ПО-ЗДРАВИ ДНЕС - Онлайн списанието за здравословен живот

Океанът е огромен природен буфер, който смекчава ефекта, оказван върху атмосферата от въглеродните емисии. Чрез механизмите на карбонатната система, той успява да абсорбира до 60% от отделяния от човека въглероден диоксид. Цената за това обаче е увеличаване на киселинността на водата, като само за последните 30 години средната величина на pH в повърхностните води е намаляла от 8,3 на 8,1, което съответства на нарастване на киселинността с 30%. Освен че тази промяна е заплаха за морските организми, в дългосрочен план проблемът е, че ако нивото на киселинност се повиши твърде много, капацитетът на океанската вода да поема въглероден диоксид рязко ще се понижи.

Това казва Емил Гачев, доцент в катедра „География, екология и опазване на околната среда” към Природо-математическия факултет на Югозападния университет „Неофит Рилски. И обяснява защо.

Какво представлява карбонатната система на Световния океан?

Карбонатната система е верига от химични взаимодействия, чрез които океанската вода приема, натрупва и отделя карбонатни съединения и въглероден диоксид. Карбонатната система е основен инструмент, чрез който океанът участва във въглеродния баланс на планетата и в „неутрализиране“ на въглеродните емисии чрез тяхното поглъщане и задържане.

Въглеродният диоксид (СО₂) е един от газовете с основно значение за биологичните и атмосферните процеси. В морската вода той попада от въздуха или в резултат на жизнената дейност на организмите (при дишането и при разлагане на органични вещества). 

Съществува директна връзка между количеството на разтворения въглероден диоксид и киселинността на водата.

Най-напред нека с няколко думи поясним какво означава киселинност на водата. В природата водата притежава удивителното свойство да разтваря почти всички вещества. Но какво е „разтваряне“? Както знаем, водната молекула съдържа един атом кислород и два атома водород, съединени един с друг на принципа на съвместяване на общи електрони, като двата водородни атома застават от едната страна на кислородния атом. Тъй като кислородът има осем електрона, а водородите – само по един, повечето електрони във водната молекула се намират около кислородния атом. Затова водната молекула е асиметрична – зоната около кислородния атом е отрицателно заредена, а около водородите има положителен заряд. Когато във водата попадне молекула на друго вещество, водните частици я “разбиват” на йони, като самите те се разделят на водородни (Н+) и хидроксилни (ОН-) йони. Положително заредените водородни йони привличат отрицателните йони на постъпилото във водата вещество, а отрицателните хидроксилни придърпват положителнио заредените частици на веществото. Това практически е процесът на разтваряне. Поради това, че във водата постоянно има разтворени вещества, в нея винаги известно количество от молекулите са разделени на йони. Киселинността (или реакцията) показва какво е съотношението между водородните (Н+) и хидроксилните (ОН-) йони във водата. При вода с неутрална реакция концентрацията на водородните йони е еднаква с тази на хидроксилните йони, като е равна на около 10-7 mol/l. Колкото повече са водородните йони, толкова по-голяма е киселинността на водата. 

За измерване на киселинността е въведен числов показател – pH, който представя концентрацията на ОН йоните в опростен вид – само степенният показател, и то без отрицателния знак. Тоест, при неутрална реакция на разтвора, рН е равно на 7. Така изразената числова величина може да се изменя от 0 до 14. При стойности под 7 реакцията на водата е кисела (водородните йони са повече от хидроксилните), а при стойности над 7 реакцията е алкална (тогава съотношението е в полза на хидроксилните йони). Скалата е логаритмична: намаляването на рН с 1 единица означава десетократно увеличаване на концентрацията на водородните йони и десетократно намаляване на концентрацията на хидроксилните йони. Киселинността има определящо значение за химичните свойства на водата, както ще стане ясно от следващото изложение.

Да се върнем на карбонатната система      

По-голямата част от въглеродния диоксид се съдържа във водата в разтворено състояние и едва около 0,5% реагират химически с нея, като образуват въглена киселина (H₂CO₃). От своя страна, разтворената въглена киселина се дисоциира (разделя) на водороден катион (Н⁺) и хидрокарбонатен анион (HCO₃^–), който може да се преобразува до карбонатен анион (CO₃^2-). Тези реакции са обратими и протичат постоянно във водата в двете посоки, в зависимост от прихода и разхода на вещества в системата. Увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид води до образуване на повече въглена киселина и оттам до повишаване на съдържанието на водородни йони – водата повишава киселинността си.  

Тези основни химически взаимодействия в карбонатната система се илюстрират със следната формула:

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^– ↔ 2H⁺ + CO₃^2-

От своя страна, поглъщането на въглеродния диоксид от атмосферата в океана зависи от температурата на водата, но и от концентрацията му във въздуха. По отношение на газовете, студените води имат по-голяма разтворимост.

Вторият важен компонент в карбонатната система е притокът на разтворени от речната и морската вода компоненти от варовикови и други химически разтворими скали – предимно хидрокарбонатни (HCO₃^–), калциеви (Ca²⁺) и по-малко магнезиеви (Mg²⁺) йони. В повърхностните слоеве на водните басейни, особено в крайбрежните области, става насищане и дори пресищане на водите с такива компоненти. До химическо утаяване на калциев карбонат (CaCO₃) на дъното на океана обаче се стига изключително рядко, понеже калциевите и карбонатните йони се извличат от морските организми, които изграждат своите скелети и черупки от калциев карбонат. След смъртта на организмите, техните карбонатни останки се отлагат на дъното и след дълго уплътняване и спояване могат да се превърнат пак във варовикови скали.