Глибина компенсації карбонатів (ГКК) — це глибина в океанах, на якій швидкість надходження карбонатів кальцію відповідає швидкості сольватації, «компенсуючи» надходження. Нижче за ГКК сольватація відбувається швидше, тому карбонатні частинки розчиняються, а карбонатні оболонки (тести) тварин не зберігаються. Карбонатні частинки не можуть накопичуватися в осадах там, де морське дно розташоване нижче цієї глибини.

Кальцит є найменш розчинним з цих карбонатів, тому ГКК зазвичай є глибиною компенсації для кальциту.

Глибина компенсації арагоніту (ГКА) – це глибина компенсації для арагонітових карбонатів. Арагоніт більш розчинний, ніж кальцит, а глибина компенсації арагоніту, як правило, менша, ніж як глибина компенсації кальциту, так і ГКК-матриця.

Огляд

Як показано на діаграмі, біогенні тести карбонату кальцію (CaCO3) формуються у фотичній зоні океанів (зелені кола). Після загибелі ті організми, які не розчинилися поблизу поверхні, осідають разом із глинистим матеріалом. У морській воді межа розчинення формується під впливом температури, тиску та глибини й відома як горизонт насичення. Вище цього горизонту вода перенасичена, тому вміст CaCO3 значною мірою зберігається. Нижче нього вода є недостатньо насиченою як через підвищення розчинності з глибиною, так і через вивільнення CO2 унаслідок розкладання органічної речовини, тому CaCO3 розчиняється. Швидкість осідання уламків є високою (широкі бліді стрілки), тому розчинення відбувається переважно на поверхні осаду.

На глибині компенсації карбонату швидкість розчинення точно відповідає швидкості надходження CaCO3 зверху. У стаціонарному стані ця глибина, ГКК, подібна до снігової лінії (перша глибина, де зустрічаються відкладення, бідні карбонатами). Лізоклін – це глибинний інтервал між глибинами насичення та компенсації карбонатів Modified material was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License..

Розчинність карбонату Карбонат кальцію сьогодні практично нерозчинний у поверхневих водах моря. Мушлі мертвого вапняного планктону, що опускаються на глибші води, практично не змінюються, доки не досягнуть лізокліну, точки на глибині близько 3,5 км, за якою розчинність різко зростає з глибиною та тиском. ГКК визначається точкою, де карбонат кальцію більше не присутній в осадах, розчинившись згідно з цим рівнянням:

CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca^2+ (aq) + 2HCO_3^- (aq)

У товщі води над ГКК можна знайти вапняний планктон та частинки осаду . Якщо морське дно знаходиться вище ГКК, донні відкладення можуть складатися з вапняних осадів, які називаються вапняним мулом, що по суті є різновидом вапняку або крейди. Якщо відкрите морське дно знаходиться нижче рівня ГКК, крихітні оболонки CaCO3 розчиняться, не досягнувши цього рівня, запобігаючи відкладенню карбонатних осадів. У міру розширення морського дна, теплове просідання плити, яке призводить до збільшення глибини, може опустити карбонатний шар нижче ГКК; хімічна взаємодія карбонатного шару з морською водою може бути запобігнута перекриваючими осадовими породами, такими як шар кремнієвого мулу або глибинної глини, що відкладається поверх карбонатного шаруThurman, Harold., Alan Trujillo. Introductory Oceanography. 2004. с. 151-152.

Варіації значення ПЗС-матриці Точне значення ГКК залежить від розчинності карбонату кальцію, яка визначається температурою, тиском та хімічним складом води, зокрема кількістю розчиненого у воді. Карбонат кальцію більш розчинний за нижчих температур і вищого тиску. Він також більш розчинний якщо концентрація розчиненого вища. Додавання реагенту до наведеного вище хімічного рівняння зміщує рівновагу праворуч, утворюючи більше продуктів: Ca2+ та HCO3−, і споживаючи більше реагентів та карбонату кальцію з принципом Ле Шательє.

Наразі ГКК у Тихому океані становить близько 4200–4500 метрів, за винятком зони підйому екваторіального шару, де ГКК становить близько 5000 м. У помірному та тропічному поясі Атлантичного океану ПЗС становить приблизно 5000 м. В Індійському океані він займає проміжне положення між Атлантичним і Тихим, приблизно на висоті 4300 метрів. Зміна глибини ГКК значною мірою зумовлена тривалістю часу з моменту виходу донної води на поверхню; це називається «віком» водної маси. Термогалінна циркуляція визначає відносний вік води в цих басейнах. Оскільки органічний матеріал, такий як фекальні гранули веслоногих ракоподібних, опускається з поверхневих вод у глибші води, глибоководні маси з віком мають тенденцію накопичувати розчинений вуглекислий газ. Найдавніші водні маси мають найвищі концентрації і, отже найбільш мілкий ГКК.

ГКК є відносно неглибокою у високих широтах, за винятком Північної Атлантики та регіонів Південного океану, де відбувається даунвеллінг . Це спускне русло приносить молоду поверхневу воду з відносно низькою концентрацією вуглекислого газу в глибокий океан, що знижує ГКК.

У геологічному минулому глибина ГКК демонструвала значні зміни. У період від крейди до еоцену поверхнева поверхнева зона була набагато мілководнішою у глобальному масштабі ніж сьогодні; через інтенсивну вулканічну активність у цей період концентрація в атмосфері була набагато вищою. Вищі призвели до вищого тиску над океаном. Цей підвищений атмосферного призводить до збільшення розчиненого у змішаному поверхневому океану. Цей ефект був дещо пом'якшений підвищеною температурою глибоких океанів протягом цього періоду. У пізньому еоцені перехід від тепличної до льодовикової Землі збігся з поглибленням ГКК .

Джон Мюррей досліджував та експериментував з розчиненням карбонату кальцію та першим визначив глибину компенсації карбонату в океанах.

Вплив зміни клімату Збільшення концентрації в атмосфері внаслідок спалювання горючих корисних копалин призводить до підвищення ГКК, причому першими страждають зони низхідного опускання. Окислення океану, яке також спричинене збільшенням концентрації вуглекислого газу в атмосфері, збільшить таке розчинення та зменшить глибину компенсації карбонатів у часових масштабах від десятків до сотень років.

Осадовий мул На морському дні вище глибини компенсації карбонатів найчастіше зустрічається вапняний мул; на морському дні нижче глибини компенсації карбонатів найчастіше зустрічається кремнієвий мул. У той час як вапняний мул складається переважно з ризарій, кремнієвий мул складається переважно з радіолярій та діатомових водоростей.

Див. також

Карбонатний насос Окислення океану

Посилання