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Partikelaustausch
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Der Austausch von Substanzen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean kann Partikel einschließen. Dies ist besonders relevant, wenn man den Übergang von CO2-Molekülen aus der Atmosphäre in den Ozean untersucht.Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface
ID:(1630, 0)
CO2-Diffusion
Beschreibung
Die Absorption von CO2 durch die Ozeane trägt dazu bei, die Auswirkungen dieses Gases in der Atmosphäre zu mildern und verzögert somit den Klimawandel. Die involvierten Prozesse sind jedoch komplexer und umfassen:
- Gasausstausch mit der Atmosphäre: Der Ozean und die Atmosphäre tauschen ständig CO2 durch Gasaustausch aus. Das atmosphärische CO2 löst sich in der Oberfläche des Ozeans auf und bildet Kohlensäure (H2CO3), die dann in Wasserstoffionen (H+) und Bicarbonationen (HCO3-) dissoziiert. Dieser Prozess hilft, das Gleichgewicht der CO2-Konzentrationen zwischen dem Ozean und der Atmosphäre zu halten.
- Photosynthese und Atmung: Marine Organismen wie Phytoplankton und Algen betreiben Photosynthese und nehmen CO2 aus dem Wasser auf, um organische Substanz zu produzieren und Sauerstoff freizusetzen. Dieser Prozess, als Kohlenstofffixierung bekannt, hilft, CO2 aus dem Ozean zu entfernen. Andererseits atmen marine Organismen auch, was bedeutet, dass sie CO2 ins Wasser abgeben während der Zersetzung organischer Substanz.
- Ozeanzirkulation: Der Ozean zeichnet sich durch seine globale Zirkulation aus, bei der Strömungen CO2-reiches Wasser von der Oberfläche in die Tiefe und umgekehrt transportieren. Dies trägt zur Verteilung und Durchmischung von CO2 im gesamten Ozean bei und ermöglicht es den Tiefenwassern, große Mengen an gelöstem CO2 zu speichern.
- Sedimentation und Einbettung: Ein Teil der von marinen Organismen produzierten organischen Substanz, einschließlich des durch Photosynthese aufgenommenen CO2, kann zum Meeresboden sinken. Wenn sich Sedimente über geologische Zeiträume ansammeln, kann der organische Kohlenstoff eingebettet und über lange Zeiträume im Meeresboden gespeichert werden.
Jährlicher Kohlenstofffluss in PgC/Jahr. Die schwarzen Zahlen stehen für die vorindustrielle Revolution, die roten Zahlen für die Steigerungen im Zusammenhang mit der industriellen Revolution. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss Martin T. Johnson (Editors), Springer, 2014
Abhängig von der Region und der Zeit auf dem Planeten gibt es in der Atmosphäre eine höhere Kohlenstoffkonzentration als im Ozean oder umgekehrt, und bestimmt so, ob der Kohlenstofffluss von der Luft ins Wasser oder umgekehrt erfolgt.
ID:(12297, 0)
Übertragungsrate und relative Geschwindigkeit
Beschreibung
In einer ersten Näherung ist die Abhängigkeit von die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) in Bezug auf die relative Geschwindigkeit, die durch Subtraktion von der Velocidad del agua ($u_w$) von der Velocidad del aire ($u_a$) berechnet wird, proportional zu
$k_w \propto u_a - u_w$
wie im Diagramm dargestellt:
ID:(12298, 0)
Übertragungsrate und Schmidt-Zahl
Beschreibung
Die Beziehung zwischen die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) ist indirekt proportional zu der Schmidt-Nummer ($Sc$), daher wird sie als proportional zu dieser Zahl, hoch ERROR:9926, ausgedrückt, die negativ ist:
$k_w\propto Sc^n$
was mit ERROR:9926 gleich -0,5 dargestellt wird:
ID:(12299, 0)
Löslichkeit als Funktion der Schmidt-Zahl
Konzept
Die Beweglichkeit von Molekülen, dargestellt durch die Gaslöslichkeit ($\alpha$), wird als Funktion der Partikelkonzentration modelliert, die durch der Schmidt-Nummer ($Sc$) charakterisiert ist. Diese wird wiederum aus den Parametern der Viscosidad en masa acuosa ($\eta$), der Densidad en capa de masa acuosa ($\rho$) und der Constante de difusión en masa acuosa ($D$) mithilfe des folgenden Ausdrucks berechnet:
| $ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$ |
Diese Beziehung wird im folgenden Diagramm visualisiert:
Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg
ID:(12245, 0)
CO2-Austausch, Geschwindigkeit aus Wasser
Konzept
Die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) kann mithilfe gemessener Daten modelliert werden. Erstens hängt es von der Geschwindigkeit ab, mit der das System Kohlenstoff von der Luft-Wasser-Grenzfläche entfernt, wodurch die Transportgeschwindigkeit proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Medien wird.
