四十里湾海水碳循环体系现状分析_王曦.pdf
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1、四十里湾海水碳循环体系现状分析王 曦(烟台市海洋环境监测预报中心,山东烟台)摘要 以四十里湾的水质为例,对该海域的海水碳循环体系进行初步研究,发现该海域海水当前处于弱源状态,综合 年海水营养盐监测结果,给出如下建议:将海水中无机碳各指数列为常态化监测;扩充海洋综合人才队伍建设;进一步加强海洋环境的综合治理状况。关键词 碳中和;蓝碳;海水碳循环体系;四十里湾中图分类号 文献标识码 文章编号():开放科学(资源服务)标识码():(,),:;作者简介 王曦(),女,蒙古族,山东烟台人,工程师,从事海洋环境监测和政策分析。收稿日期;修回日期 年联合国发布的蓝碳报告指出,地球上有 的二氧化碳储存在海洋,
2、但平均每年有 的蓝色碳汇消失,“蓝碳”也正式走入大众视野。“蓝碳”又称“蓝色碳汇”或“海洋碳汇”,特指海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳,并将其固定、储存在海洋生态系统中的过程、活动和机制。烟台海域的海水碳循环体系真实状况的探索将成为烟台在“蓝碳”领域率先实现碳达峰是不可或缺的一环。海水中溶解有大量碳的化合物,其中无机碳的主要形式为和,二氧化碳碳酸盐体系参与大气海洋界面、海洋沉积物与海水界面以及海水介质中的化学反应,它直接影响海洋中许多化学平衡。多年来,受温室效应对全球气候的影响,海洋也作为大气 的重要调节器。该研究以四十里湾海域为试点,对该海域的海水碳循环体系进行初次研究,为今后烟台在“
3、蓝碳”领域监测工作的开展及“蓝碳”交易工作提供支持。研究区概况与分析方法研究区概况四十里湾海域(、)面积 ,海岸线长 ,为耳状半封闭型浅水湾。根据烟台市海洋功能区划,该海域主导功能为旅游、渔业资源利用和养护。目前,有逛荡河、辛安河、鱼鸟河三大主要入海河流,涵盖省级及以上海洋牧场 个,海水浴场 个,是烟台市重要发展建设的海湾之一。样品采集 年春季对烟台四十里湾进行海水样品采集,调查站位如图 所示红色圆点。水温、盐度、等样品采集按照海洋监测规范()规定的方法执行,总碱度样品采集按照海洋调查规范()规定的方法执行。分析方法 按照海洋监测规范规定的方法,在调查海域现场测定水温(),将采集的海水水样带回
4、实验室分析化验;使用 型盐度计测定盐度();用 计测定调查海域海水;采用敞口式电位滴定法测定海水总碱度。结果与分析 海水的 与碳酸盐体系 海水的 变化幅度不大,大洋海水的 一般在 左右,表层海水的 通常稳定在,中、深层海水的 一般在。四十里湾海域水深在 ,如图 蓝色虚线表示。表层海水温度,底层海水温度 ,如图 橘色线表示。表层海水 最大值,最小值,平均值;底层海水 最大值,最小值,平均值,如图 黑色线表示。海水 与二氧化碳碳酸盐体系有两级解离平衡关系,对海水 起控制作用。为了理论研究方便,引用热力学常数、,其中:()()但是实际应用中由于单独离子很难存活,且难以测定,为了清楚地知道离子对的平衡
5、,因此实际采用表观解离常数():()()式中,为活度系数。将、取对数,可以看出不仅与温度、压力有关,还与溶液浓度有关。安徽农业科学,():,图 四十里湾海域水质调查站位、水深、水温、分布,由上述两式可知,在一定的温度、压力与盐度下,主要由 各种离解形式之间的比值决定。为了研究方便,直接引用海水碳酸盐体系平衡的表观常数、海水碳酸盐体系平衡的表观常数。海水的总碱度与碳酸盐体系海水中有相当数量的、()等弱酸阴离子,它们都是氢离子的接受体,其所能接受氢离子总量称为总碱度、碱度或滴定碱度,常用符号、或 等。总碱度(,)是海水中弱酸阴离子总含量的一个量度,严格定义为:在温度为 时,海水中弱酸阴离子全部被释
