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海水中二氧化碳-碳酸盐体系

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co2的海—气交换

co2的海—气交换

co2的海—气交换1.引言1.1 概述随着人类活动日益增加，大气中的CO2浓度不断升高，进而引发了全球气候变化的问题。

CO2的海-气交换是指海洋与大气之间的二氧化碳气体的交换过程。

海洋是地球上最大的碳储库之一，同时也是全球CO2循环的重要组成部分。

在海洋中，CO2以多种形式存在，其中包括溶解态CO2、碳酸盐离子和有机碳。

这些形式的CO2通过海水与大气中的CO2进行反应和交换。

海洋的表面积广阔，能够吸收大量的CO2，起到缓解大气中CO2浓度升高的作用。

另一方面，海洋通过呼吸作用释放CO2到大气中。

然而，气候变化对海洋CO2交换产生了重要影响。

温度升高会导致海洋表层水温上升，促使海洋释放更多的CO2到大气中。

与此同时，大气中的CO2浓度升高也加剧了海洋的酸化程度，导致海洋生态系统受到威胁，进一步影响了海洋中CO2的交换过程。

因此，了解和研究海洋中CO2的海-气交换对于理解全球碳循环和气候变化具有重要意义。

通过深入研究海洋对CO2的吸收和释放过程，可以为我们提供更准确的气候模型，并为应对全球气候变化提供科学依据。

本文将着重探讨海洋中CO2循环的机制以及气候变化对海洋CO2交换的影响。

通过总结目前的研究成果，为未来的研究提供展望，以期为气候变化的应对和全球碳管理提供科学支持。

文章结构部分的内容旨在介绍文章的组织框架和主要内容，以便读者能够清晰地了解文章的结构和逻辑顺序。

文章结构如下：1. 引言1.1 概述本部分将简要介绍文章要讨论的主题——CO2的海-气交换以及其重要性。

强调海洋在全球碳循环中的作用，引起读者的兴趣和关注。

1.2 文章结构本部分将详细介绍文章的结构和内容安排。

主要分为引言、正文和结论三个部分。

通过明确的结构指导读者，让他们能够更好地理解整篇文章的完整性和逻辑性。

1.3 目的本部分将阐述文章的目的和意义。

主要目的是研究和探讨气候变化对海洋CO2交换的影响，并对未来进行展望。

通过深入研究，为应对气候变化提供科学依据，并为未来保护海洋生态环境提供可行建议。

海水二氧化碳计原理

海水二氧化碳计原理

海水二氧化碳计原理
海水二氧化碳计的原理是利用海水中二氧化碳的溶解特性和电化学测量方法。

海水中的二氧化碳主要以两种形式存在：溶解态和碳酸态。

溶解态的二氧化碳即以二氧化碳分子（CO2）的形式溶解在水中。

碳酸态的二氧化碳则以离子的形式存在，主要是碳酸氢根离子（HCO3-）和碳酸离子（CO32-）。

海水二氧化碳计的工作原理是将海水样品与电解质溶液（如碳酸盐缓冲液）接触，通过电化学传感器中的电极对二氧化碳进行测量。

电化学传感器通常使用玻璃电极和参比电极。

玻璃电极表面镀有特殊的薄膜，可以选择性地与二氧化碳反应生成离子。

参比电极用于提供稳定的电位作为参考。

当二氧化碳与玻璃电极表面的薄膜发生反应时，会产生电流信号，该信号与二氧化碳的浓度成正比。

测量仪器通过对电流信号进行放大和处理，可以得到准确的海水二氧化碳浓度。

海水二氧化碳计可以用于测量海水中二氧化碳的浓度，帮助了解海洋二氧化碳循环和气候变化的影响。

气中的二氧化碳并将其固定储存在海洋生态系统中的过程活动和机制

气中的二氧化碳并将其固定储存在海洋生态系统中的过程活动和机制

气中的二氧化碳并将其固定储存在海洋生态系统中的过程活动和机制气候变化是全球性的问题，其中二氧化碳的排放是主要原因之一。

为了减缓气候变化的影响，人类需要采取有效的措施来降低二氧化碳的排放量。

其中一个可行的方法是将二氧化碳固定储存在海洋生态系统中。

