Wird Kalk unterhalb der CCD auf dem Meeresboden wieder ausgefällt?
Ich meine unterhalb der Kalkkompensationsschicht …
2 Antworten
"Die Carbonat-Kompensationstiefe (abgekürzt CCD, von englisch carbonate compensation depth) bezeichnet eine Grenzfläche in der Tiefsee, unterhalb derer keine Carbonatschlämme – das Ausgangsmaterial für eine bestimmte Art von Kalkstein – abgelagert werden. Ursache ist die Auflösung der zum Meeresgrund abgesunkenen Partikel aus Calciumcarbonat (Calcit und Aragonit) infolge der geringen Temperaturen, des hohen Druckes und der relativ hohen Kohlenstoffdioxidkonzentration im Tiefenwasser"
- Absatz im entsprechenden Wikipedia Artikel
Der Ozean verlangsamt durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid den Klimawandel. Das passiert bereits auf natürliche Weise in großen Mengen durch die Bildung von Kohlensäure in großer Wassertiefe.
Meereswesen wie Coccolithoporiden oder Foraminiferen besitzen Schalen aus Calcit. Coccolithoporiden gehören zum Phytoplankton (man erkennt Coccolithoporiden an den schön symmetrischen Schalen, die aus Kalkplättchen aufgebaut sind) und sind somit für die Primärproduktion verantwortlich. Wenn eine solche Algenblüte abstirbt, sinkt das ganze organische Material mit samten Schalen in Form klumpiger organischer Flocken nach unten Richtung Meeresgrund (Benthos). Man bezeichnet dieses Phänomen als Meeresschnee. Ist der Meeresschnee endlich unten angekommen, zersetzen Tiefseewürmer und Seegurken den organischen Rest...
Übrig bleiben die Calcitschalen der Coccolithoporiden und Foraminiferen, die bis in tiefen von etwa 5000 Metern den Tiefseeschlamm dominieren. Darunter liegt die Calcitkompensationstiefe, CCD (calcite compensation depht) genannt. Unter Einwirkung von Säuren (hier Kohlensäure) reagiert das in Wasser schwerlösliche Calcit CaCO3 zu Calciumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2, welches in Wasser gut löslich ist. Sprich: solange der ph wert deutlich unter 7 liegt, funktioniert das mit dem Ausfällen von Calcit nicht. Dadurch, daß sich aller Calcit - unter Bildung von Calciumhydrogencarbonat - löst, wird der Tiefseeschlamm unterhalb von 5000 Metern von den Kieselsäure- beziehungsweise Silikathaltigen Schalen der Diatomeen und Eisen- und Manganerz-haltige Tiefseetone dominiert.
Ph wert... was ist das?
Für die Erklärung vom ph Wert benötigen wir etwas Säure-Base-Chemie. Nach Brønsted sind Säuren Teilchen, die H+ (also Wasserstoffkerne) abspalten können. Dies ist trivial gesagt dann möglich, wenn wir eine Bindung aus Wasserstoff und einem sehr Elektronegativen Atom (z.b. Fluor, Sauerstoff, Chlor und Stickstoff) hätten. (Eine polare Bindung zwischen Wasserstoff und einem anderen Atom) Eine Base nimmt ein H+ auf und braucht dafür mindestens ein freies Elektronenpaar. Wasser kann beides, weshalb es zur Autoprotolyse kommt (säure base Reaktion mit sich selbst)
Nun zum ph Wert: die Konzentration der abgespaltenen H+ ist in neutralen Wasser 10^(-7) mol/Liter (Wasser kann mit sich selbst Autoprotolyse machen. An der Konzentration der abgespaltenen H+ sehen wir, daß das sehr selten passiert). Wenn wir eine Säure hinzugeben, wird die Konzentration abgespaltener H+ erhöht (logisch). Beim dazugeben einer Base, erniedrigt sich die H+ Konzentration, da diese mit der Base reagieren. Der ph Wert ist nichts anderes als der negative dekadische log aus der Konzentration von H+ (ph = - log [c(H+)])
Warum verändert sich der ph Wert unterhalb der CCD?
In erster Linie sehen wir gar kein Wasserstoffatom in der Formel CO2. Dennoch reagiert CO2 sauer in Wasser. Dies liegt daran, weil CO2 das Anhydrit der Kohlensäure ist. Ein Säureanhydrit reagiert mit Wasser zu der jeweiligen Säure. In diesem Fall ist es Kohlensäure CO2 + H2O -> H2CO3. Kohlensäure ist aber instabil und strenggenommen existiert sie nicht. Dieses Molekül würde entweder in HCO3- und H+ zerfallen (unter hohem Druck) oder in CO2 und H2O (bei niedrigem Druck). Korrekt formuliert sieht die Reaktionsgleichung folgendermaßen aus: H2O + CO2 -> HCO3- + H+. HCO3- ist hierbei das Hydrogencarbonat-ion, welches durch eine weitere Abspaltung von H+ zum Carbonat-ion reagieren kann. Calcit ist nichts anderes als das Calciumsalz de Kohlensäure.
Warum ist die ph Änderung dafür verantwortlich, daß CaCO3 nicht ausfällt?
Calciumcarbonat ist schwerlöslich in neutralem Wasser. Durch das hinzugeben einer Säure (also H+) entsteht Calciumhydrogencarbonat, was gut in Wasser lösbar ist. Die Schalen der Coccolithoporiden und Foraminiferen würden sich unterhalb der CCD auflösen. Reaktionsgleichung: CaCO3(s) + H+(aq) + HCO3-(aq) -> Ca++(aq) + 2 HCO3-(aq) (++steht hier für 2 Fach positiv geladenes Ion, s für feststoff, aq für gelöst).
Nun, Kohlensäure bildet sich nur unter hohem Druck, weil CO2 + H2O <-> HCO3- + H+ streng genommen ein Gleichgewicht ist und über ein Doppelpfeil geschrieben werden muß. Nach dem le Chatelier Prinzip kann ein Gleichgewicht durch bestimmte Einflüsse beeinflusst werden. Dazu gehören unteranderem Druck, Temperatur und Stoffmenge. Das Prinzip von le Chatelier ist das Prinzip des kleinsten Zwangs... Erhöhen wir die Temperatur, läuft bevorzugt die endotherme Reaktion ab; erniedrigen wir die Temperatur, läuft bevorzugt die exotherme Reaktion ab. Erhöhen wir die Menge eines Stoffes in einem Gleichgewicht, läuft bevorzugt die Reaktion ab, die diesen Stoff verbraucht und erhöhen wir den Druck, läuft bevorzugt die Reaktion ab, deren Produkte weniger Volumen einnehmen. CO2 ist ein Gas, HCO3- + H+ sind gelöst und nehmen deutlich weniger Volumen ein. Darum bildet sich Hydrogencarbonat vermehrt in großer Wassertiefe, wegen dem hohen Wasserdruck.
Unterhalb von 5000 Metern messen wir ein großen ph Umschwung von schwach alkalisch auf schwach sauer. Hier ist genau dieses genannte Gleichgewicht von zentraler Rolle.