4.1 ION HYDRO VÀ TRỊ SỐ PH CỦA NƯỚC BIỂN
4.1.3 Sự phân bố và biến đổi pH trong biển
Sự phân bố pH trong biển có những đặc điểm và quy luật sau:
Nước biển ở mọi vùng trên thế giới đều lệch khỏi phản ứng trung hoà và mang tính kiềm yếu với trị số pH khá ổn định. Đối với nước biển khơi, pH chỉ biến đổi trong khoảng hẹp từ 7,6 đến 8,4. Đối với nước biển ở các vùng cửa sông, ven bờ và các biển riêng biệt, pH cũng khá ổn định song có thể biến đổi trong giới hạn rất khác nhau, ví dụ pH ở biển Ban Tích biến đổi từ 7,0 đến 8,6, ở biển Azốp: 8,1 - 8,75, biển Trắng: 7,95 - 8,20. Đặc tính ổn định của pH nước biển do 2 nguyên nhân sau đây chi phối:
Thứ nhất, do có các axit yếu và các muối của chúng hoà tan nên nước biển đã trở thành một dung dịch đệm. Bản chất của các dung dịch đệm là có pH ổn định, ít biến đổi. Thứ hai, do nồng độ ion Hydro trong nước biển có liên quan trực tiếp và nhiều nhất với nồng độ CO2 và H2CO3 hoà tan, hai thành phần này lại luôn đƣợc điều hoà với CO2 trong khí quyển và có quan hệ chặt chẽ với các ion chính HCO3-
, CO3-2
vốn là hợp phần ổn định.
pH ở các vùng biển nhiệt đới, xích đạo lớn hơn ở các vùng biển vĩ độ cao. Đặc điểm này có liên quan đến nồng độ CO2 hoà tan trong nước vùng biển nhiệt đới nhỏ hơn vùng biển vĩ độ cao. Trên hình 4.2 thấy rõ đặc điểm ổn định của pH nước biển và giá trị pH cao hơn thuộc về vùng biển nhiệt đới xích đạo.
Biểu đồ trang 84
Hình 4.2: Phân bố pH lớp nước mặt đại dương (theo Borơđốpski)
Theo độ sâu, pH có xu thế giảm dần do sự tăng dần của CO2 và áp suất thuỷ tĩnh. Trong lớp nước mặt (lớp quang hợp) pH đạt giá trị lớn nhất, tiếp đó giảm nhanh tới khoảng 250-500m và tiếp tục giảm chậm và rất chậm khi càng xuống sâu. Hình 4.3 biểu diễn phân bố của pH tại độ sâu 1000m và hình 4.4 là profil thẳng đứng của pH trong các đại dương. So với trị số pH lớp nước mặt (hình 4.2), trị số pH ở độ sâu 1000m (hình 4.3) nhỏ hơn không nhiều.
Riêng trong lớp nước quang hợp (khoảng 150-200m trên cùng), sự phân bố pH cũng tương tự như Ôxy hoà tan, nghĩa là cũng có thể được chia thành 3 lớp phụ, trong đó lớp phụ quang hợp cực đại có pH lớn nhất do tại đó lƣợng CO2 bị tiêu thụ nhiều nhất. Hình 4.5 thể hiện rõ xu thế phân bố này trong lớp nước gần mặt.
Biểu đồ trang 85
Hình 4.3: Phân bố pH tại độ sâu 1000m (theo Borơđôpski)
Theo thời gian, pH có 2 chu kỳ biến đổi: chu kỳ năm và chu kỳ ngày đêm. Cả 2 biến đổi này đều phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi của hàm lƣợng CO2 hoà tan và do vậy nó phụ thuộc vào biến đổi của nhiệt độ có liên quan tới sự hấp thụ CO2 từ khí quyển, đặc biệt có liên quan chặt chẽ với biến đổi của cường độ quang hợp. Cả 2 biến đổi chỉ xảy ra ở các lớp nước phía trên, ít khi xuất hiện ở độ sâu vài trăm mét trở xuống. Biển đổi pH với chu kỳ năm có đặc điểm vào thời kỳ xuân-hè pH có giá trị lớn nhất, mùa đông - nhỏ nhất.
Đặc điểm này đƣợc chi phối bởi 2 nguyên nhân: thứ nhất do quang hợp phát triển mạnh trong mùa xuân hè đã tiêu thụ nhiều CO2 hoà tan, thứ hai vào mùa đông nhiệt độ giảm
thấp là điều kiện tốt để CO2 từ khí quyển thâm nhập vào biển. Biến đổi pH với chu kỳ ngày đêm cũng chủ yếu phụ thuộc vào quang hợp, song chỉ thể hiện rõ trong điều kiện thời tiết yên tĩnh. Ở vùng biển phong phú sự sống, biến đổi ngày đêm của pH thể hiện rõ hơn. Đặc điểm biến đổi
Hình 4.6: Các biến đổi pH nước biển theo thời gian A: Biến trình năm tại biển Baren (theo Vecjơbinski
B: Biến trình ngày đêm tại cửa sông Bạch Đằng (theo Lưu Văn Diệu) ngày đêm của pH là tăng cao vào thời gian ban ngày, đạt cực đại sau buổi trƣa, giảm thấp vào thời gian ban đêm và đạt cực tiểu lúc sáng sớm. Nhƣ vậy, cả hai biến đổi đều có cùng pha với biến đổi của Ôxy hoà tan. Trên hình 4.6 là ví dụ thể hiện các biến đổi có chu kỳ của pH nước biển.