氣體在海洋與大氣間的交換

氣體在海洋與大氣間的交換

正文

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G為通過滯膜的氣體量；t為氣體成分通過滯膜的時間；DG為氣體分子擴散係數；KG為氣體的亨利定律的常數;A為交換面積;Z為滯膜擴散層厚度。令EG=DG/Z,則為

EG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EG，用它估算氣體在海－氣間的交換量。測試的方法不同，所得的EG也不同,但一般為(2～17)×10-3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EG。總結起來，EG在赤道海區最小，在南極海區最大，20°C時大洋EG的平均值為3.3×10-3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EG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EG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。
參考書目
　J.P.Riley,G.Skirrow,eds,ChemicalOceanography,2nd ed.,Vol.1，Chapter 8，Academic Press，London，1975.

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