Обмен двуокисью углерода между атмосферой и океаном. Атмосферный воздух в среднем содержит 0,03 об углекислоты. Общее содержание двуокиси углерода в атмосфере оценивается в 0,0233 х 1020 г. В океане двуокись углерода присутствует в виде Н2СО3, НСО-3, СО2-3, органического вещества общее ее содержание оценивается в 1,4 х 1020 г, что примерно в 60 раз превосходит ее количество в атмосфере.
По расчетным данным наибольшее количество углекислоты производится живыми организмами, в то же время предполагается, что количество углекислоты, расходующееся при эрозии и седиментации, сопровождаемых преобразованием силикатов в карбонаты, приблизительно равно ее количеству, поступающему за счет вулканической деятельности, деятельности фумарол, горячих источников и т.п. Количество углерода, содержащегося в организмах, будучи выражено через СО2, составляет около 0,145 х 1020 г, что в 6 или 7 раз превышает содержание СО2 в атмосфере.
Как указывал В.И. Вернадский, организмы являются важным звеном в геохимическом цикле углерода. Другой важный момент заключается в том, что в океане в растворенном состоянии также находится колоссальное количество углекислоты. Средняя общая концентрация СО2 в морской воде составляет 2,3 миллимолял. У поверхности моря, где вода соприкасается с воздухом, наблюдается тенденция к установлению одинакового парциального давления СО2 в атмосфере и в морской воде. Таким образом, океаном может контролироваться содержание СО2 в атмосфере.
Эта идея впервые была высказана Шлезингом еще в XIX столетии. Как будет сказано ниже, скорость обмена молекулами углекислоты между морской водой и атмосферой может быть легко установлена на основании имеющихся определений радиоуглеродного возраста морских осадков и организмов. Величина отношения С13С12 в морских карбонатах примерно на 2,5 выше этой величины у наземной флоры.
Соответственно фактор обогащения С14 в них два раза больше, чем фактор обогащения С13. С учетом влияния эффекта изотопного фракционирования концентрация С14 в морских материалах, пониженная относительно его концентрации в стандартах, должна быть целиком отнесена за счет радиоактивного распада, по которому может быть определен абсолютный возраст вещества. Крэг 1954 установил, что хотя ожидаемая величина обогащения современных морских раковин С14 равна 5 что соответствует 400 годам абсолютного возраста углерода в поверхностных водах океана.
Крэг высказал предположение, что это, возможно, результат медленного обмена двуокисью углерода, между океаном и атмосферой. По данным Зюсса 1954, 1955, средний радиоуглеродный возраст морских организмов по пробам из Атлантического океана составляет 430 лет. Распределение двуокиси углерода в океане. В свежей воде угольная кислота диссоциирует следующим образом Где К1 и К2 соответственно первая и вторая константы дисоциации, величина которых изменяется в зависимости от температуры, солености и хлорности воды. При 20о С К14,15 х 10-7, рК16,38 и К2 4,20 х 10-11, рК210,38. Скорость обмена двуокиси углерода между атмосферой и океаном.
В связи с возможным накоплением двуокиси углерода в результате сжигания больших количеств ископаемого топлива значительное внимание уделяется вопросам о распределении углекислоты на Земле в целом и о скорости обмена двуокисью углерода между воздухом и морской водой.
Если количество атмосферной двуокиси углерода действительно увеличивается, то должно происходить и повышение температуры воздуха, обусловленное абсорбцией инфракрасного излучения, что должно повлечь за собой существенные изменения в климате Земли. Такая возможность в значительной степени будет зависеть от скорость обмена углекислотой между атмосферой и гидросферой. Исходя из наблюдений за поведением С14 в атмосфере и океане Ревель и Зюсс 1957 оценивают время пребывания углекислоты в атмосфере 14-30 лет. Определение парционального давления углекислоты в воздухе и в поверхностных водах Атлантического океана Такахаши 1959 установили, что концентрация двуокиси углерода в воздухе непосредственно над поверхностью моря довольно постоянна, в среднем около 317,4 ррm, и что океан абсорбирует углекислоту всей площадью своей поверхности.
По данным Такахаши, средняя концентрация углекислоты в атмосферном воздухе 320,8 ррm. 8.