Havet, kalk, karbon og ikke-intuitivitet

Like dokumenter
Eksamensoppgave i KJ2072 Naturmiljøkjemi

Side 1 av 5. Institutt for biologi Faglig kontaktperson(er) under eksamen: Torunn Berg ( ) EKSAMEN I: BI 2061 BOKMÅL

Kan opptak av atmosfærisk CO2 i Grønlandshavet redusere virkningen av "drivhuseffekten"?

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel eksamen 19/5-14

EKSAMEN I: BI2061 Vannkjemi/Oseanografi BOKMÅL

Vann, ph, jord og jordanalyser. Norsk Landbruksrådgivning Viken v/ Torgeir Tajet

Ukesoppgaver GEF1100

Natur og univers 3 Lærerens bok

Klimaendringer! Climate Change. Hvordan vil økningen av karbondioksid i atmosfæren påvirke vannmiljøet?

Luft og luftforurensning

2) Vi tilsetter syrer fordi løsningen skal være sur (men ikke for sur), for å unngå porøs kobberdannelse.

Geokjemiske lover og målinger viser at menneskelig aktivitet er den viktigste årsaken til økningen av CO2-innholdet i atmosfæren.

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord. Miljøovervåking av Indre Oslofjord Rapport for tokt gjennomført 8.

Toktrapport. Stasjonsnettet er vist i Figur 1, og Tabell 1 viser posisjoner, ekkodyp og prøveprogram for stasjonene på snittet.

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord. Miljøovervåking av Indre Oslofjord Rapport for tokt gjennomført 15.

Hydrografi Geitaneset i Namsenfjorden, august 2017

3. Balansering av redoksreaksjoner (halvreaksjons metoden)

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET

Forsuring av havet. Kunnskapsstatus for norske farvann

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport Hovedtokt

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord. Miljøovervåking av Indre Oslofjord Rapport for tokt gjennomført 8.

Toktrapport. Stasjonsnettet er vist i Figur 1, og Tabell 1 viser posisjoner, ekkodyp og prøveprogram for stasjonene på snittet.

1. UTTAKSPRØVE. til den. 41. Internasjonale Kjemiolympiaden 2009 i Cambridge, England

Oppgave 1 (35 poeng) 1. uttak til den 38. Kjemiolympiaden, Fasit og poengberegning. 1) D 2) B 3) A 4) A 5) D 6) C 7) D 8) C

EKSAMENSOPPGAVE. KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi

Opptak og transport av vann og næring. Jon Atle Repstad Produktsjef Felleskjøpet Agri

Korrosjon av stålarmering i betong

Oppgaver i GEOF100, høst 2014

FLERVALGSOPPGAVER ATOMER og PERIODESYSTEMET

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport Hovedtokt

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Miljøovervåking av Indre Oslofjord Rapport for tokt gjennomført 18.

Dosering av jern og CO2 -ett mol vannkjemi og litt erfaringer

FNs klimapanels femte hovedrapport Del 1: Det naturvitenskapelige grunnlaget

BIOLOGISKE FAKTORER I HAVBRUK DE USYNLIGE FARENE.

Artssammensetning planteplankton i Barentshavet

Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt. Vi snakker om redoks reaksjoner

Grunnvann i løsmasser på Magerøya i Nordkapp kommune

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport Kombinasjonstokt

Hva skjer med sirkulasjonen i vannet når isen smelter på Store Lungegårdsvann?

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord. Miljøovervåking av Indre Oslofjord

UNIVERSITETET I OSLO

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport hovedtokt

Biomasse av planteplankton i Norskehavet

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Jordprøvetaking, ph. Professor Tore Krogstad, UMB. Innlegg på Gartnerdagene på Gjennestad 28. oktober 2010

Toktrapport. Stasjonsnettet er vist i Figur 1, og Tabell 1 viser posisjoner, ekkodyp og prøveprogram for stasjonene på snittet.

Artssammensetning planteplankton i Barentshavet

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 8

VEDLEGG I LISTE OVER EF-GJØDSELTYPER

Kjemiolympiaden uttak. Fasit.

Konsekvensene av SURERE hav

Vannprøver og Vanndirektivet. v/pernille Bechmann (M.Sc., Marint miljø)

Ionekromatografi. Rolf D. Vogt & Hege Orefellen Kjemisk Institutt, Universitetet i Oslo. Bestemmelse av hovedioner i Naturlig vann ved bruk av

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

IPCC, From emissions to climate change

Mineralogisk binding av CO 2 Muligheter for kombinert verdiskaping og CO 2 -lagring

Kapittel 4 Ulike kjemiske reaksjoner og støkiometri i løsninger

Intern toktrapport. Stasjonsnettet er vist i Figur 1, og Tabell 1 viser posisjoner, ekkodyp og prøveprogram for stasjonene på snittet.

