بالوعة الكربون المحيطية

خطوات الاستخدام

الخطوة 1: أدخل قيمة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (pCO2Atm) بوحدة ميكروأتموسفير (μatm). يمثل هذا القياس تركيز CO2 في الهواء فوق سطح المحيط، ويعتمد على الانبعاثات البشرية والنشاط البركاني. تتراوح القيم الحالية حوالي 400-420 μatm. يمكنك الحصول على هذه البيانات من محطات الرصد مثل مرصد مونا لوا.

الخطوة 2: أدخل قيمة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في مياه المحيط (pCO2Ocean) بوحدة μatm. يعكس هذا القياس تركيز CO2 الذائب في الطبقة السطحية للمحيط، ويتأثر بالتمثيل الضوئي للعوالق النباتية ودرجة حرارة الماء والملوحة. يتراوح عادة بين 300-450 μatm. يمكن الحصول عليها من القياسات المباشرة أو نماذج المحيطات.

الخطوة 3: أدخل سرعة النقل (Transfer Velocity) وهي معامل انتقال الغاز عبر واجهة الماء-الهواء، بوحدة cm/s أو m/s. تعتمد هذه السرعة بشكل أساسي على سرعة الرياح ودرجة حرارة الماء واضطراب السطح. على سبيل المثال، عند سرعة رياح 5 م/ث، تكون سرعة النقل حوالي 10 cm/s. يمكن تقديرها باستخدام معادلات تجريبية مثل معادلة Wanninkhof.

الأسئلة الشائعة

بالوعة الكربون المحيطية هي عملية طبيعية يمتص فيها المحيط ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الغلاف الجوي، مما يقلل من تركيزه في الهواء ويخفف من آثار الاحتباس الحراري. تعتمد الآلية على فرق الضغط الجزئي (ΔpCO2) بين الغلاف الجوي والمحيط، حيث ينتقل CO2 من الوسط ذو التركيز الأعلى إلى الأقل عبر واجهة الماء-الهواء. تتحكم عوامل مثل سرعة الرياح (التي تزيد من اضطراب السطح وتمزج الماء) ودرجة الحرارة (التي تؤثر على ذائبية CO2) في معدل التبادل. بالإضافة إلى ذلك، تسهم العمليات البيولوجية (مثل التمثيل الضوئي للعوالق النباتية) في خفض pCO2 السطحي، مما يعزز الامتصاص. يُقدر أن المحيطات تمتص حوالي 25-30% من انبعاثات CO2 البشرية السنوية، أي نحو 2-3 جيجاطن من الكربون سنوياً. هذا الدور المحوري يجعل المحيط عنصراً أساسياً في دورة الكربون العالمية وتنظيم المناخ.

المعادلة الأساسية هي: F = K × K0 × (pCO2Atm – pCO2Ocean)، حيث: F هو التدفق (كمية الكربون لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمن). K هي سرعة النقل (وحدة طول/زمن)، وتصف معدل انتقال الغاز عبر السطح؛ وتتأثر بسرعة الرياح وانتشار الغاز. K0 هي ذائبية CO2 في مياه البحر (كمية لكل وحدة حجم لكل وحدة ضغط)، وتعتمد على درجة الحرارة والملوحة؛ تزداد الذائبية في الماء البارد. (pCO2Atm – pCO2Ocean) هو فرق الضغط الجزئي، المحرك الرئيسي للتدفق. لتحويل التدفق المولي إلى كتلة كربون، نضرب بالكتلة المولية للكربون (12.01 g/mol). ثم نحول الوحدات إلى السنوية بضرب عدد الثواني في السنة (31536000 s). توجد معادلات تجريبية دقيقة لحساب K، مثل معادلة Wanninkhof (1992) التي تربط K بسرعة الرياح U10 باستخدام K = 0.31 × U10² × (Sc/660)^(-0.5)، حيث Sc هو رقم شميدت، و660 قيمة مرجعية لـ CO2 عند 20°C. هذه المعادلة تستخدم في النماذج المناخية لتقدير انتقال الكربون.

درجة حرارة الماء تؤثر بطريقتين رئيسيتين: أولاً، تغير ذائبية CO2 (K0). الماء البارد يذيب CO2 أكثر من الماء الدافئ؛ فمثلاً عند 0°C تكون ذائبية CO2 حوالي 0.045 mol/m³/μatm بينما عند 25°C تكون حوالي 0.028 mol/m³/μatm. لذا، المحيطات الباردة (مثل المناطق القطبية) قادرة على امتصاص المزيد من CO2 لكل وحدة فرق ضغط. ثانياً، تؤثر درجة الحرارة على سرعة النقل عبر تأثيرها على لزوجة الماء ومعامل الانتشار؛ لكن تأثيرها أقل أهمية من تأثير الرياح. بالإضافة إلى ذلك، درجة الحرارة تؤثر على النشاط البيولوجي: في المياه الدافئة، يكون التمثيل الضوئي أسرع، مما يخفض pCO2 السطحي ويعزز الامتصاص، لكن أيضاً تزداد عملية التنفس التي ترفع pCO2. التوازن معقد. إزاء الاحتباس الحراري، ترتفع درجة حرارة المحيطات، مما يقلل الذائبية ويخفض فعالية البالوعة، مما يؤدي إلى زيادة تركيز CO2 في الغلاف الجوي وتسريع تغير المناخ.

المضخة البيولوجية هي عملية تقوم بها الكائنات الحية في المحيط، خاصة العوالق النباتية، بسحب CO2 من السطح عبر التمثيل الضوئي وتحويله إلى مادة عضوية. تموت هذه الكائنات أو تأكلها كائنات أخرى، فتغرق المادة العضوية إلى الأعماق (الثلوج البحرية)، مما ينقل الكربون بعيداً عن السطح لقرون أو آلاف السنين. هذه العملية تخفض pCO2 السطحي وتزيد من قدرة المحيط على امتصاص CO2 من الغلاف الجوي. أما المضخة الفيزيائية (أو مضخة الذائبية) فتعتمد على اختلافات الذائبية الناتجة عن درجة الحرارة: في المناطق الباردة، يذوب CO2 بسهولة ويغوص الماء البارد الثقيل إلى الأعماق (خاصة في شمال المحيط الأطلسي وجنوب المحيط المتجمد الجنوبي)، محملاً بالكربون. ثم ينتشر هذا الماء في الأعماق ويبقى الكربون مخزناً لمئات السنين. كلا المضختين تعملان معاً للحفاظ على توازن الكربون في المحيط. تغير المناخ قد يضعف كليهما: ارتفاع الحرارة يقلل الذائبية، والتحمض المحيطي يضر ببناء أصداف العوالق التي تسهم في المضخة البيولوجية.

بالوعة الكربون المحيطية

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

2مثال 2: منطقة قطبية: pCO2Atm=400 μatm, pCO2Ocean=350 μatm, سرعة النقل K=0.05 cm/s (رياح ضعيفة)، درجة حرارة الماء 0°C حيث K0≈0.045 mol/m³/μatm بسبب الذائبية الأعلى. احسب التدفق.

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة