9. CO2, pH i alkaliczność

Question 1

Podaj wzór na pH?

Answer 1

pH = - log [H⁺]

Question 2

Jakie jest pH wody morskiej?

Answer 2

Słabo zasadowe, zwykle w zakresie 7,5 - 8,4 (wody powierzchniowe ~8,2)

Question 3

Jaka jest regulacja pH w oceanach?

Answer 3

1. W krótszej skali czasowej - poprzez system węglanowy
2. W dłuższej skali czasowej (>10⁴ lat) - przez równowagę wodno-mineralną (wietrzenie i dopływ rzeczny)

Question 4

Jak wpływa temperatura na pH?

Answer 4

Wzrost T powoduje wzrost pH.

pH_T2 = pH_T1 + 0,0114(T₂ - T₁)

Gdzie: T₁ - T in situ
T₂ - T pomiaru

Question 5

Jak wpływa ciśnienie na pH?

Answer 5

Wzrost p powoduje obniżenie pH.

Question 6

Co to system węglanowy?

Answer 6

Układ kwasowo-zasadowy w wodzie morskiej - układ buforowy utrzymujący pH wody morskiej na względnie stałym poziomie.

Question 7

Funkcje układu węglanowego:

Answer 7

1. Reguluje pH:
   - kontroluje specjację i reaktywność substancji w morzu
   - wpływa na odkładanie CaCO₃ w osadach, ponieważ kontroluje tempo formowania i trwałość tego materiału
2. Determinuje zdolność wody morskiej do pochłaniania CO₂ z atmosfery
   - wpływa na klimat na Ziemi (regulacja T)

Question 8

Podaj równania równowagi węglanowej:

Answer 8

• CO_2(g) <=> CO_2(aq)
• CO_2(aq) + H₂O <=> H₂CO₃
• H₂CO₃ <=> HCO₃^- + H⁺
• HCO₃^- <=> CO₃^2- + H⁺

Question 9

Co składa się na DIC?

Answer 9

DIC = [H₂CO₃] + [HCO₃^-] + [CO₃^2-]

Przy pH ~8,2 więcej niż >99% DIC to HCO₃^- i CO₃^2-.

Question 10

Od czego zależy równowaga reakcji w ramach systemu węglanowego?

Answer 10

• temperatury
• zasolenia
• ciśnienia
  (Bo zależy od nich wartość stałych K)

Question 11

W trakcie wyciągania próbki wody morskiej na powierzchnię:

Answer 11

• maleje ciśnienie
• równowaga r-cji przesuwa się w lewo
• uwalniany jest gazowy CO_2(g)
• pH wzrasta

Question 12

Czy można wyznaczyć takie pH, przy którym stężenie poszczególnych indywiduów chemicznych pozostających w równowadze jest jednakowe?

Answer 12

No ba

Question 13

Stężenia jakich form przeważają w jakim pH?

Answer 13

• Stężenie CO_2(aq) jest najwyższe przy pH 2-6, potem maleje.
• Stężenie HCO₃^- najwyższe jest przy pH 6-9, przed nim rośnie, po nim spada.
• Stężenie CO₃^2- wzrasta ze zwiększeniem pH i jest najwyższe przy pH 9-12

Question 14

Jakie są inne elementy systemu kwasowo-zasadowego?

Answer 14

Kwas borowy i produkt jego dysocjacji - borany.

Question 15

Co jest kwasem a co zasadą wg. Brønsteda?

Answer 15

• Zasady = składniki alkaliczności pełniące rolę akceptora protonów
• Kwasy = składniki alkaliczności będące dawcami protonów

Question 16

Co to alkaliczność całkowita?

Answer 16

AT = ilość moli H⁺ równoważna nadmiarowi akceptorów protonów, czyli zasad powstających z dysocjacji słabych kwasów, nad donorami protonów (kwasami) w 1kg wody morskiej.

AT = Σ_i [akceptor protonów] - Σ_i [donor protonów]

Question 17

Co to alkaliczność węglanowa?

Answer 17

Część alkaliczności, za którą odpowiadają wyłącznie węglany i wodorowęglany.

AC = [HCO₃^-] + 2[CO₃^2-]

Question 18

Jakie są udziały składników AT w wodzie morskiej?

