Profundidad de compensación de carbonato

La profundidad de compensación de carbonatos ( CCD ) es la profundidad, en los océanos, a la que la tasa de aporte de carbonatos de calcio se iguala a la tasa de solvatación . Es decir, la solvatación compensa el aporte. Por debajo de la CCD, la solvatación es más rápida, por lo que las partículas de carbonato se disuelven y las conchas de carbonato ( caparazones ) de los animales no se conservan. Las partículas de carbonato no pueden acumularse en los sedimentos cuando el fondo marino se encuentra por debajo de esta profundidad.

La calcita es el carbonato menos soluble, por lo que la profundidad de compensación de la calcita (CCD, por sus siglas en inglés) suele ser la profundidad de compensación para la calcita. La profundidad de compensación de la aragonita ( ACD , por sus siglas en inglés) es la profundidad de compensación para los carbonatos aragoníticos . La aragonita es más soluble que la calcita, y su profundidad de compensación suele ser menor que la de la calcita y que la CCD.

Como se muestra en el diagrama, las conchas de carbonato de calcio biogénico (CaCO₃ ₎ se producen en la zona fótica de los océanos (círculos verdes). Al morir, las conchas que no se disuelven cerca de la superficie se depositan junto con materiales arcillosos. En el agua de mar, se forma un límite de disolución como resultado de la temperatura, la presión y la profundidad, conocido como horizonte de saturación . ^{[ 3 ]} Por encima de este horizonte, las aguas están sobresaturadas y las conchas de CaCO₃ _se conservan en gran medida. Por debajo, las aguas están subsaturadas, debido tanto al aumento de la solubilidad con la profundidad como a la liberación de CO₂ _por la descomposición de la materia orgánica, y el CaCO₃ _se disolverá. La velocidad de hundimiento de los detritos es rápida (flechas anchas pálidas), por lo que la disolución ocurre principalmente en la superficie del sedimento.

A la profundidad de compensación de carbonatos, la tasa de disolución coincide exactamente con la tasa de suministro de CaCO₃ _desde arriba. En estado estacionario, esta profundidad, la CCD, es similar a la línea de nieve (la primera profundidad donde se encuentran sedimentos pobres en carbonatos). La lisoclina es el intervalo de profundidad entre las profundidades de saturación y de compensación de carbonatos. ^{[ 4 ] [ 1 ]}

El carbonato de calcio es prácticamente insoluble en las aguas superficiales del mar actualmente. Las conchas de plancton calcáreo muerto que se hunden a aguas más profundas permanecen prácticamente inalteradas hasta alcanzar la lisoclina , el punto situado a unos 3,5 km de profundidad a partir del cual la solubilidad aumenta drásticamente con la profundidad y la presión. La CCD se define por el punto en el que el carbonato de calcio ya no está presente en los sedimentos, habiéndose disuelto según la siguiente ecuación:

${\displaystyle {\ce {CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca^2+ (ac) + 2HCO_3^- (ac)}}}$

En la columna de agua por encima de la CCD se pueden encontrar plancton calcáreo y partículas de sedimento . Si el lecho marino está por encima de la CCD, los sedimentos del fondo pueden consistir en sedimentos calcáreos llamados lodo calcáreo , que es esencialmente un tipo de piedra caliza o tiza . Si el lecho marino expuesto está por debajo de la CCD, las diminutas conchas de CaCO₃ _se disolverán antes de alcanzar este nivel, impidiendo la deposición de sedimentos carbonatados. A medida que el fondo marino se expande, la subsidencia térmica de la placa, que tiene el efecto de aumentar la profundidad , puede llevar la capa de carbonato por debajo de la CCD; la capa de carbonato puede verse impedida de interactuar químicamente con el agua de mar por sedimentos suprayacentes, como una capa de lodo silíceo o arcilla abisal depositada sobre la capa de carbonato. ^{[ 5 ]}

El valor exacto de la CCD depende de la solubilidad del carbonato de calcio, que está determinada por _la temperatura , la presión y la composición química del agua, en particular la cantidad de CO₂ disuelto en ella. El carbonato de calcio es más soluble a temperaturas más bajas y a presiones más altas. También es más soluble si la concentración de CO₂ disuelto es mayor. Agregar un reactivo a la ecuación química anterior desplaza el equilibrio hacia la derecha, produciendo más productos: _Ca²⁺ y HCO₃⁻ , ^y consumiendo más reactivos _, CO₂ y carbonato de calcio, _según ^el principio de Le Chatelier .

Actualmente, la profundidad de la CCD en el océano Pacífico es de aproximadamente 4200–4500 metros, excepto bajo la zona de afloramiento  ecuatorial, donde la CCD es de aproximadamente 5000 m. En el océano Atlántico templado y tropical, la CCD se encuentra a unos 5000 m. En el océano Índico, es intermedia entre el Atlántico y el Pacífico, a unos 4300 metros. La variación en la profundidad de la CCD se debe principalmente al tiempo transcurrido desde que el agua del fondo estuvo expuesta a la superficie; esto se denomina la "edad" de la masa de agua . La circulación termohalina determina las edades relativas del agua en estas cuencas. Debido a que la materia orgánica, como las heces de los copépodos , se hunde desde las aguas superficiales hacia aguas más profundas, las masas de agua profundas tienden a acumular dióxido de carbono disuelto a medida que envejecen. Las masas de agua más antiguas tienen las concentraciones más altas de CO₂ y, por lo tanto _, la CCD menos profunda. La CCD es relativamente poco profunda en latitudes altas , con la excepción del Atlántico Norte y las regiones del océano Austral donde se produce el hundimiento . Este afloramiento transporta agua joven de la superficie, con concentraciones relativamente bajas de dióxido de carbono, hacia las profundidades del océano, lo que reduce la CCD (Diferencia de Caída del Carbono). 

En el pasado geológico, la profundidad de la CCD ha mostrado una variación significativa. En el Cretácico hasta el Eoceno, _la CCD era mucho menos profunda a nivel global que en la actualidad; debido a la intensa actividad volcánica durante este período, las concentraciones atmosféricas _{de CO₂} fueron mucho mayores. Las concentraciones más altas de CO₂ resultaron en una mayor presión parcial de CO₂ sobre el océano. Esta mayor presión de CO₂ atmosférico conduce a un aumento del CO₂ disuelto _en la capa superficial mixta del océano. Este efecto fue moderado en cierta medida por las elevadas temperaturas de los océanos profundos durante este período. ^{[ 6 ]} A finales del Eoceno, la transición de una _Tierra de efecto invernadero a una Tierra glacial coincidió con una CCD más profunda.

John Murray investigó y experimentó sobre la disolución del carbonato de calcio y fue el primero en identificar la profundidad de compensación del carbonato en los océanos. ^{[ 7 ]}

En los fondos marinos por encima de la profundidad de compensación de carbonatos, el lodo más común es el lodo calcáreo ; en los fondos marinos por debajo de la profundidad de compensación de carbonatos, el lodo más común es el lodo silíceo . Mientras que el lodo calcáreo se compone principalmente de rizarios , el lodo silíceo se compone principalmente de radiolarios y diatomeas . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

• Bomba de carbonato
• Gran Cinturón de Calcita
• Lisoclina
• acidificación de los océanos