本文将探讨气中的二氧化碳并将其固定储存在海洋生态系统中的过程活动和机制。

一、气中的二氧化碳二氧化碳是一种广泛存在于自然界中的气体。

它是地球大气中的主要温室气体之一，能够吸收太阳辐射并阻止其逃逸，从而使地球温度升高。

然而，由于人类的活动，如工业、交通、能源消耗等，导致二氧化碳的排放量不断增加，进而加速了气候变化的进程。

二、将二氧化碳固定储存在海洋生态系统中的过程将二氧化碳固定储存在海洋生态系统中的过程主要包括以下几个方面：1. 海洋生物固碳海洋生物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其固定成有机物，从而促进了二氧化碳的循环。

这些有机物可以成为海洋生态系统的营养来源，同时也可以在死亡后沉积到海底，长期储存二氧化碳。

2. 海洋生物钙化海洋生物还可以通过钙化作用将二氧化碳固定储存起来。

例如，珊瑚、贝壳等生物通过钙化作用吸收二氧化碳，将其转化为碳酸钙，并在其外壳或骨骼中沉积下来。

这些碳酸钙可以在海底长期储存二氧化碳。

3. 海洋碳泵海洋碳泵是指海洋对大气中二氧化碳的吸收和储存过程。

海洋中的表层水可以吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为碳酸盐，从而降低海水的pH值。

这些碳酸盐可以在深海中长期储存二氧化碳。

三、将二氧化碳固定储存在海洋生态系统中的机制将二氧化碳固定储存在海洋生态系统中的机制主要包括以下几个方面：1. 生物多样性生物多样性是维持海洋生态系统平衡的关键因素之一。

不同种类的海洋生物可以通过吸收二氧化碳、钙化作用等方式固定储存二氧化碳，从而促进了海洋生态系统的稳定和健康。

2. 海洋环流海洋环流可以将表层水和深层水混合起来，从而促进了二氧化碳的循环和储存。

深层水中储存了大量的二氧化碳，而表层水则可以吸收大气中的二氧化碳，通过海洋环流的作用，将二氧化碳从表层水输送到深层水中，从而实现了长期储存。

第4章-海水中二氧化碳-碳酸盐体系

第4章-海水中二氧化碳-碳酸盐体系

(4) pH值与盐度的关系
海水盐度增加，离子强度增大。海水中碳酸的电 离度就降低，从而氢离子的活度系数及活度均减 小，即海水的PH值增加。
4、海水pH值的空间变化
开阔大洋水pH值的典型垂直分布
全球表层水pH值的空间分布：7.9~8.4
❖ 浅层水生物的光合作用会迁 出 增水加体；中的CO2，导致pH值
间存在液体接界电位EJ。 EJ因标准
缓冲溶液与海水样品而不同。按 NBS标度测定海水样品得到的pH实
测值当中包含了液接电位差ΔEJ ， 该液接电位差ΔEJ重现性不好，且
无法测量或计算。
2.3 总氢离子浓度标度pH T (Hansson标度)
❖ 为解决NBS标度测定海水pH时液接电位差问题， Hansson（1973）建议使用人工海水配制标准缓冲溶
2.2 pH的实用标度
❖ 测定方法：
玻璃电极|溶液（X）‖KCl溶液 |甘汞电极
❖ 标准pH缓冲溶液的电动势（Es）和测试溶液的 电动势（Ex）和相应的pHs和pHx的关系为：
ES E0RFT2.30p3H S Ex E0RFT2.30p3H x
pHxpH s(E xE)s 2.30R3T /F
❖ 美国国家标准(NBS)和英国国家标淮都采用 0.05 mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液为pHs标准：
的分解。
海水碳酸盐体系的含义
❖ 海水二氧化碳—碳酸盐体系(Seawater Carbonate system)：是指海水中以不同形 式存在的无机碳各分量（portion）之间的平 衡、相互转化、存在形态以及与其有关的体 系。又称二氧化碳体系、碳酸盐体系（或系 统）。
0.25% per year
上世纪末30年大气 CO2浓度的变化

