החמצת אוקיינוסים

ממוצע חומציות מי האוקיינוס, על בסיס מדידות pH בתחנת אלוהה, אוניברסיטת הוואי

החמצת אוקיינוסים היא תהליך של עלייה ברמת החומציות של מי האוקיינוסים עקב עליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני (פד"ח) באטמוספירה. התהליך התרחש כמה פעמים לאורך ההיסטוריה הגאולוגית של כדור הארץ, ועל פי מדידות התופעה חוזרת בשנים האחרונות. בתהליך, מגיב הפחמן הדו-חמצני שבאטמוספירה עם מי האוקיינוסים ויוצר יוני מימן, אשר סותרים את הרמה הבסיסיתתבנית:הבהרה הקיימת במי הים. כתוצאה מהתהליך הופכת סביבת מי הים לחומצית יותר.

כיום, כ-30% מהפחמן הדו-חמצני הנפלט לאטמוספירה כתוצאה משריפת פחם, נפט וגז, מתמוסס בסופו של דבר באוקיינוסתבנית:הבהרה. הדבר משפיע על המערכות האקולוגיות באוקיינוס, כאשר מינים שונים מתקשים להסתגל לתנאי הסביבה המשתנים.

רקע כימי

השפעת החמצת האוקיינוס על הסתיידות

במי האוקיינוסים, קיימת באופן טבעי חומצה פחמתית ($\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$), אשר מתפקדת במים כבופר - תמיסה המתנגדת לשינויים ברמת החומציות, (pH) ובכך מגדילה את היציבות הכימית בסביבה הימית. חומצה זו מתפרקת באחת משתי דרכים, כמתואר בתגובה הכימית הבאה:

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}⟷\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟷\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

לפי עיקרון לה-שטלייה, אם לסביבה בה מתרחשת התגובה מתווסף פד"ח ($\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$), ייווצרו מולקולות נוספות של חומצה פחמתית והתגובה כולה תנטה שמאלה. בצורה זו נוצרים יוני הידרוניום (הצורה המימית של יוני מימן $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$). ככל שכמות הפד"ח המתווסף גדלה, כך גדלה גם כמות יוני ההידרוניום הנוצרים בתגובה.

אחת מההשלכות של העלייה ביונים אלו היא שהם נקשרים לקרבונט ליצירת יון ביקרבונט ($\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$), על חשבון ההיקשרות של הקרבונט לסידן. בסביבה ימית משפיע שינוי זה על אורגניזמים בוני קונכיות, הזקוקים לקרבונט הקשור לסידן ($\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ המכונה ארגוניט) לבניית קונכיותיהם.

חומציות מי האוקיינוס נמדדת בסולם pH, סולם המודד את ריכוז יוני המימן ($\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$) בתמיסה. ככל שיש יותר $\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$, כך רמת ה-pH נמוכה יותר והתמיסה חומצית יותר. באופן זה, עליה ברמת הפד"ח מובילה לירידה ברמת ה-pH של מי האוקיינוס, כלומר לעלייה בחומציות של האוקיינוס. גם לאחר הירידה, מי האוקיינוס אינם חומציים באמת. בסולם pH, הרמה הנייטרלית היא 7 (לא בסיסי ולא חומצי); pH גדול מ-7 מעיד על תמיסה בסיסית יותר ו-pH קטן מ-7 מעיד על תמיסה חומצית יותר. זהו סולם לוגריתמי, משמע כל שלב בו גדול מהקודם פי עשרה. רמת ה-pH של מי האוקיינוסים בעידננו הייתה ועודנה גבוהה מ-7, אבל יש משמעות לעצם השינוי ומגמת ההחמצה.

