Adâncimea de compensare a carbonatului

Adâncimea de compensare a carbonatului , acronim CCD (din engleza Carbonate (sau Calcite) Compensation Depth ), este adâncimea în apele oceanului sub care rata de acumulare a calcitului (cea mai comună formă de carbonat de calciu ) este mai mică decât rata de solvabilitate a acestuia și, prin urmare, calcitul se dizolvă în apă. În mod similar, există o adâncime de compensare a aragonitului (DCA) care indică nivelul la care se produce același fenomen pentru aragonit , cealaltă formă polimorfă comună a carbonatului de calciu.

Nivelul actual al CCD în Oceanul Pacific este situat la aproximativ 4.200-4.500 de metri, în partea temperată și tropicală a Oceanului Atlantic este poziționat în jur de 5.000 m, în timp ce în Oceanul Indian este situat într-o poziție intermediară. Studiile privind dizolvarea carbonatului de calciu în apa de mare au fost efectuate în special de oceanograful John Murray, care a fost primul care a identificat adâncimea de compensare a carbonaților din oceane. ^[1]

Descriere

Ciclul de CO ₂ între atmosferă și apele oceanului.

Carbonatul de calciu este substanțial insolubil în apele de suprafață care sunt în general suprasaturate în calcit. Cojile calcaroase ale planctonului mort tind, așadar, să cadă de-a lungul coloanei de apă de mare și să se așeze pe fundul oceanului, rămânând substanțial nealterate, cel puțin până când ajung la lizoclină , nivelul la care solubilitatea carbonatului începe să crească semnificativ.
O creștere suplimentară a adâncimii duce la dizolvarea completă a cojilor de carbonat conform următoarei ecuații:

\mathrm {CaCO_{3}+CO_{2}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ Ca^{2+}(aq)+2\ HCO_{3}^{-}(aq)}

{\ displaystyle \ mathrm {CaCO_ {3} + CO_ {2} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ Ca ^ {2 +} (aq) +2 \ HCO_ {3} ^ {-} (aq)}}

{\ displaystyle \ mathrm {CaCO_ {3} + CO_ {2} + H_ {2} O \ \ rightleftharpoons \ Ca ^ {2 +} (aq) +2 \ HCO_ {3} ^ {-} (aq)}}

Acest nivel este denumit adâncimea de compensare a carbonatului .

Particule de sediment sau plancton calcar pot fi găsite numai în formă stabilă deasupra CCD-ului. Prin urmare, dacă fundul mării se află deasupra CCD-ului, sedimentele pot fi, de asemenea, alcătuite din substanțe calcaroase sau calcaroase , în timp ce dacă sunt situate la o adâncime mai mare, cojile subțiri calcaroase au timp să se dizolve sau înainte de a ajunge la fund sau ulterior într-un scurt timp, prevenind astfel acumularea și permanența resturilor compuse din _CaCO3 pe fundul mării.

O excepție de la acest principiu poate apărea dacă sedimentele calcaroase sunt inițial depuse deasupra CCD-ului (așa cum se poate întâmpla într-o creastă oceanică ) și acoperite imediat cu nămol sau argilă silicioasă în zona abisopelagică . În acest caz, orice scufundare ulterioară a fundului mării sub nivelul CCD nu duce la dizolvarea carbonatului, al cărui contact cu apa este împiedicat de straturile de protecție de mai sus. ^[2] O situație similară apare dacă coaja calcaroasă este transportată rapid sub CCD, dar acoperită cu sedimente înainte ca aceasta să aibă timp să se topească. De asemenea, în acest caz este posibilă conservarea unui reziduu de calcar la altitudini altfel imposibilă.

Modificări ale valorii CCD

Modificarea pH-ului suprafeței mării cauzată de CO ₂ antropogen între 1700 și 1990.

Valoarea reală a CCD depinde de nivelul de solubilitate al carbonatului de calciu, care la rândul său este o funcție a temperaturii, presiunii, compoziției chimice a apei și acidității acesteia, dată în special de cantitatea de CO ₂ dizolvată în apă . Solubilitatea carbonatului în apă crește odată cu presiunea și cu scăderea temperaturii; de asemenea, crește pe măsură ce crește concentrația de CO ₂ dizolvat. De fapt, în ecuația anterioară, o creștere a dioxidului de carbon tinde să deplaseze echilibrul reacției spre dreapta, producând mai mult Ca ²⁺ și HCO ₃ ^- în detrimentul CO ₂ și carbonatului de calciu, conform principiului Le Châtelier al chimist de echilibru.

Nivelul actual al CCD în Oceanul Pacific este situat la aproximativ 4.200-4.500 de metri, cu excepția zonei ecuatoriale de apă în creștere, unde limita este de aproximativ 5.000 m. În partea temperată și tropicală a Oceanului Atlantic, CCD este poziționat în jur de 5.000 m, în timp ce în Oceanul Indian se află într-o poziție intermediară.