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport Hovedtokt

Kapittel 2 Atom, molekyl og ion. 1. Moderne beskrivelse av atom - Enkel oppbygning - Grunnstoff og isotoper - Navn på grunnstoff

Blodgasser kl 10:40 11:00 Fredrik Borchsenius. Lungemedisinsk avdeling

Fasit til 1. runde. for uttakning til den. 40. internasjonale kjemiolympiaden i Budapest, Ungarn, juli 2008

FNs klimapanels femte hovedrapport Del 1: Det naturvitenskapelige grunnlaget

Tolke Syre-base. Syre-base regulering Syre-base forstyrrelser

Svartediket 8.april 2008.

Fagrådet for vann- og avløpsteknisk samarbeid i indre Oslofjord Toktrapport Hovedtokt

DEL 1: Flervalgsoppgaver (Multiple Choice)

Våroppblomstring av planteplankton i Norskehavet

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen GEOF100 Introduksjon til meteorologi og oseanografi

Klimaendringer og nye påvirkninger

Lærer, supplerende informasjon og fasit Energi- og klimaoppdraget Antilantis

Kvalitet og krav på vekstjord fra et jordkjemisk. Professor Tore Krogstad Institutt for miljøvitenskap, NMBU

Toktrapport. Stasjonsnettet er vist i Figur 1, og Tabell 1 viser posisjoner, ekkodyp og prøveprogram for stasjonene på snittet.

Biologi: Laksens grunnleggende fysiologi

Et overordna blikk på, og konkretisering av begrepa "bioøkonomi" og "det grønne skiftet"

Fra alkymi til kjemi. 2.1 Grunnstoffene blir oppdaget

Biomasse og produksjon av planteplankton i Barentshavet

Korrosjonskontroll ved bruk av fellingsanlegg og Moldeprosessen spesielt

33,6 % CaO Kalsium uttrykt som vannløselig CaO 56 % formiat. 21 % CaO Kalsium uttrykt som vannløselig CaO 35 % formiat

Våroppblomstring av planteplankton i Barentshavet

Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembraner. Læringsmål IA: Beskrive ulike mekanismer for transport over membraner

Foredrag Ung miljø: Klima konsekvenser urettferdighet og klimapolitikk. Thomas Cottis Klimaekspert Høgskolelektor Gårdbruker

Figurer kapittel 2: Stoffkretsløp og energistrøm Figur s. 50

O. Røyseth m.fl. D. Barton G. Orderud m.fl. H. Gunnarsdottir. T. Andersen, R. Vogt m.fl.

Måling av hydrografi ved inntakspunkt for VikingBase Havbruk i Rissa kommune, februar 2017

Næringssalter i Skagerrak

Kjemi 1. Figur s Figurer kapittel 8: Syrer og baser. gir andre farger enn syrer gir. ph < 7 ph > 7. Reagerer med uedelt metall og gir H 2 -gass

KOMPOST og KOMPOSTERING - NOEN BETRAKTNINGER Driftsforum FLÅM

Bekreftelse på utført C-undersøkelse ved lokalitet Brakstadsundet

ORGANISK KJEMI EMIL TJØSTHEIM

Kort innføring i fosforets jordkjemi. Professor Tore Krogstad, Institutt for miljøvitenskap, NMBU

Toktrapport kombitokt

Transport av ioner og næringsstoffer over cellemembranen

RAPPORT Havforsuring og opptak av antropogent karbon i de Nordiske hav,

Bruk av vannglass som korrosjonsinhibitor

Transkript:

Havet, kalk, karbon og ikke-intuitivitet Egil Sakshaug Institutt for biologi/trondhjem Biologiske Stasjon, NTNU Partikulært karbon som puster ut CO 2

Global fordeling av karbon Reservoaret av løst uorganisk karbon i havet (blått) er langt det største karbonreservoaret på jorda 10 9 tonnes equal 1 Petagramme (1 Pg = 10 12 grams) NOAA

= Pg (petagrams) Carbon inventory in the sea and atmosphere Ruben Lara 2005

Løst uorganisk karbon (Dissolved inorganic carbon, DIC) (Også kjent som ΣCO 2 ) DIC er summen av Løst (fri) CO 2 Ikke-dissosiert karbonsyre (H 2 CO 3 ) bikarbonationer (HCO 3 ) karbonationer (CO 3 2 ) Under normal oseanisk ph (~8,0) utgjøres >99% av DIC av bikarbonat- og karbonationer H 2 CO 3 utgjør ~1% of løst CO 2 og analyseres i praksis sammen med løst CO 2

