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    海水中的碳酸物質(zhì)和氧是海洋生物產(chǎn)生及生活最重要的基本要素。海水中的碳酸物質(zhì)，是構(gòu)成大量貝殼的碳酸鈣的源泉。此外，在整個地質(zhì)時時期，大量的碳酸鈣（包括碳酸鎂）主要以生物貝殼的形式沉積，并構(gòu)成巨大的石灰?guī)r層，這也是眾所周知的。但是，一度形成的碳酸鈣隨海水pH的變化可以重新溶解。在為紅粘土所覆蓋的深海底沉積物中，碳酸鈣沉積很少，這表明有孔蟲目等的介殼在沉降的途中被溶解了。
    就海洋中氧的情況來考慮，其在海洋表層附近處于飽和或過飽和狀態(tài)，但隨深度的增加氧逐漸減少，在某一深度處變?yōu)闃O小。氧的減少主要是為有機(jī)物的氧化消耗而引起的，這是明確的。關(guān)于氧極小層出現(xiàn)的原因在前面文章中已有詳述。
    海洋中氧、有機(jī)碳、各種碳酸物質(zhì)、碳酸鈣、碳酸鎂等之間的化學(xué)過程與基于海水運動的力學(xué)過程復(fù)雜地交織在一起。但是，如前所述，海水中的碳酸酸物質(zhì)中，有H₂CO_3、HCO^-₃和CO^-2₃三種，在它們之間常常存在平衡。為要闡明碳酸物質(zhì)的問題，不僅要知道總碳酸或堿度的垂直分布，而且必須知道H₂CO_3、HCO^-₃和CO^-2₃各自的濃度。
    湯普森（1941）等在靠近美洲大陸的太平洋測定了總碳酸溶解氧和溶解氮。其結(jié)果示于表3．7中。

    根據(jù)表3．7的測定值，求出了該海區(qū)的H₂CO_3、HCO₃和CO^-2₃的垂直分布。其結(jié)果示于圖3．14。從圖可以看出，H₂CO_3、HCO₃和CO^-2₃三者在任何深度下都是共存的，在任何深度下，都不能忽視H₂CO₃或CO^-2₃的存在。過去很多研究都認(rèn)為從表層到約200米，除HCO^-₃外，僅有少量的CO^-2₃存在，而H₂CO₃的存在微乎其微。此外，另方面在200米以深的地方，CO^-2₃的的存在則極微。但是，作者所所給出的分布是合理的，下邊的事實也是明確的。

表3．7  北太平洋東部海區(qū)CO₂，O₂和N₂的垂直分布

*T．G．Thompson（個人通信）
    麥克倫登求出海水中H₂CO₃的分壓與pH的關(guān)系。由他給出的pH與H₂CO₃分壓的測定值，求出兩者的關(guān)系式如下：

ln P_co2=A-BpH

式中，P_co2：CO₂的分壓（毫米汞柱），A：21．93，B：2．87。
    作者根據(jù)湯普森的pH值，由上式求出了各深度下H₂CO₃的分壓，二氧化碳在純水和海水中的溶解度（C_s），按布赫意見是作為水溫和氯度的函數(shù)而給出的（表3．8）。
    如果知道二氧化碳的分壓P_co2和二氧化碳的溶解度C_s，就可用下式給出H₂CO₃的濃度〔H₂CO₃〕：

〔H₂CO₃〕＝C_s·P_co2

    由上式求出的各深度下的值，與H₂CO₃（曲線A^-）的值非常一致。

表3．8  二氧化碳在純水和海水中的溶解度
（相對于二氧化碳1大氣壓下的溶解度）

    已知海洋中碳酸物質(zhì)的垂直分布，其濃度隨深度逐漸增加。其增加的原因前已敘及。當(dāng)有機(jī)物氧化的時侯，在氧化環(huán)境下，1分子氧生成1分子二氧化碳。因此設(shè)想在氧減少和碳酸增加之間，存在定量的關(guān)系。

表3．9  海水中溶解氧與總二氧化碳的關(guān)系 

    如按湯普森和雷克斯特勞（N．W．Rakestraw，1938a，b）等所給出的氮氣的分析結(jié)果，氮顯示出與深度無關(guān)，等于1個大氣壓下的對空氣的飽和量。由此來看，氧最初也等于1大氣壓下對空氣的飽和量，并認(rèn)為有兩個原因使它減少。因此，首先計算出與各深度下的水溫、氯度相對應(yīng)的氧飽和量（圖3．15曲線A）。該飽和量與測定的氧含量之差可作為由于氧化而失去的部分。把這失去的氧量用△O₂表示（表3．9，圖3．15曲線C）。這里知道的是失去的氧的克分子數(shù)大致等于同一深度下總碳酸的增加量。所以從相應(yīng)深度的總碳酸的克分子數(shù)減去等于失去氧的克分子數(shù)，就得出圖3．15中的曲線E，除了近表面處以外，該差值表現(xiàn)出大致接近定值的垂直分布。

    因為海水中的溶解物質(zhì)主要是根據(jù)其含氯量或氯度而變化，所以進(jìn)一步用氯度除〔總碳酸-△O₂〕，求出其比值，該比值與深度無關(guān)，幾乎成一定值（圖3．15曲線F）。但若仔細(xì)觀察，其隨深度略有增加。這種增加大概是由于石灰質(zhì)溶解所致。
    從以上事實看，海洋中溶解氧的變化與游離碳酸和總碳酸的變化之間，存在幾乎完全1：1的對應(yīng)關(guān)系。與此交織在起的是有機(jī)物的分解、氧化作用。與此比較可以認(rèn)為，由石灰物質(zhì)的溶解所引起起的總碳酸的增加，是次要的。如把這種有機(jī)物的氧化作為總碳酸量增加的原因，因其大部分是以游離碳酸的形式供給的，所以海水的pH隨深度變小是應(yīng)該的，pH降低是碳酸鈣溶解所致。