Zweitens gibt es einen Effekt der Ionenmobilität, der durch der Schmidt-Nummer ($Sc$) beschrieben werden kann und die Beziehung zwischen Impulsdiffusion und Partikeln darstellt. Diese Abhängigkeit ist jedoch nicht linear und wird durch einen Faktor ERROR:9926 beeinflusst, der je nach Oberflächenrauheit zwischen -1/2 und -2/3 variiert.
Schließlich hängt die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) auch von der Factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) ab, die wiederum durch das Rauheitsniveau der Oberfläche bestimmt wird.
Zusammenfassend wird das Gas die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) als Funktion von der Velocidad del agua ($u_w$), der Velocidad del aire ($u_a$), der Schmidt-Nummer ($Sc$), der Factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) und ERROR:9926 wie folgt beschrieben:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
ID:(15652, 0)
Partikelaustausch
Modell
Der Austausch von Substanzen zwischen der Atmosphäre und dem Ozean kann Partikel einschließen. Dies ist besonders relevant, wenn man den Übergang von CO2-Molekülen aus der Atmosphäre in den Ozean untersucht. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014 Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface
Variablen
Berechnungen
zu 
,
dann die Variable auswählen: 
zu 
Berechnungen
Variable
Gegeben
Berechnen
Ziel :
Gleichung
Zu verwenden
Gleichungen
Wenn wir den Gasfluss $F$ und die Transportgeschwindigkeit $k$ betrachten, basierend auf der allgemeinen Beziehung:
| $ \Delta C = C_{w,0} - C_{a,0} $ |
Wenn wir die Konzentrationsdifferenz $C_0 - C_b$ durch die Differenz des Partialdrucks des Gases unter Verwendung der L slichkeit $\alpha$ ersetzen, erhalten wir:
$C_0 - C_b = \alpha \Delta p_{CO2}$
erhalten wir:
| $ F_w = k_w \Delta C $ |
(ID 12214)
Im Modell der Monin-Obukhov- hnlichkeitstheorie (MOST) wird der Fluss von Elementen wie Gasen gesch tzt, indem die Konzentrationsdifferenz zwischen Luft und Wasser ber cksichtigt wird, dargestellt durch
$C_z - C_0$
und der Fluss wird unter Verwendung des bertragungskoeffizienten $D_C$ und der Oberfl chengeschwindigkeit $U_z$ berechnet, wie folgt:
| $ F_z = D_C U_z ( C_z - C_{a,0} )$ |
Damit kann der Fluss der Elemente zwischen Luft und Wasser abgesch tzt werden.
(ID 12224)
Der diffusive Fluss $F$ wird durch das Fick\'sche Gesetz beschrieben:
| $ F = - D \displaystyle\frac{d C }{d t }$ |
wobei $D$ die Diffusionskonstante und $dC/dx$ das Konzentrationsgef lle ist. Wenn wir eine Transfergeschwindigkeit wie folgt definieren:
| $ k_a = \displaystyle\frac{ D }{ \delta_c }$ |
k nnen wir eine Flussequation der Form definieren:
| $ F_a =- k_a \Delta C $ |
(ID 12226)
Beispiele
(ID 15636)
Die Absorption von CO2 durch die Ozeane tr gt dazu bei, die Auswirkungen dieses Gases in der Atmosph re zu mildern und verz gert somit den Klimawandel. Die involvierten Prozesse sind jedoch komplexer und umfassen:
- Gasausstausch mit der Atmosph re: Der Ozean und die Atmosph re tauschen st ndig CO2 durch Gasaustausch aus. Das atmosph rische CO2 l st sich in der Oberfl che des Ozeans auf und bildet Kohlens ure (H2CO3), die dann in Wasserstoffionen (H+) und Bicarbonationen (HCO3-) dissoziiert. Dieser Prozess hilft, das Gleichgewicht der CO2-Konzentrationen zwischen dem Ozean und der Atmosph re zu halten.
