4. Klasyfikacja pierwiastków w wodzie morskiej Flashcards
Rozdział 6.4 Korzeniewski
Od czego zależy stężenie substancji w wodzie morskiej?
Od równowagi między procesami prowadzącymi do wzrostu lub spadku koncentracji substancji w skali lokalnej i od tego, jak szybko oceaniczne mieszanie może zniwelować te lokalne zróżnicowanie.
Czym jest czas rezydencji?
τ = czas potrzebny do całkowitego zastąpienia ilości danej substancji (pierwiastka) w oceanie, czyli
Okres, przez który dana substancja pozostaje rozpuszczona w wodzie morskiej od czasu, gdy po raz pierwszy została wprowadzona do oceanu do czasu, gdy zostanie z niego usunięta.
Jaki może być czas rezydencji substancji w oceanie?
Bardzo różnorodny:
-> Miliony lat - dla pierwiastków w niewielkim stopniu podlegającym procesom sedymentacyjnym lub biologicznym (np. Na)
-> Do kilku tysięcy lat - dla pierwiastków, które są wykorzystywane przez organizmy lub łatwo wbudowywane w osady (np. Fe, Al, Mn)
Jak czas przebywania pierwiastków w formie rozpuszczonej w wodzie morskiej wpływa na ich stężenie?
Na+ i Cl- to jony o niskiej reaktywności geochemicznej i biochemicznej -> mają długi czas przebywania -> są to dwa pierwiastki o największym stężeniu w wodzie morskiej.
Jak czas rezydencji odzwierciedla zaangażowanie pierwiastków w wodzie morskiej w procesy biochemiczne?
Pierwiastki wykorzystywane przez organizmy mają krótszy czas rezydencji.
Jakie są podejścia obliczeniowe do wyliczania τ w wodzie morskiej?
- Z wykorzystaniem tempa dodawania pierwiastków (dopływ ze źródeł zewnętrznych)
τ = ilość pierwiastka w wodzie morskiej/szybkość dopływu[lata]
τ [rok] = M/Q
gdzie: M - masa pierwiastka w oceanie [kg]
Q - szybkość dopływu [kg/rok]
Q [kg/rok] = c*f
gdzie: c - średnie stężenie pierwiastka w wodzie rzecznej [kg/m3]
f - roczny dopływ wody rzecznej [m3/rok]
- Z wykorzystaniem tempa usuwania pierwiastków, poprzez wbudowywanie w osady na dnie oceanu
τ = ilość pierwiastka w wodzie morskiej/szybkość usuwania [lata]
Dla czego można policzyć czas rezydencji?
- dla pojedynczych pierwiastków
- dla soli zawartej w wodzie morskiej jako całość
Czas rezydencji w przypadku jonów głównych…
Jest większy od czasu mieszania wód, dlatego:
-> występują w wodzie w dużych stężeniach
-> podlegają regule Marceta
Co wpływa na straty Ca w powierzchniowych wodach oceanicznych?
Wiązanie CaCO3 przez fitoplankton, w rafach koralowych i innych organizmach, a następnie ich wypadanie/sedymentacja na dno oceanu.
Czas rezydencji pierwiastków biogenicznych i śladowych w wodzie morskiej…
Jest mniejszy niż czas mieszania wód. Są one szybko usuwane z roztworu, więc niemożliwa jest ich akumulacja w wodzie.
O czym można i NIE można wnioskować po czasie rezydencji pierwiastka?
- Można wnioskować o reaktywności i udziale w procesach biogenicznych oraz sedymentacyjnych:
- długi czas = niewielka reaktywność i zaangażowanie
- krótki czas = duża reaktywność i zaangażowanie - NIE można wnioskować o naturze tych procesów!
O tym, jakie procesy mają dominujące znaczenie w kształtowaniu stężenia danego pierwiastka w wodzie morskiej mówią nam zmiany stężenia jego rozpuszczonych form wraz z głębokością (profile stężenia).
Jakie wyróżniamy typy pionowego rozkładu stężenia pierwiastków?
- Podobny do zasolenia -> Na, K, Mg, SO42-, F, Br -> Pierwiastki konserwatywne o niskiej reaktywności
- Wzbogacenie na powierzchni -> Mn, Pb, NO, NO2, H2 -> Dopływ atmosferyczny, p. fotochemiczne, produkcja biologiczna
- Zubożenie w warstwie optycznej, wzbogacenie w wodach głębinowych -> NO3-, PO43-, Cu, Si, Ca -> Pobieranie przez organizmy i regeneracja
- Maksimum na pośrednich głębokościach -> 3He, Mn, CH4 -> Źródła hydrotermalne, reakcje redoks z OMZ
- Wzbogacenie przy dnie -> Mn, Si -> Uwalnianie z osadów
- Zubożenie w wodach głębinowych -> Cu, 210Pb -> Wychwytywanie przez cząstki zawiesin.
Jakie są klasyfikacje pierwiastków w wodzie morskiej?