Variația adâncimii CCD este legată de perioada de timp de când apele adânci au fost expuse la suprafață; această perioadă se numește „ vârsta masei de apă ”. Din acest motiv, CCD este în medie mai adânc în Atlantic, mai puțin adânc în Pacific și intermediar în Oceanul Indian. Vârstele relative ale acestor bazine pot fi deduse din tiparul de circulație termohalină a curentului oceanic . Deoarece materia organică, la fel ca excrementele fecale din copepode , tinde să precipite de la suprafață la apele adânci, apele abisale tind să acumuleze dioxid de carbon dizolvat în timp. Masele de apă mai vechi au o concentrație mai mare de dioxid de carbon și, în consecință, un CCD mai superficial. CCD este relativ superficial la latitudini mari, cu excepția oceanelor nord-atlantice și sudice unde este stabilit un curent descendent. Acest curent duce la adâncimi apă de suprafață tânără, care este relativ scăzută în CO ₂ și, prin urmare, scade adâncimea CCD.

Adâncimea CCD a suferit variații profunde de-a lungul diferitelor ere geologice. De la Cretacic la Eocen , în special în perioada caldă amaximului termic al Paleocen-Eocen , CCD a fost poziționat la niveluri mai puțin adânci decât cele actuale, deoarece, în urma activității vulcanice ridicate, concentrația atmosferică de dioxid de carbon a fost mult mai mare din curent și, prin urmare, și-a crescut presiunea parțială în apa oceanului. Efectul a fost parțial compensat de temperatura ridicată a apei care împiedică dizolvarea carbonatului. ^[3] Spre sfârșitul Eocenului, scăderea efectului de seră a dus la o creștere a adâncimii CCD.

În zilele noastre este posibil ca creșterea concentrației de CO ₂ atmosferic derivată din utilizarea combustibililor fosili să poată duce la o creștere a nivelului de CCD pornind de la zone în care există curenți direcționați în jos.

Adâncimea de compensare a Aragonitei

Fazele de dizolvare a învelișului pteropodului , componenta principală a fracțiunii aragonite a noroiului de carbonat de adâncime.

Aragonitul este mai solubil în apă decât calcitul. Ca urmare, aragonitul începe să se dizolve la o adâncime mai mică decât calcitul, ceea ce înseamnă că adâncimea la care viteza de dizolvare a aragonitului este cel puțin egală cu rata de intrare, este mai mare în coloana de apă. Comparativ cu nivelul corespunzător pentru calcit. Acest nivel se numește „ Adâncimea de compensare Aragonite ”. La latitudini joase, DCA se găsește în medie la aproximativ 1.500 de metri adâncime, cu oscilații între 2.000-3.000 m în Atlantic și între 500 și 1.500 m în Oceanele Indian și Pacific. ^[4]

Aspecte geomorfologice

Deoarece sub CCD carbonatul de calciu nu poate exista în echilibru decât pentru o perioadă scurtă de timp, chiar și rocile care îl conțin, cum ar fi pietrele de calcar sau carbonat , tind neapărat să se dizolve. Prin urmare, nu este posibil să se găsească acest tip de rocă la adâncimi mai mari decât cea de compensare a carbonatului, dar există structuri bazate pe sialic , femic sau alte tipuri non-calcaroase.

Notă

^ Wolfgang H. Berger , Calcite Compensation Depth (CCD) , în Jan Harff, Meschede Martin, Sven Petersen și Jörn Thiede (eds), Encyclopedia of Marine Geosciences , Encyclopedia of Earth Sciences Series, Springer Netherlands, 2016, pp. 71–73, DOI : 10.1007 / 978-94-007-6238-1_47 , ISBN 978-94-007-6238-1 .
^ Thurman, Harold, Alan Trujillo. Oceanografie introductivă . 2004. paginile 151-152
^ Mai cald decât o cadă cu hidromasaj: temperaturile Oceanului Atlantic mult mai mari în trecut , Physorg.com, 17 februarie 2006
^ WH Berger: Carbonat de adâncime: distribuția pteropodelor și adâncimea de compensare a aragonitului. Cercetări în adâncime. Bd. 25, nr. 5, 1978, S. 447-452, doi: 10.1016 / 0146-6291 (78) 90552-0 .

Bibliografie

Ridgwell, A. & Zeebe, RE,: Rolul ciclului global al carbonatului în reglarea și evoluția sistemului Pământului. Scrisorile Pământului și Științei Planetare, 234: p. 299-315. 2005.
Sarmiento, JL & Gruber, N.,: Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton University Press. 2006.
Butler, JN, 1991: Echilibrele cu dioxid de carbon și aplicațiile lor . CRC Press, 1982 ISBN 978-0-87371-624-6

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Adâncimea de compensare a carbonatului , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul Științelor Pământului : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu Științele Pământului

[1] Wolfgang H. Berger , Calcite Compensation Depth (CCD) , în Jan Harff, Meschede Martin, Sven Petersen și Jörn Thiede (eds), Encyclopedia of Marine Geosciences , Encyclopedia of Earth Sciences Series, Springer Netherlands, 2016, pp. 71–73, DOI : 10.1007 / 978-94-007-6238-1_47 , ISBN 978-94-007-6238-1 .

[2] Thurman, Harold, Alan Trujillo. Oceanografie introductivă . 2004. paginile 151-152

[3] ^ Mai cald decât o cadă cu hidromasaj: temperaturile Oceanului Atlantic mult mai mari în trecut , Physorg.com, 17 februarie 2006

[4] WH Berger: Carbonat de adâncime: distribuția pteropodelor și adâncimea de compensare a aragonitului. Cercetări în adâncime. Bd. 25, nr. 5, 1978, S. 447-452, doi: 10.1016 / 0146-6291 (78) 90552-0 .

[1]

[2]

[3]

[4]