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Carbono inorgánico disuelto

Flujos anuales de DOC y DIC en la cuenca del rancho Tanguro [1]
Flujo anual promedio de DOC y DIC en precipitaciones, escorrentía, escurrimiento por tallo, escurrimiento superficial y escurrimiento fluvial. [2]

El carbono inorgánico disuelto ( CID ) es la suma de las especies acuosas de carbono inorgánico en una solución . Los compuestos de carbono se pueden distinguir como orgánicos o inorgánicos, y como disueltos o particulados, según su composición. El carbono orgánico forma la columna vertebral de los componentes clave de los compuestos orgánicos, como proteínas , lípidos , carbohidratos y ácidos nucleicos .

El carbono inorgánico se encuentra principalmente en compuestos simples como el dióxido de carbono, el ácido carbónico, el bicarbonato y el carbonato (CO 2 , H 2 CO 3 , HCO−
3, CO2−
3El carbono inorgánico disuelto (CID) incluye tres especies acuosas principales, CO 2 , HCO−
3, CO2−
3, y en menor medida sus complejos en solución con iones metálicos. [3]

Ecosistemas marinos

Bomba de solubilidad

El dióxido de carbono acuoso reacciona con el agua para formar ácido carbónico, que es muy inestable y se disociará rápidamente en hidronio y bicarbonato. Por lo tanto, en el agua de mar, el carbono inorgánico disuelto se conoce comúnmente como la colección de bicarbonato, iones de carbonato y dióxido de carbono disuelto (CO 2 , H 2 CO 3 , HCO−
3, CO2−
3).

CO 2 (acuoso) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO−
3+ H + ⇌ CO2−
3+ 2H +

Más del 99% del carbono inorgánico disuelto se encuentra en forma de iones de bicarbonato y carbonato, lo que significa que la mayor parte de la capacidad de almacenamiento de carbono del océano se debe a esta reactividad química. [4] El flujo de CO2 entre el mar y el aire y el carbono inorgánico disuelto resultante se ve afectado por procesos físicos como vientos fuertes y mezcla vertical, y los procesos biológicos de fotosíntesis, respiración y descomposición. [5]

Bomba biológica

El carbono inorgánico disuelto es un componente clave de la bomba biológica, que se define como la cantidad de carbono orgánico producido biológicamente que fluye desde la capa superior del océano hasta las profundidades del océano. [6] El carbono inorgánico disuelto en forma de dióxido de carbono se fija en el carbono orgánico y se produce a través de la fotosíntesis. La respiración es el proceso inverso y consume carbono orgánico para producir carbono inorgánico. La fotosíntesis y la bomba biológica dependen de la disponibilidad de nutrientes inorgánicos y dióxido de carbono. [7]

Fotosíntesis: 6 CO 2 + 6 H 2 O + luz → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
Respiración: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía

Los oceanógrafos intentan comprender el estado metabólico del océano, o la eficiencia de la bomba biológica, estimando la producción comunitaria neta (PNC), que es la productividad primaria bruta (PPB) menos la respiración de la comunidad (suma de la respiración de los autótrofos y heterótrofos locales). [8] Una bomba biológica eficiente aumenta la exportación biológica al océano más profundo, lo que, según se ha planteado, suprime la desgasificación de CO2 en el océano superior. [9] [10]

          Concentración de DIC en la superficie del mar (según la climatología de GLODAP )
Distribución espacial del DIC de la superficie del océano [11]
Distribuciones espaciales de CID y CIDn. (a) CID (normalizado al año 2005); (b) CID normalizado según la salinidad (CIDn, CID normalizado al año de referencia 2005 y salinidad 35) en la superficie del océano global. Las tendencias latitudinales son claras, en particular para el CIDn.

Bomba de carbonato

A la bomba de carbonato a veces se la denomina el componente de “tejido duro” de la bomba biológica. [12] Algunos organismos marinos de superficie, como los cocolitóforos , producen estructuras duras a partir de carbonato de calcio, una forma de carbono inorgánico particulado , fijando bicarbonato. [13] Esta fijación de DIC es una parte importante del ciclo del carbono oceánico.

Ca2 + + 2HCO3−
3→ CaCO3 + CO2 + H2O​

Mientras que la bomba biológica de carbono fija el carbono inorgánico (CO2 ) en carbono orgánico particulado en forma de azúcar (C6H12O6 ) , la bomba de carbonato fija el bicarbonato inorgánico y provoca una liberación neta de CO2 . [ 14] De esta manera, la bomba de carbonato podría denominarse contrabomba de carbonato. Funciona en contra de la bomba biológica al contrarrestar el flujo de CO2 de la bomba biológica.

