански слоеве се е понижила от 8,3 на 8,1, което съответства на нарастване на киселинността с 30%, като се очаква до края на този век да достигне 7,8.

Нарастването на киселинността води до все по-затруднено извличане на карбонатни йони от водата от морските организми, понеже тези йони все по-често биват придърпвани от свободните водородни йони и се съединяват с тях, като образуват хидрокарбонати. Повишеното съдържание на въглена киселина води и до по-голяма разтворимост на карбонатните съединения и тъкани, които вече са синтезирани от организмите (например черупки), а това е дирекна сериозна заплаха за живота на много видове морски обитатели. Особено уязвими са коралите, чиито колонии са обитаема среда за хиляди растителни и животински видове в малките ширини. Увеличаване на киселинността по същата причина се наблюдава освен в морето и при подпочвените, речните и езерните води.

Карбонатната система превръща океаните в гигантски резервоар за въглерод

Посредством карбонатната система, водните басейни и преди всичко океаните, се явяват гигантски резервоар за въглерода и неговите съединения. Океанът успява да "поглъща" до 60% от отделяните от човека въглеродни емисии (Millero, 2000). Според специалистите от Smitsonian Institute от началото на промишлената революция досега океанът е абсорбирал около 525 милиарда тона атмосферен въглероден диоксид, а понастоящем - около 22 милиона тона всеки ден, което е еквивалентът на емисиите от 11 милиарда литра дизелово гориво.

Тоест, океанът действа като гигантски буфер, който забавя ефектите на глобалното затопляне, като цената за това е увеличаването на киселинността на водите. Проблемът е, че ако нивото на киселинност се повиши твърде много, поемният капацитет на океанската вода спрямо въглеродния диоксид също рязко ще се понижи. В резултат на това "заключване на карбонатите" във въглената киселина, биологичното усвояване на тези съединения и тяхното отлагане на океанското дъно ще стават все по-трудно, а с това и възможностите на океана за извеждане на въглерода от системата ще бъдат все по-ограничени.

3e-news.net/bg

ИЗБРАНО