Gases en el océano

Gases en el océano
• ¿Cuáles gases están presentes en el
océano?
• Cómo se solubilizan y factores
determinantes su solubilidad
• ¿Cuál es la proporción de gases
disueltos en el agua de mar (ley de
Henry)?
• Gases conservativos vs. no conservativos
Contenido (continuación)
• ¿Cuál es el origen de los gases?: Ciclo
biogeoquímicos de gases traza de efecto
climático
• ¿Dónde se producen los gases?
• Mecanismos físicos de intercambio de
gases
• Difusión molecular
• Difusión turbulenta
• Advección lateral y vertical
Composición de la atmósfera
Contenido de gases disueltos en el
océano
[G] = k PG = (1/KG) PG
PG(atm) = PG(solution)
ln [G] = A1+A2(100/T)+A3ln(T/100) + S[B1+
B2(T/100) +B3(T/100)^2]
Saturación de gases en el agua de
mar
100
80
SOLUBILITY
Kr
60
40
Ar
O2
20
N2
Ne
He
0
0
5
10
15
20
TEMPERATURE ( oC)
25
30
¿Quién controla la distribución superficial de O2?
Gases conservativos y no
conservativos
•
•
•
•
•
•
•
•
Gases no conservativos
1.2.3.Gases conservativos
1.2.3.-
¿Cómo se intercambian los gases
entre la atmósfera y el océano?
Gas
Transferencia total
(g y-1)
Dirección de la
transferencia neta
Dióxido de azufre (SO2)
1.5 x 1014
Atmósfera Æ Océano
Óxido Nitroso (N2O)
1.2 x 1014
Océano Æ Atmósfera
Dióxido de carbono (CO2)
4.3 x 1013
AtmósferaÆocéano
Metano (CH4)
3.2 x 1012
Océano Æ Atmósfera
Metil yoduro (CH3I)
2.7 x 1011
Océano Æ Atmósfera
Dimetil Sulfuro (CH3)2S
4.0 x 1013
Océano Æ Atmósfera
¿En qué capa de océano se acumulan los
gases?. Intercambio vertical y lateral
¿Cómo se modifica la acumulación de
gases si la capa intermedia es una ZMO?
Gases sensibles al
oxígeno:
1.2.3.4.-
CICLO BIOGEOQUIMICO DEL CARBONO y sus gases
CO2
(CH2O)n
Fotosintéticos oxigénicos
Respiradores
aerobios
Quimiolitótrofos
Metanotrofos
CH4
Metanogénicos
CO2
óxico
anóxico
Respiradores anaerobios:
reductores de sulftato,
desnitrificantes
Fotosintéticos anoxigénicos
(CH2O)n
Fermentadores
Atmósfera
CICLO BIOGEOQUIMICO DEL NITROGENO
y sus gases
N2
N2O
óxico
Fijación
N ORG
NH4
Fotosíntesis
asimilación
NO2
Respiración aeróbica
N2O
Quimiosíntesis
Nitrificación
NO3
anóxico
DNRA
NH4
N ORG
NO2
ANNAMOX
N2O
N2
Respiración anaeróbica
Desnitrificación
N2O
CICLO BIOGEOQUíMICO DEL AZUFRE
y sus gases
SO2
Flujo a través de la interfase mar
atmósfera
Partial Pressure
PG
Turbulent
Atmosphere
Laminar
Layer
Turbulent
Bulk
Liquid
PG
Flujo de gas a travéz de la
interfase mar-atmósfera
Flujo = dC/dt = D (dC/dz)
Flujo = (D/Kτ) [PG(air) - PG(sol)]
Flujo = k [PG(air) - PG(soln)] = k ΔPG
k is exit coefficient
τ is boundary layer thickness
K is Henry’s Law constant
D is diffusion coefficient
Sistema sin viento: flujo molecular
Gas
He
Ne
N2
O2
Ar
CO2
N2O
Kr
Xe
Rn
MW
4
20
28
32
40
44
44
84
131
222
0oC
2.0
1.4
1.1
1.2
0.8
1.0
1.0
0.7
0.7
0.7
Coeficiente de Difusión (105 cm2 s-1)
24oC
4.0
2.8
2.1
2.3
1.5
1.9
2.0
1.4
1.4
1.4
Si el sistema esta forzado por el
viento: velocidad piston
W IN D
20
0
V E L O C IT Y A T 1 0 m
5
10
15
(m
20
s -1 )
25
30
EXIT COEFFICIENT (cm/ h)
16
12
8
4
0
0
2
W IN D
4
6
8
V E L O C IT Y A T 5 c m
10
(m
s
-1
12
)
14
¿Cómo se ventila el Océano?
