ოკეანის გამჟავიანება

ოკეანის გამჟავიანება — პროცესი, რომელიც მოიცავს ოკეანეების pH- ის დაწევას, რაც გამოწვეულია ატმოსფეროში ნახშირბადის დიოქსიდის რაოდენობის ზრდით. ზღვის წყალს ოდნავ ტუტე თვისებები აქვს და მისი pH > 7-ზე, ამიტომაც ოკეანის გამჟავიანება გულისხმობს pH- ის ნეიტრალურში გადასვლას, ნაცვლად მჟავე გარემოში გადასვლისა, როცა pH < 7-ზე.The ocean would not become acidic even if it were to absorb the CO2 produced from the combustion of all fossil fuel resources.  ნახშირორჟანგი, რომელიც გამოყოფილია ადამიანთა საქმიანობის შედეგად, მისი  30-40% შთაინთქმება ოკეანეების, მდინარეებისა და ტბების მიერ. მისი ნაწილი კი რეაქციაში შედის წყალთან და წარმოქმნის ნახშირმჟავას. შედეგად კი ნახშირმჟავას მოლეკულები დისოცირდებიან წყალბადის კათიონად და ბიკარბონატის ანიონად, რაც ზრდის მჟავიანობის მაჩვენებელს. 1751-1996 წლებს შორის, ზედაპირის ოკეანის pH სავარაუდოდ შემცირდა დაახლოებით 8,25-დან 8,14-მდე,რაც მსოფლიო ოკეანეებში H+ იონის კონცენტრაციის თითქმის 30% -იან ზრდას ნიშნავს.Hall-Spencer, J. M.; Rodolfo-Metalpa, R.; Martin, S.; et al. (July 2008). "Volcanic carbon dioxide vents show ecosystem effects of ocean acidification". Nature. 454 (7200): 96–9. Bibcode:2008Natur.454...96H. doi:10.1038/nature07051. hdl:10026.1/1345. PMID 18536730.

მჟავიანობის მატებას, სავარაუდოდ, მოჰყვება მავნე შედეგები წყლის ორგანიზმებისთვის, როგორიცაა მეტაბოლური სიჩქარისა და იმუნური სისტემის დაქვეითება, ასევე იგი იწვევს მარჯნის გაუფერლებას.თავისუფალი წყალბადის იონების ზრდა, დამატებით კი ნახშირმჟავა, რომელიც წარმოიქმნება ოკეანეებში, საბოლოოდ კარბონატის იონებიდან გადაიქცევა ბიკარბონატულ იონებად, რაც  დიდ გავლენას ახდენს მჟავიანობაზე და ცოცხალ ორგანიზმებზე. კარბონატის ბიკარბონატში გადასვლა დიდ საფრთხეს უქმნის კალციფიკურ არსებებს, რომლებისთვისაც ბევრად რთული ხდება კარბონატური საფარის შექმნა, ასეთი ორგანიზმებია, მაგალითად, მარჯანი და ზოგიერთი სახეობის პლანქტონი, ხოლო მათი საფარის სტრუქტურა გახდება დაშლადი. გამჟავიანებამ ასევე შესაძლოა დაარღვიოს ოკეანეების კვებითი ჯაჭვი.

მიუხედავად იმისა, რომ მიმდინარე პერიოდში ოკეანეში მჟავიანობის ზრდა ნაწილობრივ ანთროპოგენურია, დედამიწის ისტორიაში ადრეც მომხდარა მსგავსი ფაქტი, და შედეგად წარმოქმნილ ეკოლოგიურ კოლაფსს ოკეანეებში, ხანგრძლივი გავლენა ჰქონდა ნახშირბადის გლობალურ ციკლსა და კლიმატზე. ყველაზე ნათელი მაგალითია „PETM“, თერმული მაქსიმუმი, რომელიც მოხდა დაახლოებით 56 მილიონი წლის წინ, როდესაც ნახშირორჟანგის რაოდენობა მკვეთრად გაიზარდა ოკეანეებსა და ატმოსფეროში, რამაც ასევე გამოიწვია კარბონატული ნალექების დაშლა ყველა ოკეანეში.