Alkalinitet: Svaret på hvorfor det er så mye DIC i havet Total alkalinitet (baseoverskudd) er lik differensen mellom total ladning av positive ioner and the total ladning av negative ioner som stammer fra ikke-flyktige forbindelser (her gitt som mmol) Kationer: Kons. Ladning Anioner: Kons. Ladning Na + 470 470 Cl 547 547 Mg 2+ 53 106 SO 2 4 28 56 Ca 2+ 10 20 Br 1 1 K + 10 10 TOTAL 606 604 Ladningsdifferens (kationer anioner) = 606 604 = ~2 mmol

Alkalinitet (2) Fordi sjøvann (selvfølgelig) er elestrisk nøytralt, må ladningsdifferensen på ~2 mmol fylles med anioner Eneste fyllmateriale som monner, er DIC-systemet, fremfor alt bikarbonat- og karbonationer (med litt hjelp fra borat-, fosfat og nitrationer, etc. ved høy ph) Forenklet: Karbon-alkalinitet (CA): Omhandler bare DIC: [HCO 3 ] + 2[CO 3 2 ] Alkaliniteten avtar ~lineært med avtakende saltholdighet Øker svakt med økende temperatur

Variasjon i alkalinitet: På grunn av de elektriske kreftenes jerngrep, og den lille variasjonen i kationer og anioner i havet, varierer mengden bikarbonat og karbonat lite i sjøvann Størst påvirkning har endring i konsentrasjonen av Ca 2+ Men variasjon i [Ca 2+ ] gir ikke mer enn 1% variasjon i alkaliniteten hos havvann Opptak av Ca 2+ hos organismer (kalsifisering) gir lavere alkalinitet Oppløsning (tilførsel til vannet) av kalk (dekalsifisering) gir høyere alkalinitet

Dette er åpenbart: Fotosyntese: Fjerner CO 2 fra vannet (skiller ut O 2 ) Gir mindre CO 2 i vannet og mindre surt vann (høyere ph) Respirasjon: Gir CO 2 til vannet (forbruker O 2 ) Mer CO 2 i vannet gir surere vann (lavere ph) Oksygenmålinger kan brukes til å bestemme forholdet mellom fotosyntese og respirasjon i vannsøylen

Fotosyntese er større enn respirasjon i overflatelaget Dypere ned er det omvendt (antatt: Målinger integrert over minst 24 timer) Nutrients (og CO 2 ) varierer motsatt av oksygen Stillehavet er rikere på nutrients og CO 2 (og fattigere på oksygen) enn Atlanterhavet

Trelags beskrivelse av termohalin sirkulasjon Blue: Bunnvann Grønn: Dypvann Rød: Overflatelag Transport i Sverdrup (ringer) Schmitz 1996, Rev. Geophys. 33(2)

Områder med dyp- og bunnvannsproduksjon (rødt), produksjon av intermediært vann (blått), og oppstrømming (gult) Garrison 1999

Nitrat på 4000 m dyp Jo eldre dypvann, jo mer næringssalt ATLANTIC PACIFIC INDIAN Nitrate at 4000 m depth in the world s major ocean basins. Broecker and Peng 1982 Broecker and Peng 1982

Næringssalter i bunnvann (alltid mer enn høyere opp i vannsøylen) Nitrat (mmol m 3 ) Nordic Southern Ocean Bering <18 32-33 45 Resultat av organismer som bryter ned/spiser synkende, døende og døde organismer i vannsøylen Geografisk fordeling styrt av termohalin sirkulasjon (med andre ord, tiden som har gått siden bunnvannet sist var i kontakt med atmosfæren) Nordatlantisk og Arktisk bunnvann er yngst, bunnvann i dype nordlige Stillehav og dype Beringhav er eldst Unntak fra denne fordelingen: Jern (kjemisk likevekt?)