Tiempo de residencia
1.- Aguas profundas
--------------------------2.-Aguas intermedias
----------------------------
¿Cómo se mezcla el océano?
Mezcla isopycnal
Mezcla diapycnal
¿Cuáles son la consecuencias biogeoquímicas
del upwelling?
N2
N2O
CO2
0
Depth (m)
SSAW
N2
34º
S
35º
S
36º
S
37º
S
38º
S 75º
w
N2O
50
ESSW
NO3
V
NO2
NO3
36ºS
+
NH4
100
60
50
40
30
20
10
0
Distance from coast.
Upwelling of subsurface water promotes
nutrient fertilization and a strong
outgassing of CO2, N2O, CH4 to the
atmosphere
73º
w
71º
w
Verticalmente……………..
Distribución vertical de gases
invernadero en la zona norte de Chile
Farías et al 2007, DSRI
Faundez et al., in prep.
Meridional…..
El caso del sistema de
corrientes de Humboldt
Biogeochemical indicators along Perú-Chile
coast
Local or advected denitrification?
AAIW and OMZ
cruises on board RV
Knorr, 2005,
Cornejo et. al
Iquique 21° S
How fast do biogeochemical conditions in the water mass change as
water moves towards central Chile?
Coquimbo 30° S
Nitrification, denitrification,
both or other processes?
30º S
Zonalmente....
.
El caso de Giro del Pacífico
subtropical
Zonal variations of biogoechemical conditions from Easter
Island to central Chile
Surface ChlChl-a
32º S
Dissolved O2
Charpentier et al 2009, GBC
Strong CO2 and N2O emissions
have been observed on coastal
upwelling off central Chile
Temporalmente
Surgencia estacional y ciclo
ENSO
Durante El Niño 97-98 ……
13
Temperature (ºC)
12
50
40
30
11
20
10
10
0
Dissolved Oxygen (μM)
60
T e m p e ra tu re
O xy g e n
PP
80
3000
60
2000
40
1000
20
0
0
+
-2 -1
NH4 flux (mmol m d )
20
N H 4 + F lu x
N O 3 - F lu x
-2 -1
d )
4
2
0
0
-2
-1 0
-4
-6
4
N itrific a tio n
D e n itrific a tio n
3
3
2
2
1
1
0
M a rc h 9 8
Jun98
N o v9 8
Jan99
M a rc h 9 9
Aug99
-2 -1
d )
6
10
-2 0
4
Nitrification (mmol m
4000
Primary Production (mg C m
100
5000
0
-2 -1
NO3 flux (mmol m d )
C h lo ro p h y ll a
-2 -1
d )
120
Denitrification (mmol m
-1
Chlorophyll a z0 (mg g )
9
Water warmer, ,and
more oxygenated
and less promary
production, low
expeortation flux
toward sediment
and lower rates of
Ncycling rate in
sediment conditions
were observed..
Contenido de gases invernaderos y sus flujos a través
de la interfase mar-atmósfera.
N2O air-sea fluxes in
the central Chile
ranged from -9.8 to
195 µmol m-2 d-1.
Average global oceanic
flux is 3 µmol m-2 d-1
(Nevinson 1995)
CH4 air-sea fluxes in the
central Chile ranged
from -0.04 to 3.7 µmol
m-2 d-1. Average global
oceanic flux is 0.39 µmol
m-2 d-1 (NOAA sources)
Métodos de medición de Gases
1. Equilibrio o stripping con un gas
inerte y medición a través de G.C., ,
M.S. or I.R.(N2, CH4, CO2, Ar, etc.).
2. Medidas directas en solución (O2
por método Winkler).
Mn2+ + 2 OH- → Mn(OH)2
Mn(OH)2 + O2 → MnO(OH)2
MnO(OH)2 + 4H+ + 3I- →
Mn2+ + I3- + 3H2O
I3- + 2S2O32- → 2 I- + S4O62-