ოკეანის მჟავიანობა შედარებულია ანთროპოგენური კლიმატის ცვლილებასთან და მას უწოდებენ „გლობალური დათბობის ბოროტ ტყუპს“. ასევე სხვა ნახშირორჟანგის პრობლემებთან ერთად, აღსანიშნავია, რომ მტკნარი წყლებიც მჟავიანდება, რომელიც უფრო კომპლექსურ პრობლემას წარმოადგენს.

ნახშირბადის ციკლი
ნახშირბადის ციკლი მოიცავს ნახშირორჟანგის ნაკადების მოძრაობას ოკეანეებში, ბიოსფეროში, ლითოსფეროსა და ატმოსფეროში. ადამიანთა მიერ წიაღისეული საწვავის ჭარბმა გამოყენებამ, დედამიწაზე ახალი ნახშირორჟანგის ნაკადი წარმოშვა. აქედან 47% ატმოსფეროში დარჩა, დანარჩენი შთაინთქა ოკეანეებისა  და ხმელეთის მცენარეების მიერ.

ნახშირბადის ციკლი ასევე მოიცავს ორგანულ  ნივთიერებებსაც, როგორიცაა ცელულოზა და არაორგანულ ნახშირბადის ნივთიერებებსაც, როგორიცაა ნახშირბადის დიოქსიდი, კარბონატისა და ბიკარბოატის იონი, თუმცა გამჟავიანებით საფრთე უფრო მეტად არაორგანულ ნივთიერებებს ემუქრებათ, რადგან CO2-ს შეუძლია მათი დაშლა.

როდესაც  წყალში გაიხსნება, იგი რეაქციაში შედის წყალთან, რათა შეიქმნას იონური და არაიონური ქიმიური ბალანსი, ამიტომაც წყალი შიეიცავს შემდეგ ნივთიერებებს: (), ნახშირმჟავა (), ბიკარბონატი (HCO3−) და კარბონატი (CO32−). ამ ნივთიერებების რაოდენობა დამოკიდებულია ზღვის წყლის ტემპერატურაზე, მარილიანობასა და წნევაზე.

გამჟავიანება
-ის გახსნა წყალში ზრდის წყალბადის კათიონების (H+) კონცენტრაციას, რაც შესაბამისად ამცირებს pH-ის მაჩვენებელს.
 CO2 (ხს.) + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO3− + H+ ⇌ CO32− + 2 H+. 

სამრეწველო რევოლუციის დაწყების შემდგომ, ოკეანეებმა შეიწოვეს გამოყოფილი -ის მესამედი, ხოლო ნახშირორჟანგს ჩვენ მას შემდეგ ვაწარმოებთ. თუ pH 0,1-ით დაიწევს, ეს ნიშნავს , რომ წყალბადის კათიონების კონცენტრაციამ 29%-ით მოიმატა, ვინაიდან pH-ის შკალა ლოგარითმულია. სამომავლოდ ვარაუდობენ რომ შკალა დაიწევს  0,3-დან 0,5-მდე pH ერთეულით. გამოყოფის ეს პროცესი უფრო და უფრო მეტად იზრდება, ხოლო ეს გამოიწვევს ოკეანის ქიმიის ცვლილებას, მისივე pH- ის ჩათვლით, ხოლო ყველაფერი დამოკიდებულია ადამიანებზე და მათ მიერ გამოყოფილ ნახშირორჟანგზე.

მიუხედავად იმისა, რომ უდიდესი ცვლილებებია მოსალოდნელი მომავალში, NOAA- ის მეცნიერების მიერ გამოქვეყნებულ დასკვნაში ნათქვამია, რომ დიდი რაოდენობის წყლის კონცენტრაცია, დაუმუშავებელი არაგონიტით, უკვე იზრდება ჩრდილოეთ ამერიკის წყნარი ოკეანის კონტინენტურ შელფთან ახლოს.

კონტინენტური შელფები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ წყლალქვეშა ეკოსისტემებში, რადგან წყლის ორგანიზმების უმეტესობა აქ ცხოვრობს ან გვხვდება, და მიუხედავად იმისა, რომ კვლევა მხოლოდ ვანკუვერიდან ჩრდილოეთ კალიფორნიაში მდებარე ტერიტორიამდე ხდებოდა, მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ სხვა შელფის რაიონებში შესაძლოა მსგავსი სიტუაცია იყოს.

