Utilizador:
Troca de Partículas
Storyboard 
A troca de substâncias entre a atmosfera e o oceano pode incluir partículas. Isso é particularmente relevante ao estudar a transferência de moléculas de CO2 da atmosfera para o oceano.
Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014
Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface
ID:(1630, 0)
Difusão de CO2
Descrição
O CO2 é absorvido pelos oceanos, contribuindo para mitigar o efeito desse gás na atmosfera e, assim, retardar as mudanças climáticas. No entanto, os processos envolvidos são mais complexos e incluem:
- Trocas gasosas com a atmosfera: O oceano e a atmosfera estão constantemente em intercâmbio de CO2 por meio da difusão de gases. O CO2 atmosférico se dissolve na superfície do oceano e forma ácido carbônico (H2CO3), que por sua vez se dissocia em íons hidrogênio (H+) e bicarbonato (HCO3-). Esse processo ajuda a equilibrar os níveis de CO2 entre o oceano e a atmosfera.
- Fotossíntese e respiração: Organismos marinhos, como o fitoplâncton e as algas, realizam a fotossíntese e absorvem CO2 da água para produzir matéria orgânica e liberar oxigênio. Esse processo, conhecido como fixação de carbono, auxilia na remoção de CO2 do oceano. Por outro lado, os organismos marinhos também respiram, liberando CO2 na água durante o processo de decomposição da matéria orgânica.
- Circulação oceânica: O oceano possui uma circulação global, na qual as correntes transportam água rica em CO2 da superfície para as profundezas e vice-versa. Isso contribui para a distribuição e mistura do CO2 em todo o oceano, permitindo que as águas profundas armazenem grandes quantidades de CO2 dissolvido.
- Sedimentação e soterramento: Parte da matéria orgânica produzida por organismos marinhos, incluindo o CO2 capturado por meio da fotossíntese, pode afundar e ser depositada no fundo do oceano. Conforme os sedimentos se acumulam ao longo do tempo geológico, o carbono orgânico é soterrado e pode ser armazenado no leito marinho por longos períodos de tempo.
Fluxo anual de carbono em PgC/ano. Os números em preto são a pré-revolução industrial, em vermelho são os aumentos relacionados à revolução industrial. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss Martin T. Johnson (Editors), Springer, 2014
Dependendo da área e da época do planeta, há maior concentração de carbono na atmosfera do que no oceano ou vice-versa, definindo assim se o fluxo de carbono é do ar para a água ou vice-versa.
ID:(12297, 0)
Velocidade de transferência e velocidade relativa
Descrição
Em uma primeira aproximação, a dependência de la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) em relação à velocidade relativa, calculada subtraindo ($$) de ($$), é proporcional a
$k_w \propto u_a - u_w$
como observado no gráfico:
ID:(12298, 0)
Velocidade de transferência e número de Schmidt
Descrição
A relação entre la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) é inversamente proporcional a o número Schmidt ($Sc$), portanto, é expressa como proporcional a esse número elevado a ($$), que é negativo:
$k_w\propto Sc^n$
isso é representado com ($$) igual a -0.5:
ID:(12299, 0)
Solubilidade em função do número de Schmidt
Conceito
A mobilidade das moléculas, representada por la solubilidade de gás ($\alpha$), é uma função da concentração de partículas, descrita por o número Schmidt ($Sc$), que por sua vez é calculada a partir de ($$), ($$) e ($$) utilizando a seguinte equação:
| $ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$ |
Essa relação é ilustrada no seguinte diagrama:
ID:(12245, 0)
Troca de CO2, velocidade da água
Conceito
La taxa de transferência de gás na água ($k_w$) pode ser modelada usando dados medidos. Em primeiro lugar, depende da velocidade com que o sistema remove carbono da interface ar-água, tornando a velocidade de transporte proporcional à velocidade relativa entre os dois meios.
Em segundo lugar, há um efeito da mobilidade dos íons, que pode ser descrito por o número Schmidt ($Sc$), representando a relação entre a difusão de momento e as partículas. No entanto, essa dependência não é linear e é influenciada por um fator ($$) que varia entre -1/2 e -2/3 dependendo da rugosidade da superfície.
Finalmente, la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) também depende de ($$), que por sua vez é determinada pelo nível de rugosidade da superfície.
