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Intercambio de partículas
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El intercambio de sustancias entre la atmósfera y el océano puede incluir partículas. Esto es particularmente relevante al estudiar la transferencia de moléculas de CO2 desde la atmósfera hacia el océano.
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)
Difusión de CO2
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El CO2 es absorbido por los océanos contribuyendo a frenar el efecto de este gas en la atmósfera y retrasando por ello el cambio climático. Sin embargo los procesos son más complejos e incluyen:
- Intercambio gaseoso con la atmósfera: El océano y la atmósfera están en constante intercambio de CO2 a través de la difusión de gases. El CO2 atmosférico se disuelve en la superficie del océano y forma ácido carbónico (H2CO3), que a su vez se disocia en iones hidrógeno (H+) y bicarbonato (HCO3-). Este proceso ayuda a equilibrar los niveles de CO2 entre el océano y la atmósfera.
- Fotosíntesis y respiración: Los organismos marinos, como el fitoplancton y las algas, realizan la fotosíntesis y toman CO2 del agua para producir materia orgánica y liberar oxígeno. Este proceso, conocido como fijación de carbono, ayuda a extraer CO2 del océano. Por otro lado, los organismos marinos también respiran, lo que significa que liberan CO2 al agua durante el proceso de descomposición de la materia orgánica.
- Circulación oceánica: El océano se caracteriza por su circulación global, en la cual las corrientes transportan agua rica en CO2 desde la superficie hacia las profundidades y viceversa. Esto contribuye a la distribución y mezcla del CO2 en todo el océano, permitiendo que las aguas profundas almacenen grandes cantidades de CO2 disuelto.
- Sedimentación y enterramiento: Parte de la materia orgánica producida por los organismos marinos, incluido el CO2 capturado a través de la fotosíntesis, puede hundirse hacia el fondo del océano. A medida que los sedimentos se acumulan a lo largo del tiempo geológico, el carbono orgánico se entierra y puede quedar almacenado en el fondo marino durante períodos muy largos.
Flujo de carbono anual en PgC/yr. Numeros en negro son pre revolución industrial, en rojo incrementos relacionados con la revolución industrial. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss Martin T. Johnson (Editors), Springer, 2014
Según la zona y epoca del planeta existe una concnetración de carbolno mayor en la atmosfera que en el oceano o vice versa y con ello definiendo si el flujo de carbono es del aire al agua o viceversa.
Según la zona y epoca del planeta existe una concnetración de carbolno mayor en la atmosfera que en el oceano o vice versa y con ello definiendo si el flujo de carbono es del aire al agua o viceversa.
ID:(12297, 0)
Velocidad de transferencia y velocidad relativa
Nota
En una primera aproximación, la dependencia de la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) con respecto a la velocidad relativa, calculada restando el velocidad del agua ($u_w$) de el velocidad del aire ($u_a$), es proporcional a
$k_w \propto u_a - u_w$
como se observa en el gráfico:
ID:(12298, 0)
Velocidad de transferencia y número de Schmidt
Cita
La relación entre la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) es inversamente proporcional a el número de Schmidt ($Sc$), por lo que se expresa proporcional a dicho número elevado a ERROR:9926, que es negativo:
$k_w\propto Sc^n$
ce qui est représenté avec ERROR:9926 égal à -0.5 :
ID:(12299, 0)
Intercambio de partículas
Descripción
El intercambio de sustancias entre la atmósfera y el océano puede incluir partículas. Esto es particularmente relevante al estudiar la transferencia de moléculas de CO2 desde la atmósfera hacia el océano. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014 Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface
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Ecuaciones
Si se considera el flujo del gas $F$ y la velocidad de transporte $k$ con la relaci n gen rica
| $ \Delta C = C_{w,0} - C_{a,0} $ |
Si se reemplaza la diferencia de concentraciones $C_0-C_b$ con la diferencia de la presi n parcial del gas usando la solubilidad $\alpha$ de modo que:
$C_0 - C_b = \alpha \Delta p_{CO2}$
se obtiene
| $ F_w = k_w \Delta C $ |
(ID 12214)
En el modelo de similitud de Monin-Obukhov (MOST), se estima el flujo de elementos como gases mediante la diferencia de concentraciones entre el aire y el agua, representada por
$C_z - C_0$
y se calcula el flujo utilizando el coeficiente de transferencia $D_C$ y la velocidad de la superficie $U_z$, de la siguiente manera:
| $ F_z = D_C U_z ( C_z - C_{a,0} )$ |
De esta forma, se obtiene el flujo estimado de los elementos entre el aire y el agua.
