Meret ja hiilidioksiidi?

Fysikaalisen kemian tiedoilla näitä pitäisi voida laskellakin. Kun meriin liittyvät lähtötiedot saattavat olla hyvinkin puutteellisesti tunnettuja, olen itse tyytynyt asiaa katselemaan lähinnä periaatteellisella, suuntaa antavalla, puolikvantitatiivisella tasolla.

Kemian perustietojen perusteella vesiliuoksessa olevan hiilidioksidin osapaine suurin piirtein kaksinkertaistuu, kun lämpötila nousee nollasta huoneenlämpötilaan, ja lähestyy kolminkertaistumista lämpötilan ylittäessä kolmekymmentä astetta.

Lisäksi hiilidioksidin osapaine on suoraan verrannollinen veteen liuenneen hiilidioksidin pitoisuuteen.

Näillä periaatteellisilla tiedoilla pystyy jo hahmottamaan vastausta kysymykseesi.

Hiilidioksidinvaihtoa valtamerien ja ilmakehan välillä hahmoteltaessa, on kyllä vielä hyvä tietää, millä perusteella tätä vaihtoa on arvioitu, kun tulokseksi on saatu, että esimerkiksi 1990-luvulla päiväntasaajaseudulla on ilmaan tapahtunut, hiilenä laskettu nettohaihtuminen ollut noin 90 Gt vuodessa, mitä vastaavan määrän jokseenkin kokonaisuudessaan on todettu imeytyneen takaisin valtameriin ylemmillä leveysasteilla. Tämä ilmiö johtuu siitä, että päiväntasaajaseudulla ilmassa on hiilidioksidin osapaine pienempi kuin pintavedessä, ylemmillä leveysasteilla tilanteen ollessa päinvastainen.

Päiväntasaajaseudun pintavesien ylempiä leveysasteita korkeampi hiilidioksidin osapaine johtuu siitä, että Aurinko lämmittää siellä pintavedet korkeampaan lämpötilaan kuin mitä ylemmillä leveysasteilla tapahtuu.

Oman lisänsä asiaan tuo pintavesien hiilidioksidipitoisuuden vaihtelu, missä erilaiset valtamerien oskilloinnit (ENSO; PDO; AMO; NAO jne.) ovat avainasemassa.

Meren ja hiilidioksidin suhde on aika monimutkainen, eikä Henryn lain soveltaminen kovinkaan suoraviivaista. Mainitsen tässä muutamia seikkoja:

1) Valtameret ovat emäksisiä, jolloin hiilihapon anhdyridin, hiilidioksidin, pitäisi liueta vielä hyvin mereen. Selittäneekö liuenneet karbonaatit ilmiön (hiilidioksia kohtalaisesti ilmakehässä) riittävästi?

2) Kemiallista tasapainoa ei vallitse, vaan ennemmin metastabiili tila tai virtaustasapaino. Erinäiset tekijät voivat laukaista metastabiilin tilan kohti tasapainoa. Vrt. hiilidioksidi limsassa ja ravistelu.

3) Paineen vaikutuksesta karbonaattimineraalit liukenevat meren syvemmissä osissa (kalsiitin kompensaatiosyvyys 5km ... 3km ) lämpötilasta riippuen. Tämä tarkoittaa sitä, että jos vaikka koralliatolli oliskin onnistunut pitämään pintansa meren pohjan vajoamista vastaan kasvamalla, se romahtaisi liukenemisesta johtuen, kun atollin perusta olisi vajonnut n. 4 km. Sama tapahtuu eliön kalkkikuoren vajotessa meren syvänteisiin.

Että mainitsemasi ilmiö, eli hiilidiokdin vapautuminen merestä tapahtuisi meren lämmetessä, tulee täyttyä useita ehtoja. Esim. jos merivesi on kohonneessakin lämpötilassaan alle tasapainokonentraation yläpuolseen kaasukehään verrattuna, hiilidioksidi siirtyy meriveteen päin.

Käytännössä paras tapa on havainnoida merta. Havaintojen perusteella vaikuttaakin siltä, että hiilidioksidi vapautuu merestä tietyillä alueilla ja vajoaa toisilla:
http://oceanworld.tamu.edu/resources/oceanography-book/carboncycle.htm
Meri näyttäisi tuottavan ilmakehään CO2 enempi lämpoisilla merialueilla ja vastaavasti vievän hiilidioksia enempi kylmillä ilmastoalueilla. Pystyvirtaukset aiheuttanevat joitakin poikkeuksia tähän pääsääntöön. Tästä siis voisi päätellä, että todellisessa (eikä vain mallissa) meressä mainitsemasi ilmiö olisi todennäköinen. Meren lämpeneminen vapauttaisi hiilidioksidia merestä.


Linkkejä:
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OceanCarbon/
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle#In_the_ocean
http://harvardmagazine.com/2002/11/the-ocean-carbon-cycle.html
https://www.llnl.gov/str/Duffy.html
http://www.sciencedaily.com/releases/2009/01/090115164607.htm
http://www.ccas.ru/tarko/ocean_e.htm
http://nasascience.nasa.gov/earth-science/oceanography/ocean-earth-system/ocean-carbon-cycle
http://oceanworld.tamu.edu/resources/oceanography-book/oceansandclimate.htm

Tässä vähän vankempaa tietämystä täällä esitetyn mutun sijaan:

http://www.fimr.fi/fi/tietoa/ilmastonmuutos/fi_FI/itameri_hiilidioksiditutkimusten_koekenttana/