淡水pCO₂の決定法

Determining freshwater pCO2 based on geochemical calculation and modelling using PHREEQC - ScienceDirect

AI要約

背景
化石燃料の燃焼により大気中の二酸化炭素（CO₂）濃度が上昇し、これが地球の気候や海洋に影響を及ぼしている。最新の知見によると、大気中のCO₂レベルの上昇はfreshwaterのCO₂分圧（pCO₂）にも影響を与え、これは多くのパラメータによって制御される。また、これまでのところ、現在および過去の淡水pCO₂レベルを測定する標準化された方法は存在しない。

手法
本研究では、PHREEQCという地球化学プログラムを用いて、フィールド、実験室、長期データに基づいたpCO₂の分析方法を記述。PHREEQCは、炭酸の解離定数や、全無機炭素（TIC）、全CO₂濃度（TCO₂）、全アルカリ度（TA）などのさまざまな入力パラメータを使用して、淡水pCO₂を計算・モデル化することができる。このプログラムは、複数の水サンプルの品質と信頼性を評価し、すべての関連する水生複合体の自動計算を可能にする。

結果
実験室データに基づくPHREEQCによるpCO₂計算の結果は、pH、TCO₂、TAといったパラメータに基づくモデル化結果と比較した場合、わずかな乖離が見られた。また、四つの淡水貯水池における長期モニタリングデータでも、PHREEQCによるpCO₂計算は一貫して信頼性が高く、過去のデータとの比較も可能であった。

考察
淡水系におけるpCO₂の変動は多くの環境要因に影響され、これらの要因を正確にモデル化することは容易ではない。PHREEQCを使用することで、過去のpCO₂の変動や気候変動による影響を体系的に評価することができる。特に、有機CO₂種を考慮することが重要であり、今後の研究においてもこのソフトウェアの活用が期待される。

PHREEQCの適用例です。計算は単純で、input例 を先に読んだ方が内容を解釈しやすいと思います。

Temperature °C temp 22.10
pH–value pH 6.406
Density mg kg-1 density 1.00
total CO2 concentration
(TCO2) mg l-1 C(4) # or C 78.66 as CO2 21.45 as C
Alkalinity (TA) mg l-1 Alkalinity 46.34
Calcium mg l-1 Ca 80.09
Chloride mg l-1 Cl 144.46
Magnesium mg l-1 Mg 12.16
Sulphate mg l-1 S(6) 48.06
Potassium mg l-1 K 3.144
Sodium mg l-1 Na 18.62
Oxygen mg l-1 O(0) 37.02
Silicium mg l-1 Si 0.494
Nitrate mg l-1 N(+5) 0.199
Phosphor mg l-1 P 0.150

 EQUILIBRIUM_PHASES Calcite CO2(g)