海洋のアルカリ度と炭酸カルシウム粒子の溶解

　炭酸カルシウム粒子の溶解が進むのは、海水中の炭酸イオン濃度が減ること（pHが下がること）、圧力が増すことが条件になります。下の図は、海洋表層で生産された生物起源の炭酸カルシウム粒子が沈降して、海底に堆積する様子をイメージしています。3つの層に分けて説明します。

炭酸カルシウム過飽和（Ω＞１）：表面から底層（大西洋）、中深層（太平洋）までの水深帯

　海洋表層付近は、どこでも炭酸カルシウム粒子が溶解することはありません。海水が炭酸カルシウム粒子に対して過飽和な状態（Ω＞１）にあるからです。炭酸カルシウム飽和度のことをオメガ（Ω）で表すことが多いです。（過飽和といっても、勝手に析出するほどの過飽和ではありません）　海底の水が過飽和（Ω）であれば、海底には炭酸カルシウム粒子が蓄積するので、実際に白っぽい堆積物層になります。

炭酸カルシウム飽和（Ω＝１）：大西洋では底層、太平洋では中深層のある深度

　海洋では、深いほど、炭酸カルシウムに対する飽和度が下がってきます。あるところで、炭酸カルシウムに対して飽和（Ω＝１）になる深度が現れます。その深度を、炭酸カルシウム飽和深度といいます。

炭酸カルシウム未飽和（Ω＜１）：大西洋では底層から海底面、太平洋では中深層から海底面

　飽和深度より深いところでは、未飽和（Ω＜１）になり、炭酸カルシウム粒子の溶解が進みます。

飽和深度（Ω＝１）～CCDの深度帯の海底面

　炭酸カルシウム未飽和（Ω＜１）なので、炭酸カルシウム粒子は溶解します。飽和深度に達したとしても、その溶解速度はかなり遅いものです。溶解する速度よりも、表層から降ってくる速度が勝れば、海底面には炭酸カルシウム粒子の蓄積がゆっくりと進みます。

炭酸カルシウム補償深度（Calcium carbonate Compensation Depth: CCD）

　表層から降って堆積する速度と、溶解する速度が釣り合う深度を、炭酸塩補償深度（Calcium carbonate Compensation Depth: CCD）といいます。これより深いところの海底面には、炭酸カルシウム粒子は残りません。

ここで、炭酸カルシウム粒子が海水で溶解する条件式を書き出します。

過飽和な状態は、　　　【Ca²⁺】×【CO₃^2-】/ K_sp  >  1

飽和（平衡）な状態は、【Ca²⁺】×【CO₃^2-】/ K_sp  =  1

未飽和な状態は、　　　【Ca²⁺】×【CO₃^2-】/ K_sp  <  1

で、表されます。

　海水中のCa²⁺イオンは豊富にあるから、【Ca²⁺】は変化しないとみなせます。したがって、海水中の【CO₃^2-】が小さくなると、炭酸カルシウムに対して未飽和になってCaCO₃粒子は溶解します。

海水中の【CO₃^2-】が小さくなる条件　

　では、海水中の【CO₃^2-】が小さくなる条件とは何でしょうか？　すでに学んできたように、海水のpHが下がると、炭酸系物質の解離平衡が移動して、DICに対するCO₃^2-の割合が小さくなります。pH8ではCO₃^2-／DIC = 9%なのが、pH7になるとCO₃^2-／DIC = 1%にも満たなくなります。