عمق تعويض الكربونات

عمق تعويض الكربونات ( CCD ) هو العمق في المحيطات الذي يتساوى عنده معدل إمداد كربونات الكالسيوم مع معدل ذوبانها . أي أن الذوبان "يعوض" الإمداد. تحت عمق تعويض الكربونات، يكون الذوبان أسرع، مما يؤدي إلى ذوبان جزيئات الكربونات وعدم حفظ أصداف الكربونات ( هياكل ) الحيوانات. لا يمكن لجزيئات الكربونات أن تتراكم في الرواسب حيث يقع قاع البحر تحت هذا العمق.

الكالسيت هو أقل هذه الكربونات ذوبانًا، لذا فإن عمق تعويض الكالسيت ( CCD) هو عادةً عمق التعويض الخاص به. أما عمق تعويض الأراغونيت ( ACD ) فهو عمق التعويض الخاص بكربونات الأراغونيت . الأراغونيت أكثر ذوبانًا من الكالسيت، وعادةً ما يكون عمق تعويض الأراغونيت أقل من كلٍّ من عمق تعويض الكالسيت وعمق تعويض الكالسيت (CCD).

كما هو موضح في الرسم التخطيطي، تتكون أصداف كربونات الكالسيوم الحيوية (CaCO₃ ₎ في المنطقة الضوئية من المحيطات (الدوائر الخضراء). عند موتها، تترسب الأصداف التي نجت من الذوبان بالقرب من السطح، جنبًا إلى جنب مع المواد الطينية. في مياه البحر، يتشكل حدٌّ للذوبان نتيجةً لدرجة الحرارة والضغط والعمق، ويُعرف هذا الحد باسم أفق التشبع . ^{[ 3 ]} فوق هذا الأفق، تكون المياه فوق مشبعة، وتُحفظ أصداف كربونات الكالسيوم _إلى حد كبير. أما تحته، فتكون المياه غير مشبعة، وذلك بسبب زيادة الذوبان مع العمق، وانبعاث ثاني أكسيد الكربون _من تحلل المواد العضوية، وبالتالي تذوب كربونات الكالسيوم _. سرعة غرق الرواسب سريعة (الأسهم العريضة الباهتة)، لذا يحدث الذوبان بشكل أساسي على سطح الرواسب.

عند عمق تعويض الكربونات، يتطابق معدل الذوبان تمامًا مع معدل إمداد كربونات الكالسيوم _من الأعلى. في حالة الاستقرار، يكون هذا العمق، المعروف باسم عمق تعويض الكربونات (CCD)، مشابهًا لخط الثلج (أول عمق تتواجد فيه الرواسب الفقيرة بالكربونات). يُعرف خط التحلل بأنه الفاصل العمقي بين عمق التشبع وعمق تعويض الكربونات. ^{[ 4 ] [ 1 ]}

يُعدّ كربونات الكالسيوم غير قابل للذوبان تقريبًا في مياه سطح البحر اليوم. تبقى أصداف العوالق الكلسية الميتة الغارقة إلى المياه العميقة دون تغيير يُذكر حتى تصل إلى خط التحلل ، وهي النقطة التي تقع على عمق 3.5 كيلومتر تقريبًا، حيث تزداد قابلية الذوبان بشكل كبير مع العمق والضغط. يُعرَّف عمق كربونات الكالسيوم (CCD) بأنه النقطة التي يختفي عندها كربونات الكالسيوم من الرواسب، بعد ذوبانه وفقًا لهذه المعادلة:

${\displaystyle {\ce {CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca^2+ (aq) + 2HCO_3^- (aq)}}}$

يمكن العثور على العوالق الكلسية وجزيئات الرواسب في عمود الماء فوق مستوى العمق الكربوني (CCD). إذا كان قاع البحر أعلى من مستوى العمق الكربوني، فقد تتكون الرواسب القاعية من رواسب كلسية تُسمى الطمي الكلسي ، وهو نوع من الحجر الجيري أو الطباشير . أما إذا كان قاع البحر المكشوف أسفل مستوى العمق الكربوني، فإن أصدافًا صغيرة من كربونات الكالسيوم (CaCO3 ₎ ستذوب قبل الوصول إلى هذا المستوى، مما يمنع ترسب الرواسب الكربوناتية. ومع اتساع قاع البحر، قد يؤدي الهبوط الحراري للصفيحة، والذي يزيد من العمق ، إلى وصول طبقة الكربونات إلى ما دون مستوى العمق الكربوني؛ وقد تمنع الرواسب العلوية، مثل طبقة الطمي السيليسي أو الطين القاعي المترسب فوق طبقة الكربونات، من التفاعل الكيميائي مع مياه البحر . ^{[ 5 ]}

