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Chimica dei carbonati nell’oceano

Fai gorgogliare aria con un CO2 a scelta in un becher di acqua di mare su un banco di laboratorio e guarda l’indicatore cambiare colore. Il carbonio disciolto e l’alcalinità dell’acqua fissano il suo pH e le quote di CO2 disciolto, bicarbonato e ione carbonato, con le costanti pubblicate di Lueker, Dickson, Millero, Weiss e Mucci; il fattore di Revelle spiega perché la pressione di CO2 dell’acqua sale dieci volte più in fretta del suo carbonio. Alza il CO2 dell’aria e lo ione carbonato cala finché, vicino a quattromila microatmosfere, l’acqua non regge più l’aragonite: la conchiglia sul fondo comincia a sciogliersi, e le sue due unità di alcalinità per ogni carbonio tamponano l’acqua appena sotto la saturazione. L’acqua fredda della stessa chimica tiene meno carbonato. Il carbonio in acqua, conchiglia e aria si conserva a meno dell’arrotondamento.

Di Mykhailo Makarov

Chimica dei carbonati nell’oceano — Immagine reale dell’applicazione
Immagine reale dell’applicazione

Cosa succede

Un chilogrammo di acqua di mare con 2300 µmol/kg di alcalinità e 2000 di carbonio inorganico disciolto a 25 °C e salinità 35. Il pH in scala totale risolve TA = DIC (K1 h + 2 K1 K2)/(h² + K1 h + K1 K2) + B_T K_B/(K_B + h) + K_w/h − h per bisezione, con K1 e K2 di Lueker et al. (2000), K_B di Dickson (1990), il boro di Uppström, K_w di Millero (1995), K0 di Weiss (1974) e il prodotto dell’aragonite di Mucci (1983). Lo scambio gassoso rilassa il CO2 disciolto verso K0 pCO2_air; una conchiglia di 2 g d’aragonite si scioglie a k (1 − Omega)^1.5 quando Omega < 1, aggiungendo un carbonio e due di alcalinità per unità. RK4 a 1 min.

Da provare

Alza il CO2 dell’aria e guarda virare l’indicatore; confronta lo ione carbonato a due temperature; spingi l’acqua oltre la saturazione e guarda la conchiglia sciogliersi e tamponarla; leggi il fattore di Revelle.

Il modello e i suoi limiti

Chimica d’equilibrio con costanti pubblicate a un’atmosfera, senza nutrienti, materia organica né calcite, un solo tempo di scambio, una legge di dissoluzione concentrata. I valori appartengono a questo becher idealizzato.

Equazioni del modulo
Equazioni
TA = DIC·(K1·h + 2K1·K2)/(h² + K1·h + K1·K2) + B_T·K_B/(K_B + h) + K_w/h − h
pCO2 = [CO2]/K0,  Ω = [Ca]·[CO3]/K_sp
dDIC/dt = (K0·pCO2_air − [CO2])/τ + R,  dTA/dt = 2R
R = k·(m/m0)^(2/3)·(1 − Ω)^1.5 for Ω < 1,  Revelle = (dp/p)/(dDIC/DIC)

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