大气和海洋之间气体的交换是一种动力学过程，当气体分子以同样的速率进入或离开海洋时，这时大气与海洋处于平衡状态，气体在海水中达到饱和。通常的情况是大气与海洋并不是处于平衡状态，这时候海-气界面气体的交换就必须用动力学模型来描述，其中最广泛采用、也比较简单的模型是Broecker和Peng(1982）提出的薄膜模型（Thin-film model）。在该模型中，假定存在一层“静止”的薄膜层（stagnant layer），其作用是阻碍海-气界面气体的交换，气体通过分子扩散穿过此薄膜，同时假设该薄膜层以上的大气中以及该薄膜层以下的水体中气体是充分混合的（图3.4.1）。在这种情况下，该薄膜层顶部水体中气体的浓度与其上方的大气达到平衡状态，而薄膜层底部气体的浓度与海洋混合层的浓度相同。
由图3.4.1可以看出，在薄膜层底部，气体分子浓度是恒定的，其值等于水体混合层中气体的浓度。在薄膜层顶部，气体分子的浓度等于其与大气达到平衡的浓度，即其浓度取决于该气体在大气中的浓度和温度。气体分子在薄膜层中的运动受控于分子扩散作用，因此，当薄膜层顶部与底部气体分子的浓度不同时，就会形成类似于水体中离子的扩散过程，气体分子将从高浓度的一端向低浓度一端运动，直到薄膜层之间气体分子的浓度梯度消失为止。如果大气中气体的分压刚好使其在薄膜层顶部的浓度等于其在薄膜层底部的浓度，那么该气体就在海-气界面间达到了平衡，此时就没有气体的净交换，进入海水的气体与离开海水的气体是同样多的。如果薄膜层顶部气体分子的浓度高于或低于水体中气体的浓度，那么就会产生浓度梯度，气体分子将通过薄膜层输送，输送的速率（或者说气体的交换通量）以单位时间进入或离开单位面积水体的气体数量来表示【mol/（ m2?a)】。
在未达到平衡状况的情况下，气体分子于海-气界面的净扩散通量（FA）正比于薄膜层中气体分子的浓度梯度（d[A]/dz)：
其中，z是薄膜层的厚度，DA是分子扩散系数，浓度梯度由薄膜层顶部和底部的浓度差计算获得。在实际工作中，薄膜层顶部气体的浓度通常以气体的大气分压表示，薄膜层底部气体的浓度一般认为等于水体混合层的浓度。
参考书目：《化学海洋学》，陈敏编著
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