Химия океана

Хорошо известно, что холодные воды полярных морей количественно богаче жизнью, чем теплые воды тропических областей океана. Весьма вероятно, что одна из причин этого явления заключается в растворимости газов в морской воде. Как кислород, необходимый для дыхания, так и углекислый газ, потребляемый растениями для построения живого органического вещества, в холодной воде растворяются в большем количестве, чем в теплой.

Много еще неразрешенных вопросов в химии океана. Какие, например, процессы происходят на границах раздела между водой и атмосферой? В зависимости от местных условий океан "вдыхает" и "выдыхает" газы – кислород и углекислоту. Очень важно получить количественные данные об этом газообмене, особенно в отношении углекислоты.

Для иллюстрации громадных масштабов этих процессов можно привести несколько цифр. Российский океанолог О. И. Кобленц-Мишке подсчитала, что годовое усвоение углерода фитопланктоном в Тихом океане (без морей) составляет 9 млрд. г. Воспользовавшись этой величиной и расчетными данными академика А. П. Виноградова, В. Г. Богоров вычислил, что фитопланктон выделяет при этом 24 млрд. т кислорода, из которых 14 млрд. т остается в растворенном виде в воде; одновременно фитопланктоном потребляется 1,5 млрд. т азота, 0,2 млрд. т фосфора и 0,5 млрд. т железа. Поистине, как выразился академик В. И. Вернадский, "на земле нет химической силы более могущественной, чем живые организмы, взятые вместе".

Процентное содержание углекислоты в воде по отношению к другим растворенным в ней газам в десятки раз превышает относительное ее содержание в атмосфере. Между атмосферой и океаном происходит непрерывный обмен углекислотой, причем океан играет роль гигантского склада этого газа. Этот газообмен имеет большое климатологическое значение (см. очерк "Маховик климата и погоды").

С поверхности океана испаряется вода. Вместе с ней в атмосферу ежегодно поступает до 400 тыс. т йода (Мияке, Тсуногаси), какое-то количество борной кислоты (Гаст, Томсон), фосфатов (Бэйлор) и, очевидно, других химических веществ. Во время сильных ветров четкая граница между поверхностью океана и атмосферой разрушается. Ветер вместе с брызгами и пеной уносит соль, гумус, детрит, которые потом частично выпадают на суше. Наконец, водяные пары, поднимающиеся с поверхности океана, имеют иной изотопный состав, чем океанская вода. В результате атмосферная вода обогащается протием (самый легкий изотоп водорода Н1), а поверхностная вода в океане – дейтерием (тяжелый изотоп водорода Н2). Однако в конечном итоге общий круговорот воды поддерживает равновесие в распределении молекул воды разных видов и не допускает их накопления.

Другая граница раздела в океане – дно. Здесь при низких температурах и огромном давлении до 1000 атмосфер происходят многие, не разгаданные еще реакции – образуются фосфориты, глаукониты, железо-марганцевые конкреции, содержащие никель, кобальт, медь; на дне осаждаются радиоактивные элементы, например, ионий; наоборот, со дна выделяется и переходит в толщу воды радий.