ZZ发展海洋低碳技术的几点思考

ZZ发展海洋低碳技术的几点思考

ZZ发展海洋低碳技术的几点思考ZZ发展海洋低碳技术的几点思考0000发展海洋低碳技术的几点思考海洋在调节全球气候变化，特别是吸收二氧化碳等温室效应气体方面作用巨大。

人类活动每年向大气排放的二氧化碳总量达55亿吨，其中约20亿吨被海洋所吸收，陆地生态系统仅吸收7亿吨左右。

通过增加海洋的碳汇能力，发展海洋低碳技术，可以在一定程度上缓解化石能源消费造成的全球气候变化问题，将进一步推进我国经济结构调整，转变经济增长方式，有利于建设资源节约型、环境友好型社会。

海洋覆盖地球表面的70.8%，是地球上最重要的"碳汇"聚集地。

据目前测算，地球上每年使用化石燃料所产生的二氧化碳约13%为陆地植被吸收，35%为海洋所吸收，而其余部分暂留存于大气中。

因此，利用海洋的固碳作用，发展海洋低碳技术，对实现我国40%～45%的减排战略目标至关重要。

海洋的碳汇能力地球上的碳元素主要存在于大气圈、水圈、岩石圈、生物圈中。

虽然全球的碳元素主要以碳酸盐岩石的形式存在于地壳中，但其中的碳元素几乎处于静止状态，较少参与碳循环。

所以，海洋是除地质碳库外最大的碳库，也是参与大气碳循环最活跃的部分之一，海洋的固碳能力约为4000万亿吨，年新增储存能力约5亿～6亿吨，碳元素在海洋中主要以颗粒有机碳、溶解有机碳和溶解无机碳三种主要形态存在。

海洋在调节全球气候变化，特别是吸收二氧化碳等温室气体效应方面作用巨大。

人类活动每年向大气排放的二氧化碳总量达55亿吨，其中约20亿吨被海洋所吸收，陆地生态系统仅吸收7亿吨左右。

温室气体引起的全球气候变化，备受国际社会关注。

虽然目前就大气中碳浓度增加是否造成全球温度的升高，以及是否会影响到未来的气候变化等问题，在学术界中还存在着广泛的争议。

但可以确认：二氧化碳是碳元素在自然界"碳库"之间传输的最主要形式，是人类活动影响气候的最重要的温室气体。

因此，通过增加海洋的碳汇能力，发展海洋低碳技术，可以在一定程度上缓解化石能源消费造成的全球气候变化问题，将进一步推进我国经济结构调整，转变经济增长方式，有利于建设资源节约型、环境友好型社会。