კალციფიკაცია
მიმოხილვა
ოკეანის ქიმიის ცვლილებებს შეიძლება ჰქონდეს პირდაპირი და არაპირდაპირი ზემოქმედება ორგანიზმებზე, პირველ რიგში მჟავიანობა ხელს უშლის ორგანიზმებს, რათა წარმოქმნან კალციუმის კარბონატის () საფარი, მაგალითად ნიჟარა, რაც აუცილებელი კომპონენტია მათი არსებობისთვის.Raven, JA, et al. (2005) "Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide". Royal Society, London, UK. პროცესი კალციფიკაცია ძალზე მნიშვნელოვანია ბიოლოგიასა და მარჯნის მსგავსი ორგანიზმებების გადარჩენისთვის. ტერმინი გულისხმობს გახსნილი იონებისგან მყარი კალციუმის კარბონატის საფარის მიღებას, თუმცა ასეთი საფარი დაუცველია დაშლისგან, თუ ზღვის წყალი არ არის გაჯერებული კარბონატის იონებით (CO32−).

მექანიზმი
ოკეანეებში მოხვედრილი ნახშირორჟანგიდან ზოგი რჩება, როგორც ნახშირორჟანგი, ხოლო დანარჩენი ხელს უწყობს ბიკარბონატისა და ნახშირმჟავს მიღებას. შემდეგ ეს ზრდის წყალბადის იონების კონცენტრაციას, ხოლო წყალბადის პროცენტული მატება უფრო მეტია, ბიკარბონატის პროცენტულ მატებასთან შედარებით. 

წარმოიქმნება შექცევადი რეაქცია HCO3− ⇌ CO32− + H+. წყალბადის იონი უერთდება კარბონატის იონს და მიიღება ბიკარბონატი, ანუ მცირდება კარბონატის კონცენტრაცია, რაც იწვევს შემდეგ დისბალანსს: Ca2+ + CO32− ⇌  CaCO3 და იშლება .

ბიკარბონატისა და წყალბადის იონების ზრდის შედეგად შემცირებული კარბონატის კონცენტრაცია ნაჩვენებია მარჯვენა გრაფიკზე.
გაჯერებულობის დონე
ზღვის წყლის გაჯერებულობის დონე (აღინიშნება Ω-ით) და არის მინერალის თერმოდინამიკური პოტენციალის საზომი. ქვემოთ მოყვანილია კალციუმის კარბონატის კონკრეტული მაგალითი:

Ω არის იონების კონცენტრაციის პროდუქტი, რომლებიც ქმნიან მინერალ Ca2+ სა და CO32−-ს. ნივთიერებების კონცენტრაცია იყოფა, იონების წონასწორობაზე, ანუ, როდესაც მინერალი არც ფორმირდება და არც იშლება.ზღვის წყალში ბუნებრივი ჰორიზონტალური საზღვარი იქმნება ტემპერატურის, წნევისა და სიღრმის გამო და იგი ცნობილია, როგორც „გაჯერებულობის ჰორიზონტი“. ამ გაჯერებულობის ჰორიზონტის ზევით, Ω- ს აქვს 1-ზე მეტი მნიშვნელობა და  მარტივად არ იშლება. ორგანიზმების უმეტესობა, რომლებისთვისაც კალციუმის კარბონატის საფარი მნიშვნელოვანია, წყალში ცხოვრობს. ამ სიღრმის ქვემოთ, Ω- ს აქვს 1-ზე ნაკლები მნიშვნელობა და აქ  უკვე იშლება.

CO32−-ის კონცენტრაციის შემცირებისას მცირდება Ω, ანუ -ის დაშლის რისკი უფრო მაღალია.

კალციუმის კარბონატი ძირითადად გვხვდება ორი პოლიმორფული კრისტალური სახით, ესენია არაგონიტი და კალციტი. არაგონიტი უფრო მეტად ხსნადია, ვიდრე კალციტი, ამიტომაც არაგონიტის გაჯერების ჰორიზონტი ყოველთვის უფრო ახლოს არის ზედაპირთან კალციტის გაჯერების ჰორიზონტთან შედარებით. ეს ნიშნავს იმასაც, რომ ორგანიზმები, რომლებიც წარმოქმნიან არაგონიტს, უფრო დაუცველები ხდებიან იმ ორგანიზმებთან შედარებით, რომლებიც კალციტს წარმოქმნიან.