תהליך

במאתיים השנים האחרונות, מאז המהפכה התעשייתית, ייצור הפד"ח בידי האדם הלך וגבר. פד"ח נפלט לאוויר כתוצאה מתהליכים תעשייתיים שונים, כמו שריפת דלקי מאובנים, הפקת מלט, ושינוי השימוש בקרקע (למשל בירוא יערות), ובהתאם גדל ריכוזו באטמוספירה. הרמה הממוצעת העולמית של פד"ח באטמוספירה עלתה מרמות טרום-תעשייתיות של כ-280 חלקיקי $\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$ על כל מיליון חלקיקים באווירתבנית:הבהרה, ל-419 חלקיקים למיליון (נכון לשנת 2022). כ-30% מהפד"ח שבאטמוספירה מתמוסס במימי האוקיינוסים (כ-22 מיליון טון ביום, נכון לשנת 2018), שאלמלא כן, על פי ההערכות, היה ריכוזו באטמוספירה גדול בכ-80 חלקיקים למיליון משהוא בפועל.

ההערכות הן שריכוז חלקיקי הפד"ח באטמוספירה צפוי להגיע ל-500 עד 1,000 חלקיקים למיליון עד סוף המאה ה-21.

ככל שגדל ריכוז הפד"ח באטמוספירה, גדל ריכוזו במימי האוקיינוס. עלייה זו גורמת להחמצת אוקיינוסים. גם התחממות מי האוקיינוס מאיצה את התהליך בכ-15%.תבנית:הבהרה

מאז אמצע המאה ה-18 ירדה רמת ה-pH של מימי האוקיינוס מ-8.2 ל-8.1. הדבר שווה ערך לעלייה של כ-30% בחומציותתבנית:הבהרה. בקצב הנוכחי של תוספת הפד"ח, צפויה רמת ה-pH להמשיך ולרדת בעוד 0.3 עד 0.4 יחידות pH עד סוף המאה ה-21 ולהגיע ל-7.8 או 7.7 בסולם, שווה ערך לעלייה של 100% עד 150% בחומציות.

ישנם הבדלים אזוריים ברמות ההחמצה. שיעורי השינוי ברמת החומציות גבוהים יותר באזורי האוקיינוס הנמצאים בקווי רוחב גבוהים יותר. בים התיכון קצב ההחמצה גבוה יותר, בשל מאפייניו הגאוגרפיים-אוקיינוגרפיים, ומאז המהפכה התעשייתית נרשמה בו ירידה של 0.14 יחידות pH (לעומת 0.1 בממוצע העולמי).

מעבר לרמת ה-pH עצמה, התהליך הכימי של החמצת האוקיינוס גורם לירידה ברמות הארגוניט במים. זהו מינרל קרבונטי העשוי סידן פחמתי, ההכרחי לאורגניזמים ימיים כמו אלמוגים ובעלי קונכיות, ליצירת השלד או הקונכייה ותחזוקתם. כאשר ריכוז יוני הסידן והקרבונט במים יורד מתחת לרמה הדרושה ליצירת ארגוניט, הדבר מסכן את כל המערכת האקולוגית התלויה באורגניזמים אלו. הירידה החזקה ביותר ברוויית הארגוניט נמצאה באזורים הטרופיים, ובייחוד במזרח האוקיינוס השקט.

השפעה אקולוגית

תבנית:להשלים החמצת האוקיינוסים משפיעה על המערכת האקולוגית באוקיינוס, שכן האורגניזמים מותאמים לטווח pH מסוים. תהליכים ביוכימיים שונים רגישים לשינויים ברמת החומציות. אצל בעלי החיים הימיים, שינויים אלו משפיעים על התקשורת הכימית ועל תהליכי הרבייה והגדילה. החמצת האוקיינוסים מובילה גם לשינויים בכימיקלים הזמינים לבעלי החיים לבניית גופם וקונכיותיהם.

החמצת האוקיינוסים משפיעה על החיים הימיים גם ברמת המערכת האקולוגית בכללותה, למשל על ידי פגיעה בדינמיקות בין אוכלוסיות או פגיעה במיני מפתח תבנית:אנג - מינים אשר השפעתם על המערכת האקולוגית גדולה במיוחד.

במקרי קיצון, עשויים מינים מסוימים להיכחד, כפי שאירע בעבר בתקופות של עליה מהירה ברמת החומציות של מי הים, למשל באירוע ההכחדה ההמונית בסוף הטריאס תבנית:אנ לפני כ-201 מיליון שנים.

ראו גם

• מחזור הפחמן

קישורים חיצוניים

• תבנית:בריטניקה
• תבנית:יוטיוב תבנית:עברית