- Ze względu na stężenie (Bruland, 1983)
- Ze względu na udział w procesach biologicznych
- Ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983)
Podaj najprostszy podział substancji rozpuszczonych w wodzie morskiej:
A) MAKROSKŁADNIKI - stężenie > 1mg/L (ppm)
B) MIKROSKŁADNIKI - stężenie < 1mg/L
Podaj podział pierwiastków ze względu na stężenie (Bruland, 1983) + przykłady:
- Pierwiastki o C > 50 mmol/kg (Na, Mg, Cl)
- Pierwiastki o 0.05 < C < 50 mmol/kg (B, C, O, F, Si, S, K, Ca, Br, Sr)
- Pierwiastki o 0.05 < C < 50 µmol/kg (Li, N, P, Rb, Mo, J, Ba)
- Pierwiastki śladowe o 0.05 < C < 50 nmol/kg (Al, V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As)
- Pierwiastki śladowe o C < 50 pmol/kg (Be, Sc, Co, Nb, Ag, Sn, Hg, Pb)
Opisz pierwiastki biogeniczne:
C, N, P, Si, Fe
- Niezbędne do podtrzymania produkcji pierwotnej w oceanie =>ich dostępność decyduje o poziomie trofii!
- Charakteryzują się dużą zmiennością regionalną i sezonową ze względu na zaangażowanie w procesy biologiczne.
- W procesie fotosyntezy sole biogeniczne są asymilowane w stałych proporcjach (stosunek Redfielda).
Podaj stosunek Redfielda C:N:P:Fe:
C:N:P:Fe = 106 : 16 : 1: 0,1-0,001
(dla okrzemek C:Si:N:P = 106 : 15 : 16 : 1)
Jak krążą pierwiastki biogeniczne?
Asymilacja przez fitoplankton, następnie powstanie POM i DOM lub sedymentacja i akumulacja w osadzie (wymiana na granicy woda-osad), po czym remineralizacja -> fitoplankton.
Opisz zmiany stężenia pierwiastków biogenicznych:
- małe stężenie na powierzchni -> asymilacja przez fitoplankton
- stężenie rośnie z głębokością, bo poniżej warstwy eufotycznej sole biogeniczne nie są asymilowane przez fitoplankton
- dodatkowo w wyniku rozkładu opadającej w toni wodnej materii organicznej, następuje regeneracja tych pierwiastków.
Czym cechują się makroskładniki?
- mają nieznaczny udział w procesach biogenicznych
- występują w dużych stężeniach
- stężenie wraz z głębokością jest w przybliżeniu stałe
Czym cechują się pierwiastki pośrednie?
- występują w wodzie morskiej w b. małych stężeniach
- są potrzebne w procesach biologicznych, ale w niewielkiej ilości
- w wyniku zaangażowania w procesy biologiczne, ich stężenie w wodach powierzchniowych może się częściowo zmniejszać
- w głębszych partiach wody w wyniku rozkładu obumarłej materii organicznej następuje regeneracja tych pierwiastków.
Podział pierwiastków ze względu na zaangażowanie w procesy biologiczne:
- Pierwiastki biogeniczne
- Makroskładniki
- Pierwiastki pośrednie
Klasyfikacja pierwiastków śladowych ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983):
- Typ konserwatywny
- Typ biogeniczny
- Wzbogacone na powierzchni i zubażane wraz ze wzrostem głębokości
- Z minimum stężenia na średniej głębokości Cu, Al
- Z maksimum stężenia na średniej głębokości Mn, He (dopływ z dna z kominów hydrotermalnych)
- Z maksimum/minimum stężenia w warstwie subtlenowej/beztlenowej
Opisz typ konserwatywny wg. klasyfikacji pierwiastków śladowych ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983):
Metale, których stężenie w profilu pionowym nie ulega większym zmianom, np. Rb+, Cs+, MoO42- .
Sposobem stwierdzenia, czy metal jest konserwatywny, jest wykonanie diagramu stężenia tego metalu i zasolenia/temperatury!
Opisz typ biogeniczny wg. klasyfikacji pierwiastków śladowych ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983):
Zużywane w warstwie powierzchniowej, np. Zn, Ni, Se, Cd, Ag.
- o płytkiej regeneracji Cd, As5+
- o głębokiej regeneracji Ba, Zn, Ge
- o pośredniej regeneracji Ni, Se
Opisz pierwiastki wzbogacone na powierzchni i zubażane wraz ze wzrostem głębokości wg. klasyfikacji pierwiastków śladowych ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983):
Dostają się do wody oceanu z atmosfery/lądu lub pochodzą z procesów w powierzchniowej warstwie wody.
- Pierwiastki dostające się do oceanu wodami rzecznymi/z osadów szelfowych Mn, Ra
- Pierwiastki dopływające z atmosfery Pb, Sn, Co
- Pierwiastki wzbogacone in situ (ich st. wzrasta w wyniku biochemicznej redukcji) Cr3+, As3+, I-
Opisz pierwiastki z minimum/maksimum st. w warstwie sub/beztlenowej wg. klasyfikacji pierwiastków śladowych ze względu na zmiany stężenia w toni wodnej (Bruland, 1983):
Na ich stężenie mają wpływ reakcje redoks w wodzie i osadach.
- Maks. jeśli zredukowana forma lepiej rozpuszczalna niż utleniona (Fe, Mn).
- Min. jeśli na odwrót (Cr).
