Earth
Углерод и кислотность океана
Пропускайте воздух с заданным CO2 через стакан морской воды на лабораторном столе и смотрите, как меняет цвет индикатор. Растворённый углерод и щёлочность воды задают её pH и доли растворённого CO2, гидрокарбоната и карбонат-иона по опубликованным константам Люкера, Диксона, Миллеро, Вайса и Мучи; фактор Ревелла объясняет, почему давление CO2 в воде растёт в десять раз быстрее её углерода. Поднимите CO2 в воздухе — карбонат-ион падает, пока около четырёх тысяч микроатмосфер вода не перестанет удерживать арагонит: раковина на дне начинает растворяться, и её две единицы щёлочности на каждый углерод буферируют воду обратно чуть ниже насыщения. Холодная вода того же состава держит меньше карбоната. Углерод в воде, раковине и воздухе сохраняется до округления.
Что происходит
Килограмм морской воды со щёлочностью 2300 мкмоль/кг и 2000 растворённого неорганического углерода при 25 °C и солёности 35. pH по общей шкале решает TA = DIC (K1 h + 2 K1 K2)/(h² + K1 h + K1 K2) + B_T K_B/(K_B + h) + K_w/h − h бисекцией, с K1 и K2 по Люкеру и др. (2000), K_B по Диксону (1990), бором Упстрёма, K_w по Миллеро (1995), K0 по Вайсу (1974) и произведением арагонита по Мучи (1983). Газообмен релаксирует растворённый CO2 к K0 pCO2_air; раковина из 2 г арагонита растворяется со скоростью k (1 − Omega)^1.5 при Omega < 1, добавляя один углерод и две щёлочности на единицу. RK4 с шагом 1 мин.
Что попробовать
Поднимите CO2 в воздухе и смотрите, как меняется индикатор; сравните карбонат-ион при двух температурах; переведите воду за насыщение и смотрите, как раковина растворяется и буферирует её; прочитайте фактор Ревелла.
Модель и её ограничения
Равновесная химия с опубликованными константами при одной атмосфере, без биогенов, органики и кальцита, одно время обмена, сосредоточенный закон растворения. Значения — этого идеализированного стакана.
Уравнения модуля
Уравнения 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)
