геохимия на океана
1. Океан. Как се случи това?
2. Физични свойства на морската вода
3. Химическият състав на морската вода
4. Газове, разтворени в морска вода
5. Вариации в солеността и температурата на океана
6. Електрохимични процеси в океана
7. Обмен на въглероден диоксид между атмосферата и океана
8. Определяне на палеотемператури на древни морета
9. Радиоактивни елементи в морската вода и дълбоководните седименти
1. Океан. Как се случи това?
За никого не е тайна, че около три четвърти от земната повърхност е покрита с вода.
Съставът на морската вода е воден разтвор на неорганичен електролит. Произходът на водите на океаните и съдържащите се в тях соли е един от най-интересните и интригуващи въпроси.
Палеонтологичните изследвания оказаха неоценима услуга за установяване на химическия състав на океанската вода. Според наличните към момента данни физическите и химичните свойства на океана изглежда са останали практически непроменени през геоложкото време. Това се потвърждава от факта, че биологичните видове от миналото са повече или по-малко подобни на съвременните видове.
Най-вероятно хлорът, азотът, сярата и флуорът идват под формата на HCI, NH3, H2S и HF; въглерод под формата на CH4, CO и CO2 и значителна част от кислорода под формата на H2O, CO2 и CO.
Но как протече този процес? За да се отговори на този въпрос, ще е необходимо да се разгледат някои условия за формирането на Земята.
Според една хипотеза Земята първоначално е била гореща топка и следователно може да се получи частична загуба на летливи вещества, но повечето от тях трябва да са се запазили вътре в Земята. Именно тази част от летливите вещества идва след охлаждане на повърхността на Земята под формата на постепеннонепрекъснат поток.
Ако летливите вещества са били изгубени в самото начало на образуването, тогава pH на първичния океан трябва да е около 0,3. Това би било много силна киселина, която просто би разтворила повечето известни скали. Когато концентрацията на Ca 2+, Mg 2+ и CO 2-3 във водния разтвор достигне точките на разтваряне на калцита и доломита, започва процесът на бързо утаяване на карбонатите. Благодарение на това въглеродният диоксид започна бързо да се извлича от първичната атмосфера и хидросферата, което доведе до появата на условия, подходящи за съществуването на живи организми.
Нека разгледаме друг начин за появата на океана. Да приемем, че първоначалното парциално налягане на въглеродния диоксид е било под 1atmи че общото атмосферно налягане е с около 10% по-високо от настоящото. Тогава утаяването на карбонатите трябва да е започнало до момента на ерозия при около 240 x 10 20gмагмени скали и при достигане на рН от около 5,7. Тогава количеството на излишните летливи вещества в хидросферата не трябва да бъде повече от 1/10 от сегашното им съдържание от вътрешните части на Земята. В същото време кислородът се доставя от жизнената дейност на първите живи организми. Формирането на хидросферата, която имаме сега, е протекло снизходително по този начин.
Има гледна точка, изразена от Culp (1951), че хидросферата може да се е образувала постепенно поради притока на вода от вътрешните части на Земята, след охлаждане на нейната повърхност до определена температура. Въпреки че температурата на по-дълбоките зони на земната кора и мантията не е точно известна, но очевидно не е по-висока от 1000 ° C. При такава висока температура H2O не може да влезе в кристалната решетка на каквито и да е минерали. Следователно, подобно на газа, газообразната H2O, мигрираща през скалите, беше изгубена от земната кора. Въпреки това, за разлика от газта, при приближаваневода към земната повърхност, част от нея се свързва с веществото на кората и образува хидрати: останалата част навлиза в хидросферата и атмосферата.
Теологични доказателства за постепенното образуване на океана.
Revel (1955) смята, че образуването на океана е станало постепенно. Той предостави доказателства, че значителна част от океана е възникнала след късния мезозой. Наличието на плоски върхове на подводни планини, коралови атоли и гайоти в обширни райони на така наречения „андезит пояс“ на Тихия океан сочи към понижаване на морския ден спрямо морското равнище. Това потъване съответства на увеличение на общия обем на морската вода с около една четвърт от настоящия обем на океанската вода. Други доказателства за възможността за потъване на морското дъно през последните 100 милиона години са получени от палеонтологични изследвания на фосилна фауна в сърцевината на кладенци, пробити в Тихия океан. В допълнение, това твърдение се потвърждава от морските планини с плоски върхове между Хавайските острови и островите Уейк, издигащи се от дълбочина 5000-6000 m под сегашното морско ниво.
Ревел отбелязва, че с оглед на драматичния късен мезозойски разцвет на пелагичните фораминифери, може да е имало увеличено снабдяване с въглероден диоксид от вътрешността на Земята, придружено от съответното увеличение на снабдяването с вода.
2. Физични свойства на морската вода
Таблица 1 дава коефициента на разширение на морската вода при налягане 1лента
Където S е соленост.
Таблица 1. Коефициент на топлинно разширение на морска вода при различни температури и соленост.