(ID 12224)
El flujo difusivo $F$ es descrito por la ley de Fick:
| $ F = - D \displaystyle\frac{d C }{d t }$ |
donde $D$ es la constante de difusi n y $dC/dx$ es el gradiente de concentraci n. Si definimos una velocidad de transferencia de la siguiente manera:
| $ k_a = \displaystyle\frac{ D }{ \delta_c }$ |
podemos establecer una ecuaci n de flujo de la forma:
| $ F_a =- k_a \Delta C $ |
(ID 12226)
Ejemplos
(ID 15636)
El CO2 es absorbido por los oc anos contribuyendo a frenar el efecto de este gas en la atm sfera y retrasando por ello el cambio clim tico. Sin embargo los procesos son m s complejos e incluyen:
- Intercambio gaseoso con la atm sfera: El oc ano y la atm sfera est n en constante intercambio de CO2 a trav s de la difusi n de gases. El CO2 atmosf rico se disuelve en la superficie del oc ano y forma cido carb nico (H2CO3), que a su vez se disocia en iones hidr geno (H+) y bicarbonato (HCO3-). Este proceso ayuda a equilibrar los niveles de CO2 entre el oc ano y la atm sfera.
- Fotos ntesis y respiraci n: Los organismos marinos, como el fitoplancton y las algas, realizan la fotos ntesis y toman CO2 del agua para producir materia org nica y liberar ox geno. Este proceso, conocido como fijaci n de carbono, ayuda a extraer CO2 del oc ano. Por otro lado, los organismos marinos tambi n respiran, lo que significa que liberan CO2 al agua durante el proceso de descomposici n de la materia org nica.
- Circulaci n oce nica: El oc ano se caracteriza por su circulaci n global, en la cual las corrientes transportan agua rica en CO2 desde la superficie hacia las profundidades y viceversa. Esto contribuye a la distribuci n y mezcla del CO2 en todo el oc ano, permitiendo que las aguas profundas almacenen grandes cantidades de CO2 disuelto.
- Sedimentaci n y enterramiento: Parte de la materia org nica producida por los organismos marinos, incluido el CO2 capturado a trav s de la fotos ntesis, puede hundirse hacia el fondo del oc ano. A medida que los sedimentos se acumulan a lo largo del tiempo geol gico, el carbono org nico se entierra y puede quedar almacenado en el fondo marino durante per odos muy largos.
Flujo de carbono anual en PgC/yr. Numeros en negro son pre revoluci n industrial, en rojo incrementos relacionados con la revoluci n industrial. Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss Martin T. Johnson (Editors), Springer, 2014
Seg n la zona y epoca del planeta existe una concnetraci n de carbolno mayor en la atmosfera que en el oceano o vice versa y con ello definiendo si el flujo de carbono es del aire al agua o viceversa.
Seg n la zona y epoca del planeta existe una concnetraci n de carbolno mayor en la atmosfera que en el oceano o vice versa y con ello definiendo si el flujo de carbono es del aire al agua o viceversa.
(ID 12297)
En una primera aproximaci n, la dependencia de la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) con respecto a la velocidad relativa, calculada restando el velocidad del agua ($u_w$) de el velocidad del aire ($u_a$), es proporcional a
$k_w \propto u_a - u_w$
como se observa en el gr fico:
(ID 12298)
La relaci n entre la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) es inversamente proporcional a el número de Schmidt ($Sc$), por lo que se expresa proporcional a dicho n mero elevado a ERROR:9926, que es negativo:
$k_w\propto Sc^n$
ce qui est repr sent avec ERROR:9926 gal -0.5 :
(ID 12299)
La movilidad de las mol culas, representada por la solubilidad del gas ($\alpha$), se modela como una funci n de la concentraci n de las part culas, caracterizada por el número de Schmidt ($Sc$), que a su vez se calcula a partir de los par metros el viscosidad en masa acuosa ($\eta$), el densidad en capa de masa acuosa ($\rho$), y el constante de difusión en masa acuosa ($D$) utilizando la siguiente expresi n:
| $ Sc =\displaystyle\frac{ \eta }{ \rho D }$ |
Esta relaci n se visualiza en el siguiente diagrama:
Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.), Springer-Verlag Berlin Heidelberg
(ID 12245)
La velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) puede ser modelada utilizando datos medidos. En primer lugar, depende de la velocidad a la cual el sistema remueve el carbono de la interfaz aire-agua, lo que hace que la velocidad de transporte sea proporcional a la velocidad relativa entre ambos medios.
En segundo lugar, se presenta un efecto de la movilidad de los iones, que puede describirse mediante el número de Schmidt ($Sc$), representando la relaci n entre la difusi n del impulso y las part culas. Sin embargo, esta dependencia no es lineal y est influenciada por un factor ERROR:9926 que var a entre -1/2 y -2/3 seg n la rugosidad de la superficie.
Finalmente, la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) tambi n depende de una el factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$), que a su vez est determinada por el nivel de rugosidad de la superficie.
En resumen, la velocidad de transferencia del gas en el agua ($k_w$) del gas se describe en funci n de el velocidad del agua ($u_w$), el velocidad del aire ($u_a$), el número de Schmidt ($Sc$), el factor beta del transporte aire a agua de CO2 ($\beta$) y ERROR:9926 de la siguiente manera:
| $ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $ |
(ID 15652)
(ID 15641)
ID:(1630, 0)