Gesamter anorganischer Kohlenstoff - Total inorganic carbon
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Gesamt anorganischer Kohlenstoff ( C T oder TIC ) ist die Summe aus der anorganischen Kohlenstoff - Spezies.
Kohlenstoffverbindungen können je nach ihrer Zusammensetzung entweder als organisch oder anorganisch und als gelöst oder teilchenförmig unterschieden werden. Organischer Kohlenstoff bildet das Rückgrat der Schlüsselkomponente organischer Verbindungen wie – Proteine , Lipide , Kohlenhydrate und Nukleinsäuren . Anorganischer Kohlenstoff findet sich hauptsächlich in einfachen Verbindungen wie Kohlendioxid, Kohlensäure, Bicarbonat und Carbonat (CO 2 , H 2 CO 3 , HCO 3 − bzw. CO 3 2− ).
Überblick
Das aquatische anorganische Kohlenstoffsystem besteht aus den verschiedenen ionischen, gelösten, festen und/oder gasförmigen Formen von Kohlendioxid in Wasser. Diese Spezies umfasst gelöstes Kohlendioxid , Kohlensäure , Hydrogencarbonat - Anion , Carbonat - Anion , Calciumcarbonat , Magnesiumcarbonat und andere. Die relativen Mengen jeder Spezies in einem Gewässer hängen von physikalischen Variablen wie Temperatur und Salzgehalt sowie von chemischen Variablen wie pH und Gaspartialdruck ab. Variablen wie Alkalinität und gelöster (oder gesamter) anorganischer Kohlenstoff definieren außerdem eine Massen- und Ladungsbilanz, die den Gesamtzustand des Systems einschränkt.
Ausgehend von zwei der vier zentralen anorganischen Kohlenstoffsystemparameter (pH, Alkalinität, gelöster anorganischer Kohlenstoff, Partialdruck von Kohlendioxid) kann der Rest durch Lösen eines Gleichungssystems abgeleitet werden, das den Prinzipien der chemischen Thermodynamik entspricht .
Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts wurden chemische Gleichgewichte in Meer- und Süßwassersystemen nach verschiedenen Konventionen berechnet, was zu Diskrepanzen zwischen Laborberechnungen und begrenzter wissenschaftlicher Reproduzierbarkeit führte. Seit 1998 ist eine Familie von Softwareprogrammen namens CO2SYS weit verbreitet. Diese Software berechnet chemische Gleichgewichte für aquatische anorganische Kohlenstoffarten und Parameter. Ihre Kernfunktion besteht darin, zwei der vier zentralen Parameter des anorganischen Kohlenstoffsystems ( pH , Alkalinität , gelöster anorganischer Kohlenstoff und Partialdruck von Kohlendioxid ) zu verwenden, um verschiedene chemische Eigenschaften des Systems zu berechnen. Die Programme werden häufig von Ozeanographen und Limnologen verwendet , um chemische Gleichgewichte in natürlichen Gewässern zu verstehen und vorherzusagen .
Anorganische Kohlenstoffspezies
Die anorganische Kohlenstoffspezies schließt Kohlendioxid , Kohlensäure , Hydrogencarbonat - Anion und Carbonat . Es ist üblich, Kohlendioxid und Kohlensäure gleichzeitig als CO 2 * auszudrücken . C T ist ein Schlüsselparameter bei der Durchführung von Messungen in Bezug auf den pH-Wert natürlicher wässriger Systeme und bei Schätzungen des Kohlendioxidflusses.
- C T = [CO 2 *] + [HCO 3 − ] + [CO 3 2− ]
wo,
- C T ist der gesamte anorganische Kohlenstoff
- [CO 2 *] ist die Summe der Kohlendioxid- und Kohlensäurekonzentrationen ( [CO 2 *] = [CO 2 ] + [H 2 CO 3 ])
- [HCO 3 − ] ist die Bicarbonatkonzentration
- [CO 3 2− ] ist die Carbonatkonzentration
Jede dieser Spezies ist durch die folgenden pH-gesteuerten chemischen Gleichgewichte verwandt:
- CO 2 + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ H + + HCO 3 − ⇌ 2H + + CO 3 2−
Die Konzentrationen der verschiedenen DIC-Spezies (und welche Spezies dominant ist) hängen vom pH-Wert der Lösung ab, wie durch ein Bjerrum-Plot gezeigt .
Der gesamte anorganische Kohlenstoff wird typischerweise durch die Ansäuerung der Probe gemessen, die die Gleichgewichte zu CO 2 treibt . Dieses Gas wird dann aus der Lösung gespült und eingefangen, und die eingefangene Menge wird dann normalerweise durch Infrarotspektroskopie gemessen .
Meereskohle
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Mariner Kohlenstoff wird weiter in partikuläre und gelöste Phasen getrennt. Diese Pools werden operativ durch physikalische Trennung definiert – gelöster Kohlenstoff passiert einen 0,2-μm-Filter, Partikelkohlenstoff nicht.
Es gibt zwei Hauptarten von anorganischem Kohlenstoff, die in den Ozeanen vorkommen:
- Gelöster anorganischer Kohlenstoff (DIC) besteht aus Bicarbonat (HCO 3 − ), Carbonat (CO 3 2− ) und Kohlendioxid (einschließlich gelöstem CO 2 und Kohlensäure H 2 CO 3 ). DIC kann durch Fällung von CaCO 3 (biologisch oder abiotisch) in partikulären anorganischen Kohlenstoff (PIC) umgewandelt werden . DIC kann auch durch Photosynthese und Chemoautotrophie (dh Primärproduktion) in partikulären organischen Kohlenstoff (POC) umgewandelt werden . DIC nimmt mit der Tiefe zu, da organische Kohlenstoffpartikel sinken und eingeatmet werden. Freier Sauerstoff nimmt mit steigender DIC ab, da Sauerstoff während der aeroben Atmung verbraucht wird.
- Partikulärer anorganischer Kohlenstoff (PIC) ist die andere Form von anorganischem Kohlenstoff, die im Ozean vorkommt. Das meiste PIC ist das CaCO 3 , das Schalen verschiedener Meeresorganismen bildet, sich aber auch bei Wittlingereignissen bilden kann . Auch Meeresfische scheiden während der Osmoregulation Calciumcarbonat aus .
Einige der anorganischen Kohlenstoffarten im Ozean, wie Bikarbonat und Karbonat , tragen wesentlich zur Alkalinität bei , einem natürlichen Ozeanpuffer, der drastische Veränderungen des Säuregehalts (oder des pH-Werts ) verhindert. Der marine Kohlenstoffkreislauf beeinflusst auch die Reaktions- und Auflösungsraten einiger chemischer Verbindungen, reguliert die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre und die Temperatur der Erde.