海洋CO2系统

海洋CO2系统

ⅲ、海洋生物与CO2系统
1、在真光层，海洋植物吸收CO2进行光合作用，合成有机物； 有的动物和 植物，利用海水中的CO2和钙，形成生物壳体 和碳酸钙组织，导致真光层中CO2含量较低； 2、含有机碳和碳酸钙的生物残骸下沉至中、深层海水中， 一部分有机质 被氧化，分解出CO2溶于海水，使pH值降低， 有利于碳酸钙的溶解；
ⅱ 、海水中的固体碳酸钙与CO2系统
1、钙离子和碳酸根离子形成固体碳酸钙，固体碳酸钙可 溶
解于海水，并分解形成钙离子和碳酸根离子
2、碳酸钙表观溶度积：海水呈饱和状态 时，钙离子与碳酸 根离子浓度乘积ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随温度升高而降低，随盐度和压力增大而变大
ⅱ、海水中的固体碳酸钙与CO2系统
3、碳酸钙饱和度（Q)
Q小于1，海水中CaCO3处于不饱和状态，固体 碳酸钙会溶 解，使海水中CO2总量增加；Q大于 1，海水中CaCO3处于饱和 状态，固体碳酸钙从 海水析出，海水中CO2总量减少。
海洋CO2系统
引言
自然界每年的碳循环的数量是相当可观的, 约占大气总碳 量的四分之一, 其中的一半是与陆地生物群落交换,另一半 则通过物理和化学过程穿过海洋表面。陆地和海洋含碳量 远大于大气中的碳含量,它们很小的变化就会对大气中二氧 化碳浓度产生很大的影响。例如,存储于海洋中的碳只要释 放2 % ,就将使大气中的二氧化碳含量增加1 倍。 • 海洋是地球表面上碳的重要贮存库, 是全球碳循环系统的 一个重要子系统。每年来自矿物燃料的二氧化碳的大约40 % ,即约2 ×1015g 碳被海洋吸收进入到海洋中。
3、海底的固体碳库
•
海底碳酸盐的溶解：由于溶解作用发生在底栖生物搅 拌作用的沉积物表层混合层,碳酸钙质平衡有以下关系：

海洋酸化的生态效应

海洋酸化的生态效应陈忆枫 12030021104 12化学摘要：工业革命以来，人类排放的大量二氧化碳引起温室效应的同时，也被海洋吸收使得全球海洋出现了严重的酸化。

海洋酸化及伴随的海水碳酸盐化学体系的变化对海洋生物产生深远的影响。

以海洋酸化对钙化作用和光合作用的影响为重点，介绍了海洋中不同生态系统对海洋酸化的响应。

一方面，海水中CO32-浓度和碳酸钙饱和度的降低对海洋钙化生物造成严重损害。

另一方面，CO 2浓度的增加能促进海洋植物的光合作用和生长，增加初级生产力，改变浮游植物的群落组成。

海洋酸化对海洋生态系统的影响机制复杂，影响程度深远。

1关键词:海洋酸化;碳循环;CO 2；生物钙化；光合作用引 言工业革命前600000年间，大气p(CO 2)的变化范围为180到280μmol/mol 。

工业革命以来，人为活动导致CO 2的大量排放，到2007年大气CO2浓度已达到384μmol/mol ，并以每年约0.5%的速度增加。

可以预见在未来相当长的时间内，大气CO 2浓度还会不断增加。

1.海洋酸化1．1海洋碳循环1 汪思茹，殷克东，蔡卫君，王东晓． 海洋酸化生态学研究进展． 生态学报，2012， 32( 18) : 5859-5869．图1 二氧化碳浓度变化趋势海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。

海洋储存碳是大气的60倍，是陆地生物土壤层的20倍；大约40%人为排放的碳被海洋和陆地吸收。

1.1.1海洋碳循环海洋碳循环可以分为三个方面。

第一方面是“碳酸盐泵”，就是大气中的CO2气体被海洋吸收，并在海洋中以碳酸盐的形式存在；第二方面是“物理泵”，即混合层发展过程和陆架上升流输入，它与海洋环流密切相关；第三方面是“生物泵”，即生物净固碳输出，也就是通过生物的新陈代谢来实现碳的转移，在海洋中主要是通过海洋浮游植物的光合作用来实现的。