6、放时所需要氢离子的毫摩尔数。表达公式如下:()()()或()()()式中,代表剩余碱度。其中,氢氧根离子、磷酸盐、硅酸盐和其他碱的微小贡献可以忽略,因而 的表示式可以简化为:()海水中由碳酸弱阴离子对总碱度作出贡献的和即为碳酸碱度,以 表示:()经测定,四十里湾水域总碱度表层最小值为 ,最大值为 ,平均值为 ;底层最小值为 ,最大值为 ,平均值为 。具体分布如图所示。该海域的盐度表层最大值为,最小值为,平均值为;底层最大值为,最小值为,平均值为。硼酸弱阴离子对总碱度的贡献即为硼酸碱度,以 表示:()。图 四十里湾总碱度分布 因此,总碱度还可以表示为:()海水中的()一般无法直接测定,通过总硼的
7、浓度()、硼酸的解离常数和海水 求得:()()根据海水组成恒定比由盐度 求出:()海水中溶解无机碳的总浓度为海水总二氧化碳或海水总碳酸盐、总溶解无机碳的浓度,以 表示。公式如下:()()()()根据海水中碳酸盐体系的电离平衡:可以得出:()()()()由于不同水层承受压力不同,压力对溶液中的平衡常数也有影响,这个在二氧化碳参与的平衡中是不可忽略的,也是海水对大气中的二氧化碳是汇还是源的重要参考依据,海水中整体碳酸盐体系交换如图 所示。因此压力对平衡常数的影响关系可以表达为:()()计算过程中,直接引用海水碳酸盐体系平衡的表观常数、海水碳酸盐体系平衡的表观常数。在海水碳酸盐体系的基本计算中,测得
8、水温()、总碱度(),然后按照公式()至(),则能得到四十里湾海域碳循环的基本状况。的浓度在表层的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 ;底层海水 的 最 大 值 为 ,最 小 值 为 安徽农业科学 年图 海水碳酸盐体系交换 ,平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布(单位:)的浓度在表层的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 ;底层海水的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布(单位:)的浓度在表层的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 ;底层海水的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布(单位:)()的浓度在表层的最大值为 ,最小值为
9、,平均值为 ;底层海水的最大值为 ,最小值为 ,平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾()分布(单位:)()的浓度在表层的最大值为 ,最小值为,平均值为 ;底层海水的最大值为,最小值为 ,平均值为 。具体如图 所示。图 四十里湾 分布(单位:)四十里湾近年历史数据对比综合来看,年春季 卷 期 王 曦 四十里湾海水碳循环体系现状分析四十里湾的 在,整体海域的均值在。统计 年以来该海域春季海水 数据(、年未监测),年 在,整体海域的均值在;年 在,整体海域的均值在;年 在,整体海域的均值在;年 在 ,整体海域的均值在;年 在,整体海域的均值在。可以看出春季该海域 虽然变化不大,但仍存在小的波动(
10、图),原因有人类环境治理、海洋生物活动以及溶解无机碳。在该海域范围内,年开展环境生态保护整治工作,对沿海防护林内的违法养殖进行拆除;年进行第二轮环境生态保护整治工作,对养殖泡沫浮球进行整改。这 次比较重要人类活动对当年海域中的 造成了轻微的降低,海水的自我综合循环系统让 整体恢复。当海洋生物的光合作用强于呼吸作用时,海水 升高;反之,海水 降低,也是不同时节海洋生物的活动状态对海水 的影响因素之一。溶解无机碳是 年首次获得,在此不赘述两者关系。图 年四十里湾春季 变化 海水中的总碱度()保持稳定,海水温度、压力、海气界面 的交换以及生物对 的吸收与释放均不会对其有影响,但是盐度、碳酸钙的沉淀与
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