Sự xuất hiện carbonat trong nước

Nước tự nhiên bao gồm nước biển, sông ngòi, ao hồ, nước ngầm tiếp xúc với ba quyển của quả đất là khí quyển, địa quyển và sinh quyển. Đặc biệt các đại dương với diện tích và thể tích rất lớn là một bể chứa và vận chuyển rất nhiều loại hoá chất đi đến khắp nơi.

Thành phần của nước tự nhiên được quyết định bởi các quá trình địa hóa và sinh học gồm nhiều loại acid và baz chủ yếu tạo bởi các nguyên tố có trong cơ thể sống mà quan trọng nhất là carbon dưới dạng CO2 , HCO3-, CO32- .

Hệ carbonat phải được tính đến trong toàn bộ môi trường bao gồm khí quyển ,địa quyển, sinh quyển và thủy quyển. Các quá trình quang tổng hợp và hô hấp của các loài động vật tạo nên một chu trình toàn cầu trong đó carbon trao đổi chậm giữa địa quyển và khí quyển và nhanh hơn giữa khí quyển và các đại dương.

Nguồn phân bố carbon trong quả đất bao gồm: nguồn trầm tích, đất bề mặt, đại dương và khí quyển.

Sự xuất hiện các dạng carbonat trong nước tự nhiên do nhiều nguyên nhân như: sự hoà tan khí CO2 từ khí quyển vào nước, nước tự nhiên chảy qua các vùng trầm tích, vùng đất bề mặt có chứa carbon hữu cơ hoặc sự hòa tan các muối carbonat, …

Khí CO2 tồn tại trong khí quyển với lượng tương đối nhỏ, chiếm khoảng 0,032% về thể tích, tương ứng với áp suất riêng phần của CO2 là PCO2 =10-3,5 atm, có nguồn gốc từ các hoạt động công nghiệp như đốt cháy nhiên liệu hoá thạch, than đá, dầu …Đặc biệt, việc phá hủy các khu rừng nhiệt đới đã làm gia tăng nghiêm trọng hàm lượng CO2 trong khí quyển. Có khoảng 30-50% CO2 sinh ra do quá trình công nghiệp hoá lưu lại trong khí quyển ,số còn lại luân chuyển vào thủy quyển và sinh quyển. Bản thân các đại dương là môi trường kiềm yếu nên có khả năng hấp thu khí CO2 để chuyển thành HCO3- và vì vậy, các đại dương chiếm một lượng carbon vô cơ lớn gấp 60 lần so với lượng carbon vô cơ trong khí quyển .
Hằng năm có khoảng 54.1014 mol CO2 được cây xanh sử dụng cho quá trình quang tổng hợp và 0.05% trong số này được hoàn trả lại do sự hô hấp vào ban đêm và sự oxi hoá các chất hữu cơ.
Các đá vôi thuộc thời tiền địa chất có lẽ được hình thành bởi phản ứng của silicat và khí carbonic :
CaSiO3 + CO2 —-> CaCO3 +SiO2.

Nguồn trầm tích chứa hàm lượng carbonat rất cao khoảng 28500 lần so với nguồn CO2 từ khí quyển. Carbonat chiếm phần lớn trong nước tự nhiên do trầm tích là nguồn cung cấp chủ yếu thành phần carbon dưới dạng CO2 hoà tan , HCO3-, CO32-.

Sự hòa tan các muối carbonat cũng góp phần không nhỏ hình thành các dạng carbonat trong nước tự nhiên .
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca 2+ + 2 HCO3 –
NaAlSiO8 + 11/2 H2O + CO2 = Na+ + HCO3- + 1/2Al2Si2O5(OH)4

Bảng 1:Sự phân bố carbon trong quả đất.

Nguồn	Mol C.1018	So với khí quyển
Trầm tích	Carbonat 1530 Carbon hữu cơ 572	28500 10600
Đất bề mặt	Carbon hữu cơ 0,065	1,12
Đại dương	CO2+H2CO3 0,018 HCO3- 2,6 CO32- 0,33 Động thực vật chết 0,23 Động thực vật sống 0 0,0007	0,3 48,7 6,0 4,4 0,01
Khí quyển	CO2 0 0,05351	1,0

Chính hệ carbonat này là nguồn tạo khả năng đệm lớn nhất cho các đại dương.

Bảng 2: Các hệ đệm trong nước tự nhiên (M)

Baz	Nước ngọt	Nước bề mặt	Dưới lòng Đại Tây Dương	Dưới lòng Thái Bình Dương
Carbonat	970	2100	2300	2500
Silicat	220	❤	30	150
Ammoniat	1-10	<500	<500	<500
Phosphat	0,7	<0,2	1,7	2,5
Borat	1	0,4	0,4	0,4