海洋是一个非常巨大的碳库，溶解有机碳约1000Gt，溶解无机碳为37400Gt，海洋生态系统在全球碳循环中起着决定性作用。

胶州湾海水中二氧化碳的研究

胶州湾海水中二氧化碳的研究
沈志良;刘明星
【期刊名称】《海洋学报》
【年(卷),期】1997(019)002
【摘要】胶州湾海水中二氧化碳的研究＊沈志良刘明星（中国科学院海洋研究所，青岛）关键词胶州湾二氧化碳体系前言二氧化碳－碳酸盐体系是海水中最复杂的体系，其平衡主要包括如下过程：ＣＯ２（气）←→ＣＯ２（水）ＣＯ２（水）＋Ｈ２Ｏ←→Ｈ２ＣＯ３Ｈ２ＣＯ３←→Ｈ＋＋ＨＣ...
【总页数】6页(P115-120)
【作者】沈志良;刘明星
【作者单位】中国科学院海洋研究所;中国科学院海洋研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P734.45
【相关文献】
1.膜法海水吸收烟气中二氧化碳的试验研究 [J], 李晓明;郭春刚;刘国昌;张召才;关
毅鹏;陈颖
2.春季南黄海表层海水中二氧化碳的分布特征及其影响因素 [J], 陈发荣;郑晓玲;郑立;孙军卿;孙杰;韩力挥;王小如
3.胶州湾海水中一氧化碳的分布与海-气通量研究 [J], 王为磊;陆小兰;杨桂朋;任春艳;王晓蒙
4.胶州湾海水中一氧化碳光致生成影响因素的研究 [J], 陆小兰;张聪;杨桂朋;谭勇;
任春艳
5.胶州湾海水中溶解有色物质的光脱色对光致生成一氧化碳速率的影响 [J], 任春艳;陆小兰;杨桂朋;田畕畾;王为磊
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2008第5次课 海水的pH值和二氧化碳一碳酸盐体系37


2. 借助于pH值的分布，有助于认识各种海洋动 植物的生活环境，进而掌握海洋动植物的生 长繁殖规律； 3. 海水的pH值也直接影响到海洋中各种元素的 存在形态及其反应过程。 总之，海水pH是海洋化学研究的重要参数 之—，测定海水pH值对研究开发利用海洋资 源具有十分重要的意义。
pH的标度
Srensen(1924)提出了pH的新定义，他把氢 离子浓度的负对数改为氢离子活度的负对数，
海水中B和C1‰之间具有线性关系即：
cH
2 BO3 ( T )
＝2.2×10-5 C1‰
将(9.32)、(9.33)式代入(9.29)式得：
' KB B ' K B 2.2 105 Cl 0 / 00 Alk ALk B ' ' KB aH K B
CO2的溶解度随温度和盐度的升高而降低。它比大 气中N2和O2的溶解度大得多，大气中CO2 的分压 约为32.4Pa，N2：O2：CO2 ：的分压比为2400： 630：1，而它们在海水中的浓度比却为28：19：1， 海水(C1＝19.00‰)中CO2与大气平衡时的摩尔比在 0℃和25℃分别是15和0.70。
3 3 3 3
式中 cCO2 (T ) cCO2 cH2CO3 亦称为“游离二氧化碳”。
在海水pH条件下，cCO2 (T ) 仅约占 CO 的l％，其中 cH2CO3
2
为 cCO2 (T ) 的0.2％左右。因此， CO2 可近似表示为：
CO
2
cHCO (T ) cCO 2 (T )
这些氢离子接受体的浓度总和在海洋学上称为 “碱度”或“滴定碱度”，常用符号“Alk”’或 “A”表示。
碱度是海水中弱酸阴离子总含量的一个量度， 它的严格定义为：在温度为20oC时，1dm3海水