تعتمد القيمة الدقيقة لـ CCD على ذوبانية كربونات الكالسيوم، والتي تتحدد بدورها بدرجة الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي للماء، وخاصةً كمية ثاني أكسيد الكربون المذاب _فيه . تزداد ذوبانية كربونات الكالسيوم عند درجات الحرارة المنخفضة والضغوط المرتفعة، كما تزداد ذوبانية كربونات الكالسيوم عند ارتفاع تركيز _ثاني أكسيد الكربون المذاب . يؤدي إضافة متفاعل إلى المعادلة الكيميائية المذكورة أعلاه إلى دفع التوازن نحو اليمين، مما ينتج عنه المزيد من النواتج: أيونات ^{الكالسيوم} (Ca²⁺ ) وأيونات البيكربونات ₍ HCO₃⁻ ⁾ ، ويستهلك المزيد من المتفاعلات: _ثاني أكسيد الكربون وكربونات الكالسيوم ، وفقًا لمبدأ لو شاتيليه .

يبلغ عمق تيار الكربون في المحيط الهادئ حاليًا حوالي 4200-4500 متر، باستثناء المنطقة الواقعة أسفل منطقة التيارات الصاعدة الاستوائية ، حيث يبلغ حوالي 5000  متر. وفي المحيط الأطلسي المعتدل والاستوائي ، يبلغ عمق تيار الكربون حوالي 5000 متر. أما في المحيط الهندي، فيقع عمق تيار الكربون بين المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ، عند حوالي 4300 متر. وينتج التباين في عمق تيار الكربون بشكل كبير عن المدة الزمنية التي انقضت منذ تعرض المياه القاعية للسطح؛ وهذا ما يُسمى "عمر" الكتلة المائية . وتُحدد الدورة الحرارية الملحية الأعمار النسبية للمياه في هذه الأحواض. ولأن المواد العضوية، مثل فضلات مجدافيات الأرجل ، تغوص من المياه السطحية إلى المياه العميقة، فإن الكتل المائية العميقة تميل إلى تراكم ثاني أكسيد الكربون المذاب مع تقدمها في العمر. وتتميز أقدم الكتل المائية بأعلى تركيزات من _ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي بأقل عمق لتيار الكربون. ويكون عمق تيار الكربون ضحلًا نسبيًا في خطوط العرض العليا ، باستثناء شمال المحيط الأطلسي ومناطق من المحيط الجنوبي حيث تحدث التيارات الهابطة . يؤدي هذا التيار الهابط إلى جلب المياه السطحية الحديثة ذات التركيزات المنخفضة نسبياً من ثاني أكسيد الكربون إلى أعماق المحيط، مما يؤدي إلى انخفاض معدل تراكم الكربون. 

شهد عمق طبقة الكربون والكربون (CCD) تباينًا كبيرًا في الماضي الجيولوجي . ففي العصر الطباشيري وحتى الإيوسيني ، كانت طبقة الكربون والكربون أقل عمقًا بكثير على مستوى العالم مما هي عليه اليوم؛ إذ أدى النشاط البركاني المكثف خلال هذه الفترة إلى ارتفاع تركيزات _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل ملحوظ. ونتج عن ارتفاع تركيزات _ثاني أكسيد الكربون زيادة في الضغط الجزئي له فوق المحيط. ويؤدي هذا الضغط المتزايد لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون المذاب _في الطبقة السطحية _{المختلطة للمحيط} . وقد خُفِّف هذا التأثير جزئيًا بفعل ارتفاع درجات حرارة أعماق المحيطات خلال هذه الفترة. ^{[ 6 ]} وفي أواخر الإيوسيني، تزامن الانتقال من مناخ دافئ إلى مناخ بارد مع ازدياد عمق طبقة الكربون والكربون.

قام جون موراي بالبحث والتجريب حول ذوبان كربونات الكالسيوم وكان أول من حدد عمق تعويض الكربونات في المحيطات. ^{[ 7 ]}

في قيعان البحار فوق عمق تعويض الكربونات، يُعدّ الطمي الكلسي أكثر أنواع الطمي شيوعًا ؛ أما في قيعان البحار تحت عمق تعويض الكربونات، فيُعدّ الطمي السيليسي أكثر أنواع الطمي شيوعًا. ويتكون الطمي الكلسي في الغالب من الريزاريا ، بينما يتكون الطمي السيليسي في الغالب من الشعاعيات والدياتومات . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

• مضخة الكربونات
• حزام الكالسيت العظيم
• الليزوكلين
• تحمض المحيطات