ოკეანის გამჟავიანება

ადამიანის მიერ წარმოქმნილი CO₂- ით გამოწვეული ზღვის წყლის pH- ის ცვლილება, 1700-1990 წლებში.

NOAA-ს გრაფიკი „გამჟავიანებული“ წყლის კონტინენტურ გადაადგილებაზე. (A) ტემპერატურა, (B) არაგონიტის გაჯერება, (C) pH, (D) DIC და (E) pCO₂

ოკეანის გამჟავიანება — პროცესი, რომელიც მოიცავს ოკეანეების pH- ის დაწევას, რაც გამოწვეულია ატმოსფეროში ნახშირბადის დიოქსიდის რაოდენობის ზრდით. ზღვის წყალს ოდნავ ტუტე თვისებები აქვს და მისი pH > 7-ზე, ამიტომაც ოკეანის გამჟავიანება გულისხმობს pH- ის ნეიტრალურში გადასვლას, ნაცვლად მჟავე გარემოში გადასვლისა, როცა pH < 7-ზე. ნახშირორჟანგი, რომელიც გამოყოფილია ადამიანთა საქმიანობის შედეგად, მისი 30-40% შთაინთქმება ოკეანეების, მდინარეებისა და ტბების მიერ. მისი ნაწილი კი რეაქციაში შედის წყალთან და წარმოქმნის ნახშირმჟავას. შედეგად კი ნახშირმჟავას მოლეკულები დისოცირდებიან წყალბადის კათიონად და ბიკარბონატის ანიონად, რაც ზრდის მჟავიანობის მაჩვენებელს. 1751-1996 წლებს შორის, ზედაპირის ოკეანის pH სავარაუდოდ შემცირდა დაახლოებით 8,25-დან 8,14-მდე,რაც მსოფლიო ოკეანეებში H⁺ იონის კონცენტრაციის თითქმის 30% -იან ზრდას ნიშნავს.

მჟავიანობის მატებას, სავარაუდოდ, მოჰყვება მავნე შედეგები წყლის ორგანიზმებისთვის, როგორიცაა მეტაბოლური სიჩქარისა და იმუნური სისტემის დაქვეითება, ასევე იგი იწვევს მარჯნის გაუფერლებას.თავისუფალი წყალბადის იონების ზრდა, დამატებით კი ნახშირმჟავა, რომელიც წარმოიქმნება ოკეანეებში, საბოლოოდ კარბონატის იონებიდან გადაიქცევა ბიკარბონატულ იონებად, რაც დიდ გავლენას ახდენს მჟავიანობაზე და ცოცხალ ორგანიზმებზე. კარბონატის ბიკარბონატში გადასვლა დიდ საფრთხეს უქმნის კალციფიკურ არსებებს, რომლებისთვისაც ბევრად რთული ხდება კარბონატური საფარის შექმნა, ასეთი ორგანიზმებია, მაგალითად, მარჯანი და ზოგიერთი სახეობის პლანქტონი, ხოლო მათი საფარის სტრუქტურა გახდება დაშლადი. გამჟავიანებამ ასევე შესაძლოა დაარღვიოს ოკეანეების კვებითი ჯაჭვი.

მიუხედავად იმისა, რომ მიმდინარე პერიოდში ოკეანეში მჟავიანობის ზრდა ნაწილობრივ ანთროპოგენურია, დედამიწის ისტორიაში ადრეც მომხდარა მსგავსი ფაქტი, და შედეგად წარმოქმნილ ეკოლოგიურ კოლაფსს ოკეანეებში, ხანგრძლივი გავლენა ჰქონდა ნახშირბადის გლობალურ ციკლსა და კლიმატზე. ყველაზე ნათელი მაგალითია „PETM“, თერმული მაქსიმუმი, რომელიც მოხდა დაახლოებით 56 მილიონი წლის წინ, როდესაც ნახშირორჟანგის რაოდენობა მკვეთრად გაიზარდა ოკეანეებსა და ატმოსფეროში, რამაც ასევე გამოიწვია კარბონატული ნალექების დაშლა ყველა ოკეანეში.

ოკეანის მჟავიანობა შედარებულია ანთროპოგენური კლიმატის ცვლილებასთან და მას უწოდებენ „გლობალური დათბობის ბოროტ ტყუპს“. ასევე სხვა ნახშირორჟანგის პრობლემებთან ერთად, აღსანიშნავია, რომ მტკნარი წყლებიც მჟავიანდება, რომელიც უფრო კომპლექსურ პრობლემას წარმოადგენს.

ნახშირბადის ციკლი

ნახშირორჟანგის ციკლი, ატმოსფეროსა და ოკეანეს შორის.