第一章 绪论


气资源的开发具有重要战略意义。
② 海盐工业和海水综合利用：食盐、碳酸钠、氯化钾、氯
化镁、金属镁、溴及其精细化工。
③ 海洋矿物：世界洋底广泛分布着多金属矿物，富含Co、 Ni、Cu、Zn、Pb等贵重金属，美国、德国、英国、日 本、澳大利亚、印度、中国等为这些矿物的调查与开 发进行了大量工作。
2、海洋环境问题
提出箱式模型，并应用于CO2和温室效应的研究。
6、深海大洋的探索，成果叠现
1970-1980s，GEOSECS的十年，重点关注开阔海洋水
体运动、海洋生物活动等相关海洋学过程，调查了各大
洋营养要素、放射性同位素、痕量金属元素等的含量、 空间变化及其所指示的海洋学信息，取得了丰硕的成果。 其后，Wallace Broecker出版《Tracers in the sea》。 此 外 ， J P Riley 和 G Skirrow 出 版 《Chemical
Oceanography》（Vol.1-10）；E D Goldberg等主编出
版《The Sea》；W Stumm出版《Aquatic Chemistry》。
7、海洋对全球变化的响应与反馈
1990s-今，重点关注海洋碳循环及其调控机制， 探索海洋对全球气候变化的响应与反馈。已实施的国
际合作计划包括“全球海洋通量联合研究”
（1）发展出滴定方法；
（2）含盐量在近海变化很大，而在大洋区变化很小， 他指出这是由于淡水输入量及蒸发与降雨之差异 造成的； （3）第1次提出海水组成的相对恒定性。
2、早期探索与分析阶段
深海世界？
英国政府资助下，HMS Challenger号进行三大洋的考察
哈里法克斯 香港 桑维奇群岛
朴次茅斯
巴伊亚 悉尼 凯尔盖朗群岛
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第九章 海水中二氧化碳体系
9.0.4 作为海水中溶解气体的CO 作为海水中溶解气体的CO2
海水中 CO2 的垂直分布。 的垂直分布 。 海水中 CO2 的浓度随深度而 增加。 增加。 在海水的上层浓度总是较低。 在海水的上层浓度总是较低。由于藻类的光合作 用消耗， 用消耗，白天 CO2往往不饱和， 往往不饱和，而夜间有所恢复（ 而夜间有所恢复（生 物呼吸放出、 物呼吸放出 、 从大气中扩散进入）。 从大气中扩散进入 ）。在海水的深层 ）。 在海水的深层 CO2 的浓度总是较高的。 的浓度总是较高的 。 由于下沉有机物的分解、 由于下沉有机物的分解 、 生 物的呼吸和压力的增加， 物的呼吸和压力的增加，CO2溶解度随深度增加。 溶解度随深度增加。 某些海域的上升流会把更多的CO2带入表层。 带入表层。
第九章 海水中二氧化碳-碳酸盐体系
海水中的二氧化碳海水中的二氧化碳-碳酸盐体系是海水中 重要而复杂的体系。 重要而复杂的体系。它对海洋中三个主要反 应领域： 应领域：大气海洋界面、 大气海洋界面、海水液相反应和海 洋沉积过程都发挥着重要作用。 洋沉积过程都发挥着重要作用。
第九章 海水中二氧化碳体系
第九章 海水中二氧化碳体系
9.0.2（ 9.0.2（续）
温度
CO2(g)
动物呼吸
CO2(aq) + H2O
植物光合作用
H2CO3
海海海海 水水水水 平平平平 衡衡衡衡
生物循环
O2
H+ + HCO-3 OH-+ H+ + CO2-3
海洋中二氧化碳体系 化学平衡示意图
Ca2+ Mg2+ CaCO3(s) MgCO3(s)
第九章 海水中二氧化碳体系
9.1.1 （续）