- Photosynthese und Atmung: Marine Organismen wie Phytoplankton und Algen betreiben Photosynthese und nehmen CO2 aus dem Wasser auf, um organische Substanz zu produzieren und Sauerstoff freizusetzen. Dieser Prozess, als Kohlenstofffixierung bekannt, hilft, CO2 aus dem Ozean zu entfernen. Andererseits atmen marine Organismen auch, was bedeutet, dass sie CO2 ins Wasser abgeben w hrend der Zersetzung organischer Substanz.
- Ozeanzirkulation: Der Ozean zeichnet sich durch seine globale Zirkulation aus, bei der Str mungen CO2-reiches Wasser von der Oberfl che in die Tiefe und umgekehrt transportieren. Dies tr gt zur Verteilung und Durchmischung von CO2 im gesamten Ozean bei und erm glicht es den Tiefenwassern, gro e Mengen an gel stem CO2 zu speichern.
- Sedimentation und Einbettung: Ein Teil der von marinen Organismen produzierten organischen Substanz, einschlie lich des durch Photosynthese aufgenommenen CO2, kann zum Meeresboden sinken. Wenn sich Sedimente ber geologische Zeitr ume ansammeln, kann der organische Kohlenstoff eingebettet und ber lange Zeitr ume im Meeresboden gespeichert werden.
J hrlicher Kohlenstofffluss in PgC/Jahr. Die schwarzen Zahlen stehen f r die vorindustrielle Revolution, die roten Zahlen f r die Steigerungen im Zusammenhang mit der industriellen Revolution. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss Martin T. Johnson (Editors), Springer, 2014
Abh ngig von der Region und der Zeit auf dem Planeten gibt es in der Atmosph re eine h here Kohlenstoffkonzentration als im Ozean oder umgekehrt, und bestimmt so, ob der Kohlenstofffluss von der Luft ins Wasser oder umgekehrt erfolgt.
(ID 12297)
In einer ersten N herung ist die Abh ngigkeit von die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) in Bezug auf die relative Geschwindigkeit, die durch Subtraktion von der Velocidad del agua ($u_w$) von der Velocidad del aire ($u_a$) berechnet wird, proportional zu
$k_w \propto u_a - u_w$
wie im Diagramm dargestellt:
(ID 12298)
Die Beziehung zwischen die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) ist indirekt proportional zu der Schmidt-Nummer ($Sc$), daher wird sie als proportional zu dieser Zahl, hoch ERROR:9926, ausgedr ckt, die negativ ist:
$k_w\propto Sc^n$
was mit ERROR:9926 gleich -0,5 dargestellt wird:
(ID 12299)
Die Beweglichkeit von Molek len, dargestellt durch die Gaslöslichkeit ($\alpha$), wird als Funktion der Partikelkonzentration modelliert, die durch der Schmidt-Nummer ($Sc$) charakterisiert ist. Diese wird wiederum aus den Parametern der Viscosidad en masa acuosa ($\eta$), der Densidad en capa de masa acuosa ($\rho$) und der Constante de difusión en masa acuosa ($D$) mithilfe des folgenden Ausdrucks berechnet:
| $ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$ |
Diese Beziehung wird im folgenden Diagramm visualisiert:
Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg
(ID 12245)
Die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) kann mithilfe gemessener Daten modelliert werden. Erstens h ngt es von der Geschwindigkeit ab, mit der das System Kohlenstoff von der Luft-Wasser-Grenzfl che entfernt, wodurch die Transportgeschwindigkeit proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Medien wird.
Zweitens gibt es einen Effekt der Ionenmobilit t, der durch der Schmidt-Nummer ($Sc$) beschrieben werden kann und die Beziehung zwischen Impulsdiffusion und Partikeln darstellt. Diese Abh ngigkeit ist jedoch nicht linear und wird durch einen Faktor ERROR:9926 beeinflusst, der je nach Oberfl chenrauheit zwischen -1/2 und -2/3 variiert.
Schlie lich h ngt die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) auch von der Factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) ab, die wiederum durch das Rauheitsniveau der Oberfl che bestimmt wird.
Zusammenfassend wird das Gas die Gasübertragungsrate in Wasser ($k_w$) als Funktion von der Velocidad del agua ($u_w$), der Velocidad del aire ($u_a$), der Schmidt-Nummer ($Sc$), der Factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) und ERROR:9926 wie folgt beschrieben:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
(ID 15652)
(ID 15641)
ID:(1630, 0)