Химия океана

Общеизвестно, что вода в океане соленая. Вес растворенных в океане солей достигает астрономической величины 48 млрд. г, при этом на долю хлористого натрия, т. е. обыкновенной поваренной соли, приходится 38 млрд. т. Самое удивительное в этом растворе – не огромные количества солей, а постоянство их соотношения между собой. Раствор солей в океане и соединенных с ним морях может быть слабее или крепче, в зависимости от величины испарения, речного стока и атмосферных осадков, но состав солей, придающих ей горько-соленый вкус, всегда остается постоянным. Средняя океанская соленость 35‰ (35 г соли на 1 кг воды). В открытом океане она изменяется в очень небольших пределах.

У экватора благодаря обильным дождям и сравнительно незначительному испарению соленость океана несколько ниже. На широте около 20? как северной, так и южной, где испарение велико, соленость увеличивается; в умеренных широтах дождей становится больше, испарение – хотя и меньше, соленость в итоге уменьшается. В Красное море не впадает ни одна река, здесь почти не бывает дождей, поэтому соленость воды в нем достигает 40-41‰. В Черном море, в которое впадают многоводные реки, соленость поверхностного слоя воды 17-18‰, в Белом море – 25-26‰, в Балтийском море – всего 3-4‰. С глубиной соленость воды в океане несколько повышается.

Однообразие состава солей указывает на единство Мирового океана, на неразрывную связь между отдельными его частями, но в то же время является загадкой. Невольно возникает вопрос – каково же происхождение этой солености, обладающей таким удивительным постоянством своего состава? Как давно установилось это постоянство?

На этот счет существуют две гипотезы. Согласно одной гипотезе, соли, растворенные в океанской воде, некогда находились в газообразном виде вместе с парами воды, которые окутывали еще неостывшую Землю. Когда охлажденные пары превратились в воду, вода сразу приобрела почти такую же соленость, которую мы находим в океане сейчас. Действительно, если судить по ископаемым морским организмам, соленость морской воды на протяжении долгих геологических периодов менялась очень мало.

Другая гипотеза предполагает постепенное осолонение океанов путем выщелачивания водой твердых пород земной коры и выделения из мантии хлора. Легкость, с которой хлор соединяется с натрием и магнием, позволила ему занять главенствующее положение в составе солей в морской воде. Однако вероятнее всего, что соленость морской воды своим происхождением обязана обоим этим процессам, к которым надо присоединить и еще один, но менее важный – это расход солей на мощные отложения на суше в периоды больших морских регрессий, когда высыхали обширные мелководные моря.

Состав солей в реках, стекавших в океан в первый период существования земной коры, был, вероятно, близок к их составу в современной океанской воде. Но с течением времени относительное содержание минералов на поверхности суши изменилось, и теперь состав солей в речной воде резко отличается от состава солей в морской воде.

Мы видим, таким образом, что реки приносят в океан меньше всего хлористых соединений и больше всего карбоната кальция. Как же поддерживается в океане такая высокая концентрация хлоридов и куда расходуется преобладающий в речной воде кальций?

Во время морских трансгрессий, в периоды наступлений океана на материки, на поверхности суши образовались мелководные моря. Под влиянием испарения в них в первую очередь отлагались гипс, сернистые соединения (сульфаты магния, кальция и калия) и карбонаты (углекислый кальций). Оставив эти соли на суше, океан с течением времени отступал, унося с собой хлориды обратно. Хлористый натрий отлагался на суше в самую последнюю очередь, когда остатки внутриконтинентальных морей, уже не связанных с океаном, высыхали до дна.

Кроме того, соединения кальция и кремния, приносимые реками, энергично поглощались в океане и продолжают поглощаться животными организмами, строящими из них свои скелеты и раковины.

Так на протяжении многих миллионов лет поддерживался и продолжает поддерживаться сейчас баланс минеральных веществ, определяющих соленость Мирового океана. Что касается утраты натрия и хлора во время регрессий, то пополнение их происходило за счет выделения летучих веществ из недр Земли и вновь образующейся, так называемой ювенильной воды. По мнению академика А. П. Виноградова, состав морской воды существенно не изменился на протяжении 2-2,5 млрд. лет. Состав и концентрация солей в океане – "мировая константа", "характерная постоянная нашей планеты" – писал академик В. И. Вернадский.

Чтобы убедиться, велика ли роль рек в осолонении океана, вспомним, что годовой сток всех рек на земном шаре равен 37 тыс. км3. Из них 37 % дает Южная Америка, 27- Африка, 22 – Азия и только 6% – Европа. Если все это количество речной воды разлить по поверхности океана, образуется слой толщиной всего в 10 см. Солей в килограмме речной воды, по подсчетам С. В. Бруевича, в среднем в 350 раз меньше, чем в килограмме морской воды. Сейчас в среднем с 1 км2 суши за год выносится в океан 23 т солей. Суммарный сток в океан всех растворенных веществ, по подсчетам О. А. Алекина, 3300 млн. т, из них 1773 млн. т выпадает в осадок.

За период в 37 тыс. лет реки могут вынести в Мировой океан такое количество воды, которое равно его объему. На протяжении геологической истории Земли такие периоды повторялись бесконечно большое число раз. При существующей разнице в солевом составе речной и морской воды, которая показана в таблице, соленость океанской воды за это время должна была бы измениться самым коренным образом, однако этого не случилось.

По расчетам американских океанологов Р. Ревелла и Фэйрбриджа, речной сток мог бы увеличить количество карбоната кальция в океане вдвое только за один миллион лет, но так как его все время потребляют населяющие океан организмы, то изменение в морской воде количества кальция незаметно. Повторяя слова академика В. И. Вернадского, мы можем смело утверждать, что солевой состав океанской воды регулируется в конечном итоге живым веществом.

В наибольшем количестве в морской воде содержится хлористый натрий (27,2 г на 1 кг воды), за ним идет хлористый магний (3,8 г на 1 кг), сернокислый магний (1,7 г на 1 кг), сернокислый кальций (1,3 г на 1 кг), а затем в порядке убывания – сернокислый калий, углекислый кальций и бромистый магний, каждого из которых в килограмме морской воды содержится менее одного грамма.