5、pH的定义式。 的定义式。1909年Sфrensen首次定义为： 首次定义为：H+浓度的 常用对数的负值。 常用对数的负值。 pH = - log CH+ CH+ 的单位是mol/l。 1924年他又定义为： 年他又定义为： H+活度的常用对数的负值。 活度的常用对数的负值。 pH = - log aH+ aH+ 的单位也是mol/l。 但是单独离子的浓度和活度均无法直接测定 但是单独离子的浓度和活度均无法直接测定。 单独离子的浓度和活度均无法直接测定。 6、pH的实际测定。 的实际测定。方法是将被测溶液与现有的标准溶液 方法是将被测溶液与现有的标准溶液 对比测量而测得pH。 见P307。
第九章 海水中二氧化碳体系
9.1.1 （续）
pH的实测原理
（E − ES）F pH = pH S + 2.303 ⋅ RT
pHs 是标准溶液的pH，是已知值。 是已知值。 E 是对被测液， 是对被测液，测定伽伐尼电池（ 测定伽伐尼电池（参比电极︱ 参比电极︱KCl饱和溶 液︱被测液︱ 被测液︱H2︱Pt）的电动势 Es 是对标准溶液， 是对标准溶液，测定伽伐尼电池（ 测定伽伐尼电池（参比电极︱ 参比电极︱KCl饱和 溶液︱ 溶液︱标准溶液︱ 标准溶液︱H2︱Pt）的电动势， 的电动势，已知值。 已知值。 F 是法拉第常数 标准溶液有若干种， 标准溶液有若干种，一般采用0.05 mol/L的苯二甲酸氢 钾的水溶液。 钾的水溶液。它在15℃是的pH为4.00。
1 t − 15 2 pH s = 4.00 + ( ) 2 100
第九章 海水中二氧化碳体系
9.1.2 海水pH值的控制机理及影响因素
1、控制机理。 控制机理。 主要取决于二氧化碳平衡（ 主要取决于二氧化碳平衡（虽然有其他看法）。 虽然有其他看法）。二氧 ）。二氧 化碳平衡的位置不同 H2CO3 的各种解离形式的含量不 + 同，导致海水中 H 的活度不同： 的活度不同： CO2（g）+ H2O = H2CO3 = H++HCO-3 = 2H++CO2-3 解离常数、 解离常数、不同解离形式浓度与pH的关系。 的关系。
第九章 海水中二氧化碳体系
9.0.3 研究二氧化碳系统的意义
1、CO2 体系参与海洋中均液、 体系参与海洋中均液、气液、 气液、固液相化学反应 过程； 过程； 2、它控制着海水的pH值，并直接影响海洋中的许多化 学平衡； 学平衡； 3、在地球大气圈、 在地球大气圈、水圈、 水圈、岩石圈和生物圈的演变史地 位重要； 位重要； 4、在控制大气“温室效应”方面也有特别重要的作用。 方面也有特别重要的作用。
第九章 海水中二氧化碳体系
9.0.2 二氧化碳平衡系统
1915-1933年芬兰化学家Buch的研究工作基本上解决了 海水中二氧化碳的平衡问题。 海水中二氧化碳的平衡问题。 二氧化碳作为大气中的重要组分， 二氧化碳作为大气中的重要组分，不但溶于海水中， 不但溶于海水中， 而且还与海水中其他碳化合物（ 而且还与海水中其他碳化合物（主要是无机碳） 主要是无机碳）构成 化学平衡（ 化学平衡（见下页图）。 见下页图）。 该平衡受温度、 该平衡受温度、压力和盐度的影响， 压力和盐度的影响，平衡涉及的各个 组分组成了二氧化碳系统（ 组分组成了二氧化碳系统（ CO2 体系）， 体系），一般认为它 ），一般认为它 是维持海水有恒定酸度的首要原因。 是维持海水有恒定酸度的首要原因。
c CO 2 (T ) 1 / / pH = ( pK 1 + pK 2 − log ) c CO 2 − (T ) 2
3
此处的 K 1/ 不是 P 308 上（9 .6）中的 K 1/。 此处的 K 1/ 对应的反应式为： CO2 + H2O (9 .6 )式的 K 1/ 对应的反应式为：H2CO3
第九章 海水中二氧化碳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系
9.1.2 （续）-影响因素
D、cCO2(T)/cCO2-3(T) 比值对 pH 影响复杂。 影响复杂 。 表示这三个变量之 间关系的表达式， 间关系的表达式，由下述反应式给出： 由下述反应式给出：
