Защо океанът действа като гигантски буфер, който забавя ефектите на глобалното затопляне и каква е цената на това

В крайна сметка, в резултат на жизнената дейност на организмите, част от въглеродния диоксид се складира на морското дъно и в земната кора под формата на карбонатни отложения и за по-дълго или за по-кратко излиза от активен обмен. Така се компенсира притокът в системата на карбонати от разтворените от речните и морските води карбонатни скали.

Между атмосферата и океана от хилядолетия се е установило равновесие в обмена на въглеродния диоксид и неговите производни продукти, образуващи се при химичните реакции във водна среда. Във връзка със специфичните особености на този обмен (съответно и на факта, че част от въглеродния диоксид се складира под формата на седименти), океанската вода се отличава със слабо алкална реакция (рН най-често между 7,9 и 8,3). Най-високи стойности (8,0 — 8,35) pH достига в повърхностния слой на океана, поради интензивното усвояване на въглероден диоксид в процесите на фотосинтеза. С увеличение на дълбочината, стойността на pH намалява, което е свързано с нарастването на концентрацията на въглероден диоксид. В хоризонтално направление най-алкални са водите в малките ширини, докато с нарастване на географската ширина величината на рН намалява.

Постоянно протичащите обратими реакции на химическо превръщане на свързания с водата въглероден диоксид в хидрокарбонати и карбонати зависят от киселинността на водата – при присъщите на океанската вода стойности на рН най-голям е делът на хидрокарбонатните йони, докато карбонатните са сравнително малко. Когато съдържанието на въглероден диоксид във водата се повиши, нараства и количеството на водородните йони. Както личи от Фиг. 1, всяка добавена молекула въглена киселина (H2CO3) ангажира, макар и в обратими реакции, поне един допълнителен карбонатен йон от водата, образувайки хидрокарбонатни йони. В такива условия формирането на скелети и черупки от страна на организмите се затруднява, защото повечето от тях умеят да усвояват свободните карбонатни йони, но не и хидрокарбонатните. Именно затова коралите, които са сред най-големите биологични концентратори на калциев карбонат (CaCO3), живеят само в тропичните води. Там високата температура на водата обуславя по-ниска разтворимост на въглероден диоксид в сравнение с умерените и големите географски ширини, и съответно по-малко съдържание на въглена киселина.

Една от основните заплахи от увеличаването на въглеродните емисии е вкиселяването на морската вода.

С увеличаването на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата, все по-голямо количество от този газ се разтваря в океанската вода. Образува се повече въглена киселина (H2CO3) и се увеличава концентрацията на водородните йони във водата, т.е. нейната киселинност нараства.

Вкиселяването на водите в Световния океан е научно потвърдено явление – за последните 30 години средната величина на рН в повърхностните океански слоеве се е понижила от 8,3 на 8,1, което съответства на нарастване на киселинността с 30%, като се очаква до края на този век да достигне 7,8.

До какви проблеми може да доведе това?

Нарастването на киселинността води до все по-затруднено извличане на карбонатни йони от водата от морските организми, понеже тези йони все по-често биват придърпвани от свободните водородни йони и се съединяват с тях, като образуват хидрокарбонати. Повишеното съдържание на въглена киселина води и до по-голяма разтворимост на карбонатните съединения и тъкани, които вече са синтезирани от организмите (например черупки), а това е дирекна сериозна заплаха за живота на много видове морски обитатели. Особено уязвими са коралите, чиито колонии са обитаема среда за хиляди растителни и животински видове в малките ширини. Увеличаване на киселинността по същата причина се наблюдава освен в морето и при подпочвените, речните и езерните води.

Посредством карбонатната система, водните басейни и преди всичко океаните, се явяват гигантски резервоар за въглерода и неговите съединения. Океанът успява да “поглъща” до 60% от отделяните от човека въглеродни емисии (Millero, 2000). Според специалистите от Smitsonian Institute от началото на промишлената революция досега океанът е абсорбирал около 525 милиарда тона атмосферен въглероден диоксид, а понастоящем – около 22 милиона тона всеки ден, което е еквивалентът на емисиите от 11 милиарда литра дизелово гориво.

Тоест, океанът действа като гигантски буфер, който забавя ефектите на глобалното затопляне, като цената за това е увеличаването на киселинността на водите. Проблемът е, че ако нивото на киселинност се повиши твърде много, поемният капацитет на океанската вода спрямо въглеродния диоксид също рязко ще се понижи. Причината за това е, че при изобилие на водородни йони, по-голямата част от химически реагиралия във водата въглероден диоксид няма да се трансформира в хидрокарбонатни йони (HCO3–) и карбонатни йони (CO32-), както е понастоящем, а ще остава под формата на въглена киселина (H2CO3) При понижаване на рН, концентрацията на хидрокарбонатни (HCO3) йони (които извеждат въглерода от активна циркулация) първо се увеличава, но после рязко пада за сметка на концентрацията на свързан във въглена киселина СО2, който може свободно да преминава от океана в атмосферата. В резултат на това „заключване на карбонатите“ във въглената киселина, биологичното усвояване на тези съединения и тяхното отлагане на океанското дъно ще стават все по-трудно, а с това и възможностите на океана за извеждане на въглерода от системата ще бъдат все по-ограничени.

Фигура 2. Относителен дял в океанската вода на различните компоненти на карбонатната система (CO2 под форма на въглена киселина, хидрокарбонатни и карбонатни йони) в зависимост от концентрацията на водородни йони (изразена чрез рН).

Карбонатната система е един от инструментите на взаимодействие между океана, сушата и атмосферата. Благодарение на нея, океанът притъпява ефектите от глобалното затопляне. Всеки ден водите му поглъщат огромни количества въглероден диоксид и изолират задълго голяма част от този газ от контакт с атмосферата. Прекомерното натоварване на океана по този начин обаче е свързано с химическа промяна на самата вода – увеличава се нейната киселинност, което може да застраши морските организми в дългосрочен план.    

________________________________________