ნახშირბადის ციკლი მოიცავს ნახშირორჟანგის ნაკადების მოძრაობას ოკეანეებში, ბიოსფეროში, ლითოსფეროსა და ატმოსფეროში. ადამიანთა მიერ წიაღისეული საწვავის ჭარბმა გამოყენებამ, დედამიწაზე ახალი ნახშირორჟანგის ნაკადი წარმოშვა. აქედან 47% ატმოსფეროში დარჩა, დანარჩენი შთაინთქა ოკეანეებისა და ხმელეთის მცენარეების მიერ.

ნახშირბადის ციკლი ასევე მოიცავს ორგანულ ნივთიერებებსაც, როგორიცაა ცელულოზა და არაორგანულ ნახშირბადის ნივთიერებებსაც, როგორიცაა ნახშირბადის დიოქსიდი, კარბონატისა და ბიკარბოატის იონი, თუმცა გამჟავიანებით საფრთე უფრო მეტად არაორგანულ ნივთიერებებს ემუქრებათ, რადგან CO₂-ს შეუძლია მათი დაშლა.

როდესაც თარგი:Chem წყალში გაიხსნება, იგი რეაქციაში შედის წყალთან, რათა შეიქმნას იონური და არაიონური ქიმიური ბალანსი, ამიტომაც წყალი შიეიცავს შემდეგ ნივთიერებებს: (თარგი:Chem), ნახშირმჟავა (თარგი:Chem), ბიკარბონატი (HCO₃⁻) და კარბონატი (CO₃²⁻). ამ ნივთიერებების რაოდენობა დამოკიდებულია ზღვის წყლის ტემპერატურაზე, მარილიანობასა და წნევაზე.

გამჟავიანება

(A) არაგონიტისა და (B) კალციტის გაჯერება, სიღრმის მიხედვით, ოკეანეებში

თარგი:Chem-ის გახსნა წყალში ზრდის წყალბადის კათიონების (H⁺) კონცენტრაციას, რაც შესაბამისად ამცირებს pH-ის მაჩვენებელს.

CO_{2 (ხს.)} + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺ ⇌ CO₃²⁻ + 2 H⁺.

სამრეწველო რევოლუციის დაწყების შემდგომ, ოკეანეებმა შეიწოვეს გამოყოფილი თარგი:Chem-ის მესამედი, ხოლო ნახშირორჟანგს ჩვენ მას შემდეგ ვაწარმოებთ. თუ pH 0,1-ით დაიწევს, ეს ნიშნავს , რომ წყალბადის კათიონების კონცენტრაციამ 29%-ით მოიმატა, ვინაიდან pH-ის შკალა ლოგარითმულია. სამომავლოდ ვარაუდობენ რომ შკალა დაიწევს 0,3-დან 0,5-მდე pH ერთეულით. გამოყოფის ეს პროცესი უფრო და უფრო მეტად იზრდება, ხოლო ეს გამოიწვევს ოკეანის ქიმიის ცვლილებას, მისივე pH- ის ჩათვლით, ხოლო ყველაფერი დამოკიდებულია ადამიანებზე და მათ მიერ გამოყოფილ ნახშირორჟანგზე.

მიუხედავად იმისა, რომ უდიდესი ცვლილებებია მოსალოდნელი მომავალში, NOAA- ის მეცნიერების მიერ გამოქვეყნებულ დასკვნაში ნათქვამია, რომ დიდი რაოდენობის წყლის კონცენტრაცია, დაუმუშავებელი არაგონიტით, უკვე იზრდება ჩრდილოეთ ამერიკის წყნარი ოკეანის კონტინენტურ შელფთან ახლოს.

კონტინენტური შელფები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ წყლალქვეშა ეკოსისტემებში, რადგან წყლის ორგანიზმების უმეტესობა აქ ცხოვრობს ან გვხვდება, და მიუხედავად იმისა, რომ კვლევა მხოლოდ ვანკუვერიდან ჩრდილოეთ კალიფორნიაში მდებარე ტერიტორიამდე ხდებოდა, მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ სხვა შელფის რაიონებში შესაძლოა მსგავსი სიტუაცია იყოს.

კალციფიკაცია

მიმოხილვა

ოკეანის ქიმიის ცვლილებებს შეიძლება ჰქონდეს პირდაპირი და არაპირდაპირი ზემოქმედება ორგანიზმებზე, პირველ რიგში მჟავიანობა ხელს უშლის ორგანიზმებს, რათა წარმოქმნან კალციუმის კარბონატის (თარგი:Chem) საფარი, მაგალითად ნიჟარა, რაც აუცილებელი კომპონენტია მათი არსებობისთვის. პროცესი კალციფიკაცია ძალზე მნიშვნელოვანია ბიოლოგიასა და მარჯნის მსგავსი ორგანიზმებების გადარჩენისთვის. ტერმინი გულისხმობს გახსნილი იონებისგან მყარი კალციუმის კარბონატის საფარის მიღებას, თუმცა ასეთი საფარი დაუცველია დაშლისგან, თუ ზღვის წყალი არ არის გაჯერებული კარბონატის იონებით (CO₃²⁻).