გადაჭრის გზები
გეოინჟინერია
გეოინჟინერია განიხილება, როგორც მჟავიანობის თავიდან აცილების შესაძლო ვარიანტი. IAP-ს (2009 წელი), Secretariat: TWAS (the Academy of Sciences for the Developing World), Trieste, Italy. განცხადებაში ნათქვამია, რომ საჭიროა უფრო მეტი გამოკვლევა ამასთან დაკავშირებით და უნდა დადგინდეს, რომ გეოინჟინერია უსაფრთხო, ხელმისაწვდომი და ღირებული იქნება.

WGBU- ს (2006 წელი), WBGU (2006), Summary for Policymakers, Halting ocean acidification in time, p. 3დიდი ბრიტანეთის სამეფო საზოგადოებისა (2009 წელი)UK Royal Society (2009), Summary, pp. ix–xii. და აშშ-ს ეროვნული სამეცნიერო საბჭოს (2011 წელი) US NRC (2011), Ch 5: Key Elements of America's Climate Choices,Box 5.1: Geoengineering, pp. 52–53. მოხსენებაში იყო გაფრთხილება კლიმატის ინჟინერიასთან დაკავშირებული პოტენციური რისკებისა და სირთულეების შესახებ.

რკინის გამოყენება
ამხრივ რკინის გამოყენებამ შეიძლება გამოიწვიოს ფოტოსინთეზის სტიმულირება ფიტოპლანქტონებში. რკინის ჰიპოტეზის თანახმად, ფიტოპლანქტონი გადააქცევდა ოკეანეში მოხვედრილ ნახშირორჟანგს ნახშირწყლებად და აირად ჟანგბადად, ხოლო ნახშირწყლების დიდი ნაწილი ჩაიძირებოდა ოკეანეში ღრმად. ათზე მეტმა ექსპერიმენტმა დაადასტურა, რომ ოკეანეში რკინის დამატება ფოტოსინთეზის ეფექტს ფიტოპლანქტონში 30-ჯერ ზრდის.

გალერეა

ლიტერატურა
Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Centre (ACE CRC) (2008). Position analysis: CO2 emissions and climate change: Ocean impacts and adaptation issues. . Hobart, Tasmania.
, (Article preview only).

Kleypas, J. A., R. A. Feely, V. J. Fabry, C. Langdon, C. L. Sabine, and L. L. Robbins. (2006). Impacts of Ocean Acidification on Coral Reefs and Other Marine Calcifiers: A Guide for Further Research, report of a workshop held 18–20 April 2005, St. Petersburg, FL, sponsored by National Science Foundation]], NOAA and the U.S. Geological Survey, 88pp.

Riebesell, U., V. J. Fabry, L. Hansson and J.-P. Gattuso (Eds.). (2010). Guide to best practices for ocean acidification research and data reporting, 260 p. Luxembourg: Publications Office of the European Union.

 Report website.
 Report website.



რესურსები ინტერნეტში
 Biological Impacts of Ocean Acidification (BIOACID) project
 Ocean acidification — ENCYCLOPÆDIA BRITANNICA
 Ocean Acidification —  National Geographic
 What is Ocean Acidification? 
 Ocean acidification
  Ocean Acidification
 The Global Problem of Ocean Acidification
 Ocean acidification and its effects
 Effects of Ocean and Coastal Acidification on Ecosystems

 What is ocean acidification?
 Ozeanversauerung - eine Bedrohung für das Leben im Meer 
 bmbf.de: Wissenschaftsjahr 2016*17 – Meere und Ozeane 
 Ozeanversauerung: Fakten 
 Häufig gestellte Fragen: Die wichtigsten Fakten zur Ozeanversauerung.  
 Luft gibt dem Ozean Saures.  (PDF)
 The Acid Ocean – the Other Problem with CO2 Emission. auf: RealClimate.org 
 The Ocean Acidification Network 
 The Ocean in a High CO2 World. 
 European Project of Ocean Acidification (EPOCA)
 Woods Hole Oceanographic Institution: Ocean Acidification.

სქოლიო

კატეგორია:წყლის ეკოლოგია
კატეგორია:ნახშირბადი
კატეგორია:ბიოლოგიური ოკეანოლოგია
კატეგორია:ქიმიური ოკეანოლოგია
კატეგორია:გეოქიმია
კატეგორია:ოკეანოლოგიური ტერმინოლოგია
კატეგორია:ოკეანოლოგია