CO2 + CO2-3 + H2O 2HCO-3
海洋生物的光合作用消耗CO2平衡向左移动， 平衡向左移动，呼吸时 放出CO2平衡向右移动。 平衡向右移动。由该平衡得到的平衡式结合碳酸 二级解离平衡式得到： 二级解离平衡式得到：
碱度的理解。 碱度的理解。 碱度是海洋学常用的一个概念， 碱度是海洋学常用的一个概念，它是海水中 弱酸阴离子总含量的一个量度。 弱酸阴离子总含量的一个量度。 与海水的酸碱度没有直接 的可比关系。 的可比关系。
第九章 海水中二氧化碳体系
碱度方程式： 碱度方程式 ： 依据是海水中的正负离子呈电中性， 依据是海水中的正负离子呈电中性，且 强酸阴离子被“强碱”金属阳离子中和而不计。 金属阳离子中和而不计。 Alk +[H+]=[HCO-3]+2[CO2-3]+[H2BO-3]+[OH -]+ SA
9. 0 海水二氧化碳系统概述
9. 0.1 海水中碳的含量和存在形式
海水中C的总量是大气C总量的60倍。 海水中C的存在形式及分布 碳总量： 有机碳 碳总量： 3.87×1013吨 11.11% HCO3无机碳 CO3288.89% CO2 H2CO3 其中H2CO3仅为CO2的0.2%
90% 9% 1%
HCO-3+H+ HCO-3 + H+
第九章 海水中二氧化碳体系
9.1.2 （续）-影响因素
E、其他体系平衡对pH的影响。 的影响。海水是一种组成复杂的化学 体系， 体系，随着人们对海水化学结构和海水中各种缔合现象的 认识。 认识。 皮特科维茨和阿特拉斯（ 皮特科维茨和阿特拉斯（1975）认为； 认为；海水中各种离 子对的缔合平衡也是控制海水 pH 的因素。 的因素 。 这些离子对主 构成的离子对。 要是： 要是： Ca2+、Mg2+和CO2-3、HCO-3构成的离子对。 西伦（ 西伦（1967）提出： 提出：多相硅酸盐平衡体系(固液平衡) 对海水的pH控制： 控制： 3Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+2K++2Ca2++9H2O 2KCaAl3Si5O16(H2O)6+6H+
第九章 海水中二氧化碳体系
9.2 海水的碱度和总二氧化碳
9.2.1 海水的碱度
9.2.1.1 碱度定义 总碱度Alk定义。 定义。在20℃时，1dm3海水中弱酸阴离子全部被 中和时， 中和时，所需要的氢离子的摩尔数； 所需要的氢离子的摩尔数；单位用mol/dm3。
2海水中主要的弱酸阴离子。 海水中主要的弱酸阴离子。有：HCO 3、CO 3、H2BO 3、 H2PO-4、Si(OH)-3。[H2BO-3亦可作水合离子B (OH)-4 ]
第九章 海水中二氧化碳体系
9.1.3 海水的缓冲作用
海水中的二氧化碳平衡控制着海水的 pH， 同时使海水 具有缓冲溶液的特性。 具有缓冲溶液的特性。 常用“缓冲容量”描述缓冲溶液的缓冲能力。 描述缓冲溶液的缓冲能力。 定义： 定义：为使 1 升溶液的 pH 变化 1，所需加入的强碱b或 强酸a的当量数。 的当量数。 B = dcb/dpH 或：B = -dca/dpH B值大， 值大，说明溶液缓冲能力大。 说明溶液缓冲能力大。否则相反。 否则相反。 海水的缓冲容量的大小与海水中二氧化碳总量（ 海水的缓冲容量的大小与海水中二氧化碳总量（CO2、 H2CO3 、HCO-3 、CO2-3、H3BO3）大小有关。 大小有关。 理论上当 海水的pH 等于 6 或 9 时 B 最大， 最大，而海水实际 的 pH 为 8 左右并不在最大点； 左右并不在最大点；尽管如此， 尽管如此，海水的缓冲 能力仍然是一般体系不可比拟的。 能力仍然是一般体系不可比拟的。
1、海水呈微碱性。这是由于海水中的弱酸水解造成的。 这是由于海水中的弱酸水解造成的。