אלקליניות

אלקליניות או בעברית בסיסיות היא אמת המידה ליכולתה של תמיסה מימית לנטרל חומצה. תכונה כימית זו משמשת סמן לקביעת יכולתם של גופי מים לנטרל זיהום ממקור אנושי, כמו למשל גשם חומצי או שפכים. לריכוז יון המימן השפעה רבה על התפלגות המומסים נושאי המטען החשמלי בים, וכן על קצבי תהליכי שיקוע והמסה, ספיחה ושחרור כימי של מלחים בעמודת המים ובמי החללים של קרקעית הים. המלחים המומסים הקובעים את ריכוז יון המימן בים ניתנים לסיווג על פי שייכותם לקבוצות של חומצות חזקות וחלשות ובסיסים חזקים וחלשים. כאשר נפחית את סכום המטענים החשמליים של האניונים של החומצות החזקות (למשל Cl-, SO4-2, NO3-, NO2-, PO4-3) מהמטענים החשמליים של הקטיונים של הבסיסים החזקים (למשל Na+, Ca+2, Mg+2, Mn+2), נקבל מטען חיובי עודף שמאוזן על ידי ההפרש בין סכום המטענים השליליים של האניונים של החומצות החלשות המומסות במי הים (למשל -OH-, HCO3) ובין ריכוז יון המימן החופשי (+H). להפרש זה נהוג לקרוא הבסיסיות (אלקליניות) הכללית של מי הים (total alkalinity, AT). זהו למעשה הסכום השקול של בסיסים בתמיסה שניתנים לטיטור עם חומצה חזקה. במי-ים או במי תהום הבסיסיות (אלקליניות) הכללית תהיה שווה ל: AT = [HCO3−]T + 2[CO3−2]T + [B(OH)4−]T + [OH−]T + 2[PO4−3]T + [HPO4−2]T + [SiO(OH)3−]T − [H+]sws − [HSO4−] כאשר ערך T מייצג את הריכוז הנמדד של כל צורון כימי במשוואה. בגופי מים טבעיים, כל היוניים חוץ מקרבונט (CO3−2) ומביקרבונט (−HCO3) נמצאים בריכוז זניח. מכאן שהבסיסיות הכללית תהיה שווה בקירוב (1:1.1) לריכוז הפחמן האנאורגני במים. הבסיסיות הכללית אינה מושפעת באופן ישיר מטמפרטורה, לחץ או pH. מליחות, לעומת זאת, משנה את רמת הבסיסיות. אידוי מוגבר מעלה את רמת המליחות, ריכוז היונים המומסים יגדל והבסיסיות הכללית תעלה. בהתאמה, הוספת מים מתוקים תוריד את רמת הבסיסיות הכללית. מדידת הבסיסיות הכללית נעשית על ידי מדידת כמות החומצה הדרושה כדי להביא את התמיסה לנקודת השקילות (הנקודה האקוויוולנטית) של קרבונט או של ביקרבונט. בנקודה זו, בה הpH הוא בקירוב 4.5, כל הבסיסים עברו פרוטונציה לצורונים נייטרליים (בעלי ערכיות אפס), ולכן אין להם השפעה נוספת על האלקליניות. במי-ים, בהוספת חומצה יתרחשו התגובות הבאות: B(OH)4− + H+ → B(OH)3 + H2O OH− + H+ → H2O PO4−3 + 2H+ → H2PO4− HPO4−2 + H+ → H2PO4− [SiO(OH)3−] + H+ → [Si(OH)40] רוב הבסיסים המוזכרים לעיל צורכים יון מימן או פרוטון (+H) אחד כדי להפוך נייטרלים, ולכן מעלים את סך הבסיסיות באחד לאקוויוולנט מולארי (Eq). בסיסיות לרוב מבוטאת ביחידות של mEq/L (מיליאקוויוולנט לליטר) או μmol CaCO3/Kg (מיקרומול סידן פחמתי לק"ג). אחת השיטות הנפוצות לקביעת בסיסיות היא בעזרת טיטרציה בשיטת גראן (Gran). קיימים תהליכים שונים יוצרי בסיסיות באוקיינוסים. אחד התהליכים המרכזיים הוא המסת סידן פחמתי (CaCO3), רכיב מרכזי בשלדי יצורים ימיים, ליצירת יוני סידן (Ca+2) וקרבונט (CO3-2). לקרבונט יש יכולת לקלוט שני פרוטונים, ולכן הוא גורם לעליה ברמת האלקליניות. לתהליכי פירוק אנאירוביים, כמו דניטריפיקציה וחיזור סולפט, יש השפעה גדולה עוד יותר על רמת הבסיסיות. תהליכים אלו מתרחשים בים העמוק באזורים נטולי חמצן, צורכים פרוטונים ומשחררים גזים (N2 ו- H2S) לאטמוספירה. מעריכים כי 60% מסך הבסיסיות באוקיינוסים נוצר בתהליכי פירוק אנאירוביים. תהליכי פירוק אירוביים, בניגוד לאנאירוביים, גורמים לירידה בבסיסיות הכללית. גם תהליכי ביומינרליזציה או תהליכי שיקוע של שלד גירני מורידים את רמת הבסיסיות. תהליכים אנאורגניים גלובאליים שעשויים לגרום לירידה בבסיסיות הם ריבוי משקעים או המסת קרחונים. בסיס חומצה בופר pH הוד הים: יציבות ושינוי במערכות הימיות של ישראל. פרק 5: שינויים אנתרופוגניים בחומציות מי הים, ג'ק סילברמן ונוגה סטמבלר. http://www.israelaquatic.org.il/files/Sea.pdf Stumm, W. & J.J Morgan (1981). Aquatic Chemistry, 2n Ed. New York: Wiley-Interscience. p. 780. הוד הים: יציבות ושינוי במערכות הימיות של ישראל. פרק 5: שינויים אנתרופוגניים בחומציות מי הים, ג'ק סילברמן ונוגה סטמבלר. http://www.israelaquatic.org.il/files/Sea.pdf Thomas, H.; Schiettecatte, L.-S.; et al. Enhanced Ocean Carbon Storage from Anaerobic Alkalinity Generation in Coastal Sediments. Biogeosciences Discussions. 2008, 5, 3575-3591 Chen, B.; Cai, W. Using Alkalinity to Separate the Inputs of Ice-Melting and River in the Western Arctic Ocean. Proceedings from the 2010 AGU Ocean Sciences Meeting, 2010, 22-26.