Question

海洋与大气之间的气体交换方向取决于什么?

Answer 1

大气中的二氧化碳及其他各种气体，不断通过界面进入海水；各种海水溶解气体，也不断越过界面进入大气：形成了气体成分在海－气之间的交换。学者们提出过一些不同的模型，来解释这种交换的过程，其中常用的是“滞膜模型”(见图)。它假定液相的界面存在一层滞膜，气体成分通过滞膜的方式是分子扩散。由于扩散的速度比较慢，因此滞膜的厚度及其状态是控制气体交换速率的决定因素。

　　按此模型，气体进入液相的速率为

式中G为通过滞膜的气体量；t为气体成分通过滞膜的时间；DG为气体分子扩散系数；KG为气体的亨利定律的常数;A为交换面积;Z为滞膜扩散层厚度。令EG=DG/Z,则为

EG为经验常数，称为逸出系数；又因它具有速度的量纲，常称为交换速率。通过实验室的模拟试验或现场的研究，可求出EG，用它估算气体在海－气间的交换量。测试的方法不同，所得的EG也不同,但一般为(2～17)×10-3厘米／秒。在“海洋断面地球化学研究计划” (GEOSECS)的调查中，曾测定了氡自海水中逸入大气的速率，算出世界大洋 100多个观测站位的EG。总结起来，EG在赤道海区最小，在南极海区最大，20°C时大洋EG的平均值为3.3×10-3厘米/秒，对应的滞膜厚度为63微米。
　　温度升高时,气体在海-气之间的交换速率增加；海面风速增大时,滞膜厚度减小,交换速率也随着增加。但是不同的模拟研究表明：有的EG与风速成指数关系，有的则成线性关系。而在现场测定氡自海水中逸入大气的速度时，发现EG随风速的增加而增加。

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