Em resumo, o gás la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) é descrito em função de ($$), ($$), o número Schmidt ($Sc$), ($$) e ($$) da seguinte maneira:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
ID:(15652, 0)
Modelo
Top
Parâmetros
Variáveis
Cálculos
para 
, depois, selecione a variável: 
para 
Cálculos
Cálculos
Variáve 
Dado Calcular 
Objetivo : Equação A ser usado 
Equações
$ C = D_C U_z ( C_z - C_0 )$
C = D_C * U_z *( C_z - C_0 )
$ C_w = \alpha C_a $
C_w = alpha * C_a
$ \delta_c = \sqrt{\displaystyle\frac{ \rho D }{ \eta }} \delta_{\eta}$
delta_c =sqrt( D * rho / eta )* delta_eta
$ F_a =- k_a \Delta p_{gas} $
F_a =- k_a * Dp_gas
$ F_w = k_w \Delta p_{gas} $
F_w = k_w * Dp_gas
$ k =\displaystyle\frac{ F }{ C_0 - C_b }$
k = F /( C_0 - C_b )
$ k_a = \displaystyle\frac{ D }{ \delta_c }$
k_a = D / delta_c
$ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $
k_w = ( u_a - u_w )* beta * Sc ^ n
$ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$
Sc = eta /( rho * D )
ID:(15641, 0)
Fluxo difuso com taxa de transferência
Equação
Uma vez que o fluxo difusivo $F$ pode ser modelado usando a lei de Fick:
| $ F = - D \displaystyle\frac{d C }{d t }$ |
Podemos estabelecer uma relação entre a velocidade de transferência $k$ e a diferença de concentração $\Delta C$ da seguinte forma:
| $ F_a =- k_a \Delta p_{gas} $ |
O fluxo difusivo $F$ é descrito pela lei de Fick:
| $ F = - D \displaystyle\frac{d C }{d t }$ |
onde $D$ é a constante de difusão e $dC/dx$ é o gradiente de concentração. Ao definirmos uma velocidade de transferência da seguinte maneira:
| $ k_a = \displaystyle\frac{ D }{ \delta_c }$ |
podemos estabelecer uma equação de fluxo do tipo:
| $ F_a =- k_a \Delta p_{gas} $ |
ID:(12226, 0)
Perfil de concentração na camada superficial (MOST)
Equação
Utilizando o modelo de similaridade de Monin-Obukhov (MOST), é possível estimar o fluxo de elementos, como gases, levando em consideração o deslocamento da superfície e um coeficiente de transferência, expresso da seguinte forma:
| $ C = D_C U_z ( C_z - C_0 )$ |
No modelo de similaridade de Monin-Obukhov (MOST), o fluxo de elementos como gases é estimado considerando a diferença de concentrações entre o ar e a água, representada por
$C_z - C_0$
e o fluxo é calculado utilizando o coeficiente de transferência $D_C$ e a velocidade da superfície $U_z$, da seguinte forma:
| $ C = D_C U_z ( C_z - C_0 )$ |
Isso permite estimar o fluxo dos elementos entre o ar e a água.
ID:(12224, 0)
Relações de concentração de superfície
Equação
O gradiente de concentração entre la concentração de gás na atmosfera ($C_a$) e la concentração de gás na água ($C_{w,0}$) depende de la solubilidade de gás ($\alpha$). Portanto, estabelece-se a seguinte relação:
| $ C_w = \alpha C_a $ |
ID:(12235, 0)
Transporte de uma quantidade
Equação
A velocidade de transferência de uma quantidade $k$ é definida como o fluxo $F$ dividido pela diferença de concentração entre os dois meios, representada por
$C_0-C_b$
Portanto, pode ser expressa como:
| $ k =\displaystyle\frac{ F }{ C_0 - C_b }$ |
ID:(12213, 0)
Velocidade de transferência
Equação
La taxa de transferência de gás no ar ($k_a$) pode ser estimado a partir da lei de Fick, comparando ($$) com ($$) da seguinte maneira:
| $ k_a = \displaystyle\frac{ D }{ \delta_c }$ |
ID:(12227, 0)
Troca de CO2
Equação
A velocidade de transferência de CO2 da atmosfera para a água pode ser modelada usando uma equação similar à regra geral
| $ k =\displaystyle\frac{ F }{ C_0 - C_b }$ |
Nesse modelo, a diferença de concentração é substituída pela diferença de pressão parcial do gás e sua solubilidade $\alpha$. A equação pode ser expressa da seguinte forma:
| $ F_w = k_w \Delta p_{gas} $ |
Se considerarmos o fluxo de gás como $F$ e a velocidade de transporte como $k$, de acordo com a relação geral:
| $ k =\displaystyle\frac{ F }{ C_0 - C_b }$ |
Ao substituirmos a diferença de concentração $C_0 - C_b$ pela diferença na pressão parcial do gás usando a solubilidade $\alpha$, temos:
$C_0 - C_b = \alpha \Delta p_{CO2}$
obtemos:
| $ F_w = k_w \Delta p_{gas} $ |
ID:(12214, 0)
Troca de CO2, velocidade da água
Equação
O parâmetro do gás la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) é descrito em termos de ($$), ($$), o número Schmidt ($Sc$), ($$) e ($$) da seguinte forma:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
ID:(12215, 0)
Número de Schmidt Sc
Equação
O número de Schmidt estabelece uma relação entre a difusão viscosa
| $ D_p \equiv \displaystyle\frac{ \eta }{ \rho }$ |
e a difusão de partículas
| $ D_N \equiv \mu k_B T $ |
.
A difusão viscosa é igual à viscosidade dividida pela densidade, enquanto a difusão de partículas corresponde à constante de difusão. Portanto, ele é definido da seguinte forma:
| $ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$ |
ID:(12216, 0)