მექანიზმი

ზღვის წყლის კარბონატული სისტემის ცვლილება ოკეანის მჟავიანობისგან

ოკეანეებში მოხვედრილი ნახშირორჟანგიდან ზოგი რჩება, როგორც ნახშირორჟანგი, ხოლო დანარჩენი ხელს უწყობს ბიკარბონატისა და ნახშირმჟავს მიღებას. შემდეგ ეს ზრდის წყალბადის იონების კონცენტრაციას, ხოლო წყალბადის პროცენტული მატება უფრო მეტია, ბიკარბონატის პროცენტულ მატებასთან შედარებით.

წარმოიქმნება შექცევადი რეაქცია HCO₃⁻ ⇌ CO₃²⁻ + H⁺. წყალბადის იონი უერთდება კარბონატის იონს და მიიღება ბიკარბონატი, ანუ მცირდება კარბონატის კონცენტრაცია, რაც იწვევს შემდეგ დისბალანსს: Ca²⁺ + CO₃²⁻ ⇌ CaCO₃ და იშლება თარგი:Chem.

ბიკარბონატისა და წყალბადის იონების ზრდის შედეგად შემცირებული კარბონატის კონცენტრაცია ნაჩვენებია მარჯვენა გრაფიკზე.

გაჯერებულობის დონე

ზღვის წყლის გაჯერებულობის დონე (აღინიშნება Ω-ით) და არის მინერალის თერმოდინამიკური პოტენციალის საზომი. ქვემოთ მოყვანილია კალციუმის კარბონატის კონკრეტული მაგალითი:

$\mathrm{\Omega }=\frac{\left[\mathrm{C}\mathrm{a}{\phantom{A}}^{2+}\right]\left[\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{2-}\right]}{K_{sp}}$

Ω არის იონების კონცენტრაციის პროდუქტი, რომლებიც ქმნიან მინერალ Ca²⁺ სა და CO₃²⁻-ს. ნივთიერებების კონცენტრაცია იყოფა, იონების წონასწორობაზე, ანუ, როდესაც მინერალი არც ფორმირდება და არც იშლება.ზღვის წყალში ბუნებრივი ჰორიზონტალური საზღვარი იქმნება ტემპერატურის, წნევისა და სიღრმის გამო და იგი ცნობილია, როგორც „გაჯერებულობის ჰორიზონტი“. ამ გაჯერებულობის ჰორიზონტის ზევით, Ω- ს აქვს 1-ზე მეტი მნიშვნელობა და თარგი:Chem მარტივად არ იშლება. ორგანიზმების უმეტესობა, რომლებისთვისაც კალციუმის კარბონატის საფარი მნიშვნელოვანია, წყალში ცხოვრობს. ამ სიღრმის ქვემოთ, Ω- ს აქვს 1-ზე ნაკლები მნიშვნელობა და აქ თარგი:Chem უკვე იშლება.

CO₃²⁻-ის კონცენტრაციის შემცირებისას მცირდება Ω, ანუ თარგი:Chem-ის დაშლის რისკი უფრო მაღალია.

კალციუმის კარბონატი ძირითადად გვხვდება ორი პოლიმორფული კრისტალური სახით, ესენია არაგონიტი და კალციტი. არაგონიტი უფრო მეტად ხსნადია, ვიდრე კალციტი, ამიტომაც არაგონიტის გაჯერების ჰორიზონტი ყოველთვის უფრო ახლოს არის ზედაპირთან კალციტის გაჯერების ჰორიზონტთან შედარებით. ეს ნიშნავს იმასაც, რომ ორგანიზმები, რომლებიც წარმოქმნიან არაგონიტს, უფრო დაუცველები ხდებიან იმ ორგანიზმებთან შედარებით, რომლებიც კალციტს წარმოქმნიან.

გადაჭრის გზები

გეოინჟინერია

გეოინჟინერია განიხილება, როგორც მჟავიანობის თავიდან აცილების შესაძლო ვარიანტი. IAP-ს (2009 წელი) განცხადებაში ნათქვამია, რომ საჭიროა უფრო მეტი გამოკვლევა ამასთან დაკავშირებით და უნდა დადგინდეს, რომ გეოინჟინერია უსაფრთხო, ხელმისაწვდომი და ღირებული იქნება.

