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In AquaEnv: Integrated Development Toolbox for Aquatic Chemical Model Generation

par(ask=TRUE)

#######################################################################
# calling the K functions directly
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K1 <- K_CO2(30, 15)
K2 <- K_HCO3(30, 15)

K1
K2



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# Minimal aquaenv definition
#######################################################################
ae <- aquaenv(S=30, t=15)
ae$K_CO2

ae$Ksp_calcite
ae$Ksp_aragonite


ae <- aquaenv(S=30, t=15, p=10)
ae <- aquaenv(S=30, t=15, P=11)
ae <- aquaenv(S=30, t=15, d=100)
ae <- aquaenv(S=30, t=15, d=100, Pa=0.5)
ae$K_CO2

ae$Ksp_calcite
ae$Ksp_aragonite

ae


#######################################################################
# Defining the complete aquaenv system in different ways
#######################################################################
S      <- 30
t      <- 15
p      <- gauge_p(d=10)   # ~ p <- 0.1*10*1.01325
SumCO2 <- 0.0020
pH     <- 8
TA     <- 0.002140798
fCO2   <- 0.0005326744
CO2    <- 2.051946e-05

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH)
ae$TA

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA)
ae$pH

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, CO2=CO2)
ae$pH

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, fCO2=fCO2)
ae$pH

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, CO2=CO2, fCO2=fCO2)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, TA=TA)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, CO2=CO2)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, fCO2=fCO2)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA, CO2=CO2)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA, fCO2=fCO2)


###########################################################################################
# having "aquaenv" calculated all properties that are needed to use the DSA for pH modelling
############################################################################################
S      <- 30
t      <- 15
p      <- gauge_p(10)    # ~ p <- 0.1*10*1.01325
SumCO2 <- 0.0020
pH     <- 8


ae <- aquaenv(S=S, t=t, p=p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, dsa=TRUE, revelle=TRUE)

#the buffer factor and auxilary buffer factors
ae$dTAdH
ae$dTAdSumCO2
ae$dTAdSumBOH3
ae$dTAdSumH2SO4
ae$dTAdSumHF

#the buffer factors concerning changes in the K's
ae$dTAdKdKdS
ae$dTAdKdKdT
ae$dTAdKdKdp
ae$dTAdKdKdSumH2SO4
ae$dTAdKdKdSumHF

#the partitioning coefficients
ae$c1
ae$c2
ae$c3
ae$b1
ae$b2
ae$so1
ae$so2
ae$so3
ae$f1
ae$f2

#not really DSA relevant: the revelle factor
ae$revelle





#######################################################################
# Cloning the aquaenv system: 1 to 1 and with different pH or TA
#######################################################################
S      <- 30
t      <- 15
SumCO2 <- 0.0020
TA     <- 0.00214


ae <- aquaenv(S, t, SumCO2=SumCO2, TA=TA)

aeclone1 <- aquaenv(ae=ae)

pH <- 9

aeclone2 <- aquaenv(ae=ae, pH=pH)

TA <- 0.002

aeclone3 <- aquaenv(ae=ae, TA=TA)

ae$pH
aeclone1$pH
aeclone2$TA
aeclone3$pH



#######################################################################
#preparing input variables
#######################################################################
S <- 10
t <- 15


pH_NBS      <- 8.142777
SumCO2molar <- 0.002016803

pH_free     <- convert(pH_NBS,      "pHscale", "nbs2free",    S=S, t=t)
SumCO2molin <- convert(SumCO2molar, "conc",    "molar2molin", S=S, t=t)

ae <- aquaenv(S, t,  SumCO2=SumCO2molin, pH=pH_free)
ae$pH
ae$SumCO2
ae$TA



#########################################################################
# Vectors as input variables (only ONE input variable may be a vector)
# (with full output: including the Revelle factor and the DSA properties)
#########################################################################
SumCO2 <- 0.0020
pH     <- 8

S      <- 30
t      <- 1:15
p      <- gauge_p(10)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=t, xlab="T/(deg C)", newdevice=FALSE)

S  <- 1:30
t  <- 15
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=S, xlab="S", newdevice=FALSE)

S  <- 30
p  <- gauge_p(seq(1,1000, 100))
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, pH=pH, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=p, xlab="gauge pressure/bar", newdevice=FALSE)



TA <- 0.0023

S  <- 30
t  <- 1:15
p  <- gauge_p(10)
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=t, xlab="T/(deg C)", newdevice=FALSE)

S  <- 1:30
t  <- 15
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=S, xlab="S", newdevice=FALSE)

S  <- 30
p  <- gauge_p(seq(1,1000, 100))
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=SumCO2, TA=TA, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=p, xlab="gauge pressure/bar", newdevice=FALSE)


######################################################################################
# Conversion from and to a dataframe
#(conversion from a dataframe is needed to treat the results of a dynamic run with the
# package deSolve as an object of type "aquaenv")
######################################################################################
aedataframe <- as.data.frame(ae)
aetest      <- aquaenv(ae=aedataframe, from.data.frame=TRUE)



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# Calculating SumCO2 by giving a constant  pH&CO2, pH&fCO2, pH&TA, TA&CO2, or TA&fCO2  
######################################################################################
fCO2   <- 0.0006952296
CO2    <- 2.678137e-05
pH     <- 7.888573
TA     <- 0.0021

S  <- 30
t  <- 15
p  <- gauge_p(10)

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, CO2=CO2, dsa=TRUE, revelle=TRUE)
ae$SumCO2
ae$revelle
ae$dTAdH

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, fCO2=fCO2)
ae$SumCO2

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, TA=TA)
ae$SumCO2

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, TA=TA, CO2=CO2)
ae$SumCO2

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, TA=TA, fCO2=fCO2)
ae$SumCO2


t  <- 1:15
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, CO2=CO2)
plot(ae, xval=t, xlab="T/(deg C)", mfrow=c(9,10), newdevice=FALSE)

ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, CO2=CO2, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=t, xlab="T/(deg C)", newdevice=FALSE)

S  <- 1:30
t  <- 15
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, fCO2=fCO2, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=S, xlab="S", newdevice=FALSE)

S  <- 30
p  <- gauge_p(seq(1,1000, 100))
ae <- aquaenv(S, t, p, SumCO2=NULL, pH=pH, TA=TA, revelle=TRUE, dsa=TRUE)
plot(ae, xval=p, xlab="gauge pressure/bar", newdevice=FALSE)