氣體在海洋與大氣間的交換

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大氣中的二氧化碳及其他各種氣體,不斷通過界面進入海水;各種海水溶解氣體,也不斷越過界面進入大氣:形成了氣體成分在海-氣之間的交換。學者們提出過一些不同的模型,來解釋這種交換的過程,其中常用的是“滯膜模型”(見圖)。它假定液相的界面存在一層滯膜,氣體成分通過滯膜的方式是分子擴散。由於擴散的速度比較慢,因此滯膜的厚度及其狀態是控制氣體交換速率的決定因素。
按此模型,氣體進入液相的速率為
式中為通過滯膜的氣體量;為氣體成分通過滯膜的時間;為氣體分子擴散係數;為氣體的亨利定律的常數;為交換面積;為滯膜擴散層厚度。令=/,則為
為經驗常數,稱為逸出係數;又因它具有速度的量綱,常稱為交換速率。通過實驗室的模擬試驗或現場的研究,可求出,用它估算氣體在海-氣間的交換量。測試的方法不同,所得的也不同,但一般為(2~17)×10厘米/秒。在“海洋斷面地球化學研究計畫” (GEOSECS)的調查中,曾測定了氡自海水中逸入大氣的速率,算出世界大洋 100多個觀測站位的。總結起來,在赤道海區最小,在南極海區最大,20°C時大洋的平均值為3.3×10厘米/秒,對應的滯膜厚度為63微米。
溫度升高時,氣體在海-氣之間的交換速率增加;海面風速增大時,滯膜厚度減小,交換速率也隨著增加。但是不同的模擬研究表明:有的與風速成指數關係,有的則成線性關係。而在現場測定氡自海水中逸入大氣的速度時,發現隨風速的增加而增加。究竟是什麼關係,仍待進一步研究。
海水的微表層富含有機物,也會影響氣體在海-氣間的交換速率。至於在微表層中發生的微生物過程、光化學過程和催化反應過程中產生的某些氣體,其交換過程如何,也有待於研究。
氣體在海洋與大氣間的交換氣體在海洋與大氣間的交換

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