Answer 18

Wodorowęglan - 75% AT
Węglan - 21% AT
Hydroksyboran - 3,8 % AT
Jony OH^- - 0,2% AT

Question 19

Alkaliczność całkowita a węglanowa:

Answer 19

• W wodach oceanicznych: AT~AC
• W wodach przybrzeżnych i estuariach: znaczenie dodatkowych zasad wzrasta

Question 20

Jak wygląda pH w wodach powierzchniowych?

Answer 20

• są w równowadze z atmosferą, więc pH~8,2+-0,1
• utrzymujący się trend wypadkowy pH i rosnący pCO₂ w wodzie morskiej
• lokalnie niższe pH w rejonach upwellingu strefy tropikalnej i subtropikalnej (bo w niższej T rozpuszcza się więcej CO₂)
• w małych zamkniętych akwenach zmiany dobowe w zak. 8,2 - 8,9 (spadek wieczorem i nocą - respiracja, wzrost w dzień - fotosynteza)

Question 21

Opisz zmiany pH, AT i DIC w Oceanie Atlantyckim:

Answer 21

• pH => spadek z głębokością, wzgl. stałe poniżej 1000m
• AT => wzrost z głębokością
• DIC => wzrost z głębokością (szybki w 0-1000 m, potem wolniejszy)

Question 22

Opisz zmiany pH, AT i DIC w Oceanie Spokojnym:

Answer 22

• pH => spadek z głębokością, minimum w warstwie 500-1000 m
• AT => wzrost z głębokością
• DIC => wzrost z głębokością (najszybszy w 0-250 m, potem wolniejszy)

Question 23

W wodach głębinowych którego oceanu pH jest mniejsze?

Answer 23

Pacyfiku

Question 24

W wodach głębinowych którego oceanu AT (i DIC) jest większe?

Answer 24

Pacyfiku

Question 25

Opisz stężenia AT, DIC, tlenu i fosforanów w obu oceanach:

Answer 25

- stężenia na powierzchni podobne w obu - głębinowe wyższe w Atlantyku - DIC i fosforany mają podobny kształt profilu - tlen w przybliżeniu odbicie lustrzane DIC => **Wpływ produkcji pierwotnej i mineralizacji materii organicznej**

Question 26

Jakie są przyczyny pionowej zmienności pH?

Answer 26

- w warstwie powierzchniowej spada na skutek _utleniania materii organicznej_ i osiąga min. (7,6) na głębokości ok. 1000 m - najmniejsze pH występuje w warstwie minimum natlenienia (OMZ) - w głębszych partiach oceanu pH rośnie na skutek _rozpuszczania węglanu wapnia_

Question 27

Gdzie jest więcej węgla, w oceanach czy atmosferze?

Answer 27

**Oceany** są ponad 50-krotnie większym rezerwuarem C niż atmosfera.

Question 28

Jak ocean wpływa na wzrost stężenia CO₂ w atmosferze w ostatnich latach?

Answer 28

Łagodzi, gdyż wraz z emisją dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych rośnie pochłanianie CO₂ przez ocean.

Question 29

Co to zakwaszanie oceanów?

Answer 29

Zmiany w chemizmie wód oceanicznych wywołane pochłanianiem CO₂, powodujące _wzrost stężenia H⁺ w wodzie morskiej_ (obniżenie pH), co wpływa na _równowagę chemiczną wody_.

Question 30

Na co wpływa zmniejszenie pH wody morskiej?

Answer 30

1. Zmniejszenie **tempa kalcyfikacji** => problem dla organizmów ze skorupkami z aragonitu i kalcytu oraz koralowców z wapiennymi szkieletami. Gdy pH jest zbyt niskie - pancerzyki węglanowe mogą się rozpuszczać. 2. Wzrost kwasowości i mniejsze stężenia jonów CO₃^- sprawiają, żę muszle *Bivalvia* rosną wolniej i są cieńsze. 3. Zakłócenie obiegu węgla i substancji biogenicznych.

Question 31

Konsekwencje dużego dopływu rzecznego:

Answer 31

- zmniejszenie pojemności buforowej przez rozcieńczenie wód - dostarczanie dużej ilości materii organicznej - mineralizacja m.o. **przyspiesza proces acydyfikacji**