CO 2 som minimumsfaktor I så godt som alle lærebøker finner vi følgende likevekter I DIC-systemet: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 CO 3 2 + + H + H + og at CO 2 utgjør <1 % av DIC Og at de fleste av disse reaksjonene er omtrent øyeblikkelige

Men to av reaksjonene ovenfor er relativt langsomme, nemlig på sekund til minuttskala HCO 3 H 2 CO 3 og H 2 CO 3 CO 2 Dette er reaksjonene som er nødvendige for å skaffe ekstra fri CO 2 under en større algeblomstring Er reaksjonene raske nok? Er dette interessant i en verden med stadig større tilførsel av fri CO 2 til overflatehavet? Men, mange flagellater har enzymet karbon anhydrase som avhjelper nøden, for eksempel zooxantheller (dinoflagellater) i koraller (enzymet har sink, Zn, som kofaktor, eventuelt kadmium eller kobolt)

Kalsifisering eller omvendt The white cliffs of Dover Coccolitter eller kritt fra en æra før Emiliania Sett fra Cap Gris- Nez på fransk side, 34 km unna Photo: Rolf Süssbrich

~1850 Møns klint, Danmark, 1970 June 1970, photo VESak

Calcite: Emiliania huxleyi bloom (Prymnesiophyceae)

Kalsifisering: Produksjon av kalsiumkarbonat fra DIC Der vann i hav eller saltsjøer fordamper, blir det klumper av salter tilbake (evaporitter), inkludert kalsiumkarbonat Men ellers feller ikke kalsiumkarbonat ut i overflatehavet, selv om det er sterk overmetning der Fordi reaksjonen er meget energikrevende, vil den ikke skje spontant takk og pris Kalsifisering i havet er derfor biologisk Evaporitt (halid), hovedsakelig natriumklorid, fra Dødehavet Dypet i Middelhavet er fullt av 5 millioner år gamle evaporitter, fra den gangen det tørket ut

De viktigste kalkdannerne i havet: Kalkflagellater (fotosyntetisk plankton) Koraller (revbyggende steinkoraller) Andre viktige grupper: Foraminiferer (amøboide heterotrofe protister) Røde kalkalger (rugl, bentiske, vanlige i Norge) Grønne kalkalger (bentiske, varmt vann) Skjell, muslinger Armføttinger (brachiopoder) Vingesnegl (pteropoder) Halimeda tuna Tropisk grønn kalkalge

Diverse kalkdannere Clio pyramidata (pteropod)

Kalsifisering: en enkel prosess? Ca 2+ + CO 2 + H 2 O gir CaCO 3 + H 2 Ypperlig løsning: Kalken tar med seg CO 2 samtidig som vi får utviklet ren hydrogen som energikilde Tjo og hei! Var det bare så enkelt Akk, nei! Den støkiometriske ligningen for kalsifisering ser annerledes ut:

Støkiometrisk kalisfisering/dekalsifisering Ca 2+ + 2HCO 3 CaCO 3 (fast) + CO 2 (skilt ut) + H 2 O Kalsifisering: Les fra venstre mot høyre Kalk dannes med bikarbonat som utgangspunkt Kalk felles ut, mens CO 2 er et biprodukt som skilles ut i vannet Partialtrykket for CO 2 i vannet øker ph avtar [Ca 2+ ] i vannet minker, slik at alkaliniteten øker Sjøvannet kan derfor ikke holde på så mye DIC Merk at: Kalsifisering baserer seg på det enorme lagret av bikarbonat i sjøvann, ikke det lille lagret av CO 2, hos plankton med karbon anhydrase gjelder det samme for fotosyntesen

Dekalsifisering: Les ligningen fra høyre mot venstre Skjer ved ph <7.9 Kalsiumkarbonat går i løsning Karbonationer og CO 2 danner bikarbonationer [CO 2 ] i vannet avtar (lavere pco 2 ) og høyere ph [Ca 2+ ] øker, derfor også alkaliniteten Sjøvannet kan ta opp mer DIC En viktig detalj: Kalsiumkarbonat tilhører den sjeldne gruppen stoffer som er lettere løselig i kaldt enn i varmt vann Dekalsifisering grunnet forsuring av hav burde derfor skje først i polarstrøk

Dekalsifisering Kalkklipper (for eksempel Dover og Møn) eroderer lett på grunn av CO 2 i nedbør På Møn utløste erosjon et større skred 26. januar 2007, det største siden 1962 Erosjon, Dover

Erosjon av berg drevet av CO 2 i nedbør bidrar til å holde alkaliniteten i havet høy Vel å merke på en tidsskala av 4000-6000 år Særlig viktig i geologisk aktive perioder (orogenese) To særlig viktige reaksjoner: CO 2 + H 2 O + CaCO 3 Ca 2+ + 2HCO 3 2CO 2 + 3H 2 O + CaSiO 3 Ca 2+ + 2HCO 3 + H 4 SiO 4 Den første produserer kalsium- og bikarbonationer fra kalsium- eller magnesium-karbonat (marmor, dolomitt, etc.) Den andre produserer kalsium- og bikarbonationer fra kalsiumsilikat Erosjonsproduktene føres til havs med elver og øker alkaliniteten

Habana 2008: Off we go, in a 1955 De Soto VESak January 2009