WGBU- ს (2006 წელი),დიდი ბრიტანეთის სამეფო საზოგადოებისა (2009 წელი) და აშშ-ს ეროვნული სამეცნიერო საბჭოს (2011 წელი) მოხსენებაში იყო გაფრთხილება კლიმატის ინჟინერიასთან დაკავშირებული პოტენციური რისკებისა და სირთულეების შესახებ.

რკინის გამოყენება

ამხრივ რკინის გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს ფოტოსინთეზის სტიმულირება ფიტოპლანქტონებში. რკინის ჰიპოტეზის თანახმად, ფიტოპლანქტონი გადააქცევდა ოკეანეში მოხვედრილ ნახშირორჟანგს ნახშირწყლებად და აირად ჟანგბადად, ხოლო ნახშირწყლების დიდი ნაწილი ჩაიძირებოდა ოკეანეში ღრმად. ათზე მეტმა ექსპერიმენტმა დაადასტურა, რომ ოკეანეში რკინის დამატება ფოტოსინთეზის ეფექტს ფიტოპლანქტონში 30-ჯერ ზრდის.

გალერეა

• 
  ზღვის ზედაპირის pH 90-იან წლებში.
• 
  დღევანდელი პერიოდის ტუტიანობის მაჩვენებელი.
• 
  წყლის ზედაპირზე ნაჩვენებია ანთროპოგენური თარგი:Chem.
• 
  თარგი:Chem იონების ცვალებადობა 1700-დან 1990-მდე.
• 
  თანამედროვე პერიოდი DIC
• 
  პრე-ინდუსტრიული DIC
• 
  თარგი:Chem-ის კონცენტრაციის სენსორი, რომელიც რიფთან ახლოს ზომავას მჟავიანობას.
• 
  ოკეანის მჟავიანობის საზომი.

ლიტერატურა

• Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Centre (ACE CRC) (2008). Position analysis: CO₂ emissions and climate change: Ocean impacts and adaptation issues. თარგი:ISSN. Hobart, Tasmania.
• თარგი:Cite journal, (Article preview only).
• თარგი:Cite journal
• თარგი:Cite journal
• თარგი:Cite journal
• თარგი:Cite book თარგი:Webarchive
• თარგი:Cite news
• თარგი:Cite journal
• თარგი:Cite journal
• Kleypas, J. A., R. A. Feely, V. J. Fabry, C. Langdon, C. L. Sabine, and L. L. Robbins. (2006). Impacts of Ocean Acidification on Coral Reefs and Other Marine Calcifiers: A Guide for Further Research, report of a workshop held 18–20 April 2005, St. Petersburg, FL, sponsored by National Science Foundation]], NOAA and the U.S. Geological Survey, 88pp.
• თარგი:Cite magazine
• თარგი:Cite journal
• Riebesell, U., V. J. Fabry, L. Hansson and J.-P. Gattuso (Eds.). (2010). Guide to best practices for ocean acidification research and data reporting, 260 p. Luxembourg: Publications Office of the European Union.
• თარგი:Cite journal
• თარგი:Cite book
• თარგი:Cite book თარგი:Webarchive Report website.
• თარგი:Cite book Report website.
• თარგი:Cite book თარგი:Webarchive
• თარგი:Cite book
• თარგი:Cite book

რესურსები ინტერნეტში

• Biological Impacts of Ocean Acidification (BIOACID) project
• Ocean acidification — ENCYCLOPÆDIA BRITANNICA
• Ocean Acidification — National Geographic
• What is Ocean Acidification? თარგი:Webarchive
• Ocean acidification
• Ocean Acidification
• The Global Problem of Ocean Acidification
• Ocean acidification and its effects
• Effects of Ocean and Coastal Acidification on Ecosystems

• What is ocean acidification?
• Ozeanversauerung - eine Bedrohung für das Leben im Meerთარგი:Dead link
• bmbf.de: Wissenschaftsjahr 2016*17 – Meere und Ozeane თარგი:Webarchive
• Ozeanversauerung: Fakten თარგი:Webarchive
• Häufig gestellte Fragen: Die wichtigsten Fakten zur Ozeanversauerung. თარგი:Webarchive
• Luft gibt dem Ozean Saures. (PDF)
• The Acid Ocean – the Other Problem with CO₂ Emission. auf: RealClimate.org
• The Ocean Acidification Network თარგი:Webarchive
• The Ocean in a High CO₂ World. თარგი:Webarchive
• European Project of Ocean Acidification (EPOCA)
• Woods Hole Oceanographic Institution: Ocean Acidification.