Wymiana gazów w systemie ocean-atmosfera

Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Skrót od angielskich słów:
ENVIRONMENTAL SCIENCE PUBLISHED FOR EVERYBODY ROUND THE EARTH
ENCYKLOPEDIA ESPERE - menu główne (rozwiń)
Dział: Oceany. Poziom zaawansowany.
dział OCEANY: ZAAWANSOWANE - menu (rozwiń)

Wymiana gazów w systemie ocean-atmosfera

Gazy przenikają zarówno z oceanu do atmosfery, jak też z atmosfery do oceanu. Najważniejszymi czynnikami, które regulują wielkość tej wymiany są różnica w zawartości danego gazu między powietrzem a oceanem oraz prędkość wiatru. Nie znamy obecnie wszystkich czynników, które wpływają na uwalnianie gazów do atmosfery. Każda nowa informacja pozwoli nam lepiej określić znaczenie wymiany gazowej pomiędzy oceanem a atmosferą dla klimatu Ziemi i dla jakości powietrza, którym oddychamy.

Wpływ dwutlenku węgla (CO2) na klimat zależy od zawartości tego gazu w atmosferze. Około 1/3 dwutlenku węgla emitowanego przez człowieka w wyniku spalania paliw kopalnych jest pochłaniana przez oceany. Usuwanie CO2 z atmosfery w znacznym stopniu ogranicza potencjalny wpływ globalnego ocieplenia. Prawie na całym oceanie dwutlenek węgla pochodzenia antropogenicznego przenika z atmosfery do oceanu. Dlaczego właśnie w tym kierunku? Skuteczne pochłanianie dwutlenku węgla przez wody oceanu odbywa się dzięki procesom fizycznym i biologicznym, zachodzącym w wodzie morskiej.

W uproszczeniu można powiedzieć, że gdy dwutlenek węgla dociera do wody morskiej reaguje z jonami węglanowymi (CO32-), które pochodzą z dysocjacji jonów wodorowęglanowych (HCO3-). Dzięki za tej reakcji kolejne ilości dwutlenku węgla mogą przeniknąć z atmosfery.

Równanie

Oprócz opisanego fizycznego usuwania dwutlenku węgla z atmosfery jest on także pochłaniany biologicznie w procesie fotosyntezy przez fitoplankton i przekształcany w materię organiczną.

Gazy przenikają z atmosfery do oceanu, ale także z oceanu do atmosfery. Gazy o znaczeniu klimatologicznym, np. siarczek metylu (ang. DMS) i jodek metylu (CH3I) tworzą się w oceanach, ale oddziałują na klimat dopiero wtedy, gdy dostaną się do atmosfery. Ponieważ ich stężenia w powietrzu są zwykle bardzo niewielkie w porównaniu ze stężeniami w wodzie morskiej to przenikają z oceanu do atmosfery.

Wiemy, że wymiana gazowa zależy bardzo ściśle od prędkości wiatru. Zwykle im większa prędkość wiatru, tym intensywniejsza wymiana gazowa. Dzieje się tak głownie dlatego, że silny wiatr powoduje powstawanie wysokich fal i spiętrzanie wody na powierzchni morza, co powoduje także jej mieszanie w nieco niższych warstwach.

Piętrzące się fale

1. Piętrzące się fale
Źródło: freefoto.com

Gdy fale rozbryzgują się to dostarczają do wód powierzchniowych miliardy baniek powietrznych, które przenoszą cząsteczki gazów z atmosfery. Bańki te także powodują mieszanie wody, co pomaga gazom znajdującym się w oceanie dostać się do powietrza.

Gdy bańki powietrza unoszą się w wodzie i docierają do jej powierzchni ulegają rozerwaniu i strumień wody morskiej dostaje się do atmosfery, przekształcając się w kropelki. Woda paruje i uwalniane zostają cząsteczki aerozoli utworzonych z soli morskiej. W ten sposób do atmosfery dostają się miliardy ton soli. Spora część z tego od razu wraca z powrotem do oceanu opadając na jego powierzchnię, ale część dociera do lądu. Aerozole z soli morskiej odgrywają istotną rolę w atmosferze. Nie tylko rozpraszają światło słoneczne i odbijają je, powodując tym samym bezpośrednio ochładzanie Ziemi, ale także są jądrami kondensacji i wpływają na tworzenie się chmur i zatem pośrednio także na ochładzanie Ziemi (przeciwdziała temu jednak częściowo efekt szklarniowy wywoływany przez chmury).

Rysunek bańki powietrza

2. Bańka powietrza, która wznosi się ku powierzchni wody i rozpryskuje, uwalniając do atmosfery aerozole składające się z soli morskiej.
Autor: Lucinda Spokes.

Prędkość wiatru nie jest jedynym czynnikiem wpływającym na wymianę gazową. Wiadomo, że istotną rolę odgrywa także temperatura wody. Opad atmosferyczny może zwiększyć emisję gazów z oceanu, zas obecność lodu morskiego zmienia tempo i proporcje wymiany gazowej.

Wymiana gazowa zależy od bardzo wielu czynników środowiskowych i dlatego nadal nie ma pewności, które z nich mają decydujące znaczenie. Nadal nie wiemy jak wygląda wymiana gazowa w czasie bardzo silnego wiatru. Wynika to głównie z trudności w wykonywaniu wtedy pomiarów. Nie jest bowiem bezpiecznie pracować, gdy statek, na którym wykonywane są badania podskakuje niczym piłka na falach!

Praca na morzu w trudnych warunkach

3. Praca na morzu w trudnych warunkach
Zdjęcie: NOAA

Zajrzyj na inne strony Encyklopedii ESPERE:

Więcej o przenikaniu CO2 do wód oceanicznych:
Oceany - poziom podstawowy - część 1 - pochłanianie dwutlenku węgla

O tej stronie:

Autor: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
1. Recenzent: Prof. Peter Liss - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - Wielka Brytania
2. Recenzent: Dr Phil Nightingale - Plymouth Marine Laboratory, Plymouth - Wielka Brytania
ostatnia aktualizacja: 2003-10-29
Tłumaczenie na język polski: Dr Agnieszka Wypych, Dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

Ostatnia modyfikacja: piątek, 13 lipiec 2018, 11:18