תוֹכֶן
רבים מהחלקים המזוהים ביותר עם הטבע מתפקדים על ידי שמירה על איזון כלשהו. מערכת מאגרי הפחמימות היא אחת ממערכות החוצץ החשובות בטבע, המסייעת לשמור על איזון זה.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
כמו כל מערכת חציצה, מאגר ביקרבונט מתנגד לשינוי ב- pH, כך שהוא מסייע בייצוב ה- pH של תמיסות כמו דם ומי אוקיינוס. החמצת האוקיאנוס והשפעות התרגיל על הגוף הן שתיהן דוגמאות לאופן פעולתן של חיץ ביקרבונט.
חומצה פחמנית
כאשר פחמן דו חמצני (CO2) גז מתמוסס במים, הוא יכול להגיב עם אותם מים ליצירת חומצה פחמית. לאחר מכן, חומצה פחמנית יכולה לוותר על יון מימן להפוך לביקרבונט, שיכול לוותר על יון מימן נוסף שיהפוך לקרבונט. כל התגובות הללו הן הפיכות. משמעות הדבר היא שהם עובדים קדימה וגם הפוך. פחמן למשל, יכול להרים יון מימן כדי להפוך לביקרבונט.
שיווי משקל פחמתי
סדרת התגובות המובילה מפחמן דו חמצני מומס לקרבונט מגיעה במהירות לשיווי משקל דינמי, מצב בו התהליכים קדימה ואחורה של תגובה זו מתרחשים בשיעורים שווים. הוספת חומצה תגדיל את קצב התגובה ההפוכה ואת היווצרות הפחמן הדו-חמצני ויגרום ליותר פחמן דו-חמצני להתפזר מהפתרון. הוספת בסיס לעומת זאת תגדיל את קצב התגובה קדימה ותגרום להיווצרות של יותר ביקרבונט ופחממת. כל לחץ על מערכת זו גורם לשינוי מפצה בכיוון המשיב את שיווי המשקל. מערכת החוצץ ממשיכה לעבוד כל עוד הריכוז שלה גדול בהשוואה לכמות החומצה או הבסיס שנוספו לתמיסה.
בני אדם וחוצץ פחמן
בבני אדם ובעלי חיים אחרים, מערכת חוצצני הפחמן עוזרת לשמור על pH קבוע בזרם הדם. PH של הדם תלוי ביחס של דו תחמוצת הפחמן לביקרבונט. הריכוזים של שני המרכיבים גדולים מאוד בהשוואה לריכוזי החומצה שנוספו לדם במהלך פעילויות רגילות או פעילות גופנית מתונה. במהלך פעילות גופנית מאומצת, למשל, נשימה מהירה עוזרת לפצות על עליית דו תחמוצת הפחמן בדם. מנגנונים אחרים המסייעים בתפקוד זה כוללים את מולקולת ההמוגלובין בכדוריות הדם האדומות שלך, המסייעת גם לחיץ את רמת החומציות בדם.
חציצה בפחמן באוקיינוס
באוקיאנוס, דו תחמוצת הפחמן המומס מהאטמוספרה נמצאת בשיווי משקל עם ריכוזי מי הים של חומצה פחמנית וביקרבונט. עם זאת, עלייה בפליטות דו תחמוצת הפחמן מפעילות אנושית העלתה את רמות הפחמן הדו-חמצני האטמוספרי, וגרמה לעלייה בפחמן דו-חמצני מומס. ככל שריכוז הפחמן הדו-חמצני המומס עולה, עולה קצב התגובה הקדימה של מערכת המאגר עד שהמערכת מגיעה לשיווי משקל חדש. משמעות הדבר היא כי עלייה בפחמן דו חמצני מומס גורמת לירידה קלה ב- pH. יכולת החיץ של האוקיינוסים - יכולתה לספוג חומצה או בסיס - היא גדולה מאוד, אך לשינויים הדרגתיים מסוג זה יכולים להיות השלכות חמורות על סוגים רבים של חיים באוקיאנוס. בעלי חיים היוצרים את הקליפות שלהם מסידן פחמתי, למשל, עשויים למצוא את יכולות ייצור הקליפות שלהן מופחתות על ידי שינויים משמעותיים בשיווי המשקל של בסיס האוקיאנוס.