Medición

Los oceanógrafos e ingenieros siguen encontrando métodos nuevos y más precisos para medir el contenido de carbono en el agua de mar. Un método consiste en recoger muestras de agua y medir directamente el contenido de carbono disuelto inorgánico (CID) mediante un analizador de carbono orgánico total (TOC). [15] Las muestras se pueden combinar con proporciones de isótopos estables 13 C/ 12 C, mediciones de alcalinidad y estimación de procesos físicos para crear técnicas de diagnóstico. [16] Los investigadores de la Institución Scripps de Oceanografía desarrollaron una herramienta que utiliza el análisis de inyección de flujo para medir muestras de microfluidos de agua de mar y monitorear continuamente el contenido de carbono inorgánico disuelto. [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ Investigación ambiental en el rancho Tanguro, Brasil Esri . Consultado el 26 de julio de 2020.
  2. ^ Neu, V., Ward, ND, Krusche, AV y Nill, C. (2016) "Trayectorias de flujo de carbono orgánico e inorgánico disuelto en un bosque de transición amazónico". Frontiers in Marine Science , 3 : 114. doi :10.3389/fmars.2016.00114.El material fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.
  3. ^ Mackenzie FT y Lerman A (2006) Carbono en la geobiosfera: la capa exterior de la Tierra, Springer Science & Business Media. ISBN 9781402042386 . 
  4. ^ Williams, Richard G.; Follows, Michael J. (14 de julio de 2011). Dinámica oceánica y ciclo del carbono: principios y mecanismos . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. pp. 7–9. ISBN 978-0521843690.
  5. ^ Ma, W; Chai, F; Xiu, P; Tian, ​​J (2014). "Simulación de la producción de exportación y la estructura de la bomba biológica en el Mar de China Meridional". Geo-Marine Letters . 34 (6): 541–554. Bibcode :2014GML....34..541M. doi :10.1007/s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  6. ^ Emerson, Steven (2014). "Producción comunitaria neta anual y flujo de carbono biológico en el océano". Ciclos biogeoquímicos globales . 28 (1): 14–28. Código Bibliográfico :2014GBioC..28...14E. doi : 10.1002/2013GB004680 .
  7. ^ Raymond, Peter A.; Bauer, James E. (2000). "Evasión de CO2 atmosférico, producción de carbono inorgánico disuelto y heterotrofia neta en el estuario del río York". Limnol. Oceanogr . 45 (8): 1707–1717. Bibcode :2000LimOc..45.1707R. doi : 10.4319/lo.2000.45.8.1707 .
  8. ^ Ducklow, HW; Doney, SC (2013). "¿Cuál es el estado metabólico del océano oligotrófico? Un debate". Revista anual de ciencias marinas . 5 : 525–33. doi :10.1146/annurev-marine-121211-172331. hdl : 1912/5282 . PMID  22809191.
  9. ^ Ma, W; Chai, F; Xiu, P; Tian, ​​J (2014). "Simulación de la producción de exportación y la estructura de la bomba biológica en el Mar de China Meridional". Geo-Marine Letters . 34 (6): 541–554. Bibcode :2014GML....34..541M. doi :10.1007/s00367-014-0384-0. S2CID  129982048.
  10. ^ Kim, HJ; Kim, T.-W; Hyeong, K; Yeh, S.-W.; Park, J.-Y.; Yoo, CM; Hwang, J. (2019). "Desgasificación suprimida de CO2 mediante una bomba biológica mejorada en el Pacífico tropical oriental". Revista de investigación geofísica: océanos . 124 (11): 7962–7973. Código Bibliográfico :2019JGRC..124.7962K. doi :10.1029/2019JC015287. S2CID  210611691.
  11. ^ Wu, Y., Hain, MP, Humphreys, MP, Hartman, S. y Tyrrell, T. (2019) "¿Qué impulsa el gradiente latitudinal en la concentración de carbono inorgánico disuelto en la superficie del océano abierto?" Biogeosciences , 16 (13): 2661–2681. doi :10.5194/bg-16-2661-2019.El material fue copiado de esta fuente, que está disponible bajo una Licencia Creative Commons Atribución 4.0 Internacional.
  12. ^ Hain, MP; Sigman, DM; Haug, GH (2014). "La bomba biológica en el pasado". Tratado de geoquímica . 8 : 485–517. doi :10.1016/B978-0-08-095975-7.00618-5. ISBN 9780080983004.
  13. ^ Rost, Bjorn; Reibessel, Ulf (2004). Cocolitóforos y la bomba biológica: respuestas a los cambios ambientales . Berlín, Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-642-06016-8.
  14. ^ Rost, Bjorn; Reibessel, Ulf (2004). Cocolitóforos y la bomba biológica: respuestas a los cambios ambientales . Berlín, Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-642-06016-8.
  15. ^ Raymond, Peter A.; Bauer, James E. (2000). "Evasión de CO2 atmosférico, producción de carbono inorgánico disuelto y heterotrofia neta en el estuario del río York". Limnol. Oceanogr . 45 (8): 1707–1717. Bibcode :2000LimOc..45.1707R. doi : 10.4319/lo.2000.45.8.1707 .
  16. ^ Gruber, Nicolas; Kneeling, Charles D.; Stocker, Thomas F. (1998). "Restricciones de carbono-13 en el presupuesto de carbono inorgánico estacional en el sitio BATS en el noroeste del Mar de los Sargazos". Investigación en aguas profundas , parte I. 45 (4–5): 673–717. Bibcode :1998DSRI...45..673G. doi :10.1016/S0967-0637(97)00098-8.
  17. ^ Bresnahan, Philip J.; Martz, Todd R. (2018). "Geometría de celda de difusión de gas para un analizador de carbono inorgánico disuelto microfluídico". IEEE Sensors Journal . 8 (6): 2211–2217. Bibcode :2018ISenJ..18.2211B. doi : 10.1109/JSEN.2018.2794882 . S2CID  3475999.