Chapter 7
Ocean Biogeochemistry海洋生物地球化学
Outline
• 基本概念
• 海-气界面的气体交换
• 海洋C循环
• 海洋排放的DMS
• 海洋排放的N2O
Basic Concepts
• 三种最主要的影响气候的海洋化学物质
• CO2:最主要的温室气体,海洋是C库
• DMS(硫酸盐气溶胶):散射太阳辐射、并充当CCN影响成云,对气候总体cooling作用
• N2O:主要温室气体,参与破坏平流层臭氧,对气候总体warming
Basic Concepts
Flux 界面通量
Source/Sink 源/汇
SMS 源-汇
Reservoir 储库
tau 更替周期(弛豫时间、滞留时间)
Air-sea Interface
海气界面边界层有几十个微米厚
活塞速度Piston Velocity
𝐹𝑙𝑢𝑥 = −𝐷𝜕𝐶
𝜕𝑧
=𝐷
∆𝑧𝐶𝑤 − 𝐶𝑠𝑎𝑡
=𝐷
∆𝑧𝐶𝑤 − 𝛼𝑝𝑎
Henry’s Law𝛼𝑝𝑎 = 𝐶𝑠𝑎𝑡
= 𝒌𝒘 𝐶𝑤 − 𝛼𝑝𝑎
界面通量Fick’s Law
气体溶解度
活塞速度典型值:15cm/hr (4m/day)
分子扩散系数 (1.5e-5 cm2/sec)
海表混合层的平衡浓度
活塞模型下的海洋混合层平衡浓度
海洋混合层深度 (80m)
海洋混合层tau = ~20 days
𝜕𝐶𝑤
𝜕𝑡=
𝑘𝑤
𝑧𝑚𝑙𝐶𝑠𝑎𝑡 − 𝐶𝑤
工业革命以来海洋总共吸收了人类排放CO2的85%
几个基本事实
• 与其它大气组分不同,海洋溶解CO2是大气的60倍
• Reason 1:CO2比同分子量的平均可溶性高30倍(气体分子可溶性随分子量增加)
• Reason 2:更主要的原因是CO2具有与水具有化学活性(海洋溶解的纯气体CO2只占0.5%)
• Reason 3:海洋溶解CO2的能力受海洋生物过程(two pumps)影响,这进一步加强了海洋吸收CO2的能力
海洋C循环
生物钙化过程 藻类光化过程(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)
很少 (<4%)
海气界面CO2交换:𝜕[𝐷𝐼𝐶]
𝜕𝑡=
𝑘𝑤
𝑧𝑚𝑙[𝐶𝑂2]𝑠𝑎𝑡−[𝐶𝑂2]𝑤
Soft Pump:有机C路径
叶绿素
阿根廷马岛周边大西洋海域浮游生物生产的叶绿素
2015年6月8日(国际海洋日)南美洲大西洋沿岸的浮游生物生产的叶绿素
Hard Pump:无机C路径
海洋生物的外骨骼以CaCO3形式沉入海底,在高压作
用下碎裂、分解,少部分溶解回离子形式,大部分以固体形式存于海底
DMS对云的影响January July
DMS
Cloud
Cover
大气中的DMS几乎全部来自于海洋,作为CCN影响大气成云过程
海洋排放的N2O
海洋富氧层1km
Outline
• 基本概念
• 海-气界面的气体交换
• 海洋C循环
• 海洋排放的DMS
• 海洋排放的N2O
• 阅读作业:Chapter 8Marine BiogeochemistryRaymond G. Najjar