Геохимия часть 3

ГИДРОСФЕРА

 

Вся совокупность природных вод у поверхности Земли образует гидросферу или водную оболочку Земли. Большую часть гидросферы составляют моря и океаны, меньшую воды суши. Масса гидросферы составляет около 0,025: общей массы Земли.

Океанические воды

Океаны занимают более 70: поверхности Земли, а их воды составляют 98: массы гидросферы. Они представляют собой относительно хорошо перемешанную системы, и несмотря на огромные размеры достаточно однородны по химизму, за исключением тех их частей, где на распределение элементов влияет биологическая деятельность.

Общие сведения о Мировом океане

   

Температура

Средняя

Пределы

5оС

1оС (глубин.)

30оС (поверх.тропики)

Давление

Среднее

Обычный диапазон

200 бар

от 1 бар до 540 бар

Плотность воды

 

1,024 г/см3

Глубина

Средняя

Наибольшая

3730 м

10850 м

Общий объем

 

1,36 109 км3

Общая масса

 

1,2 1024 г

Общая площадь

 

3,62 108 км2

рН

 

8,1+/- 0,2

Величина рН воды определяется равновесием с атмосферным парциальным давлением СО2 в системе СО32- - НСО3- - СО2, и это равновесие дает величину рН равную около 8. Эта система является главным фактором, определяющим величину рН океанской воды, и контролируется она частично биологической деятельностью.

Океанская вода является примером растворов с относительно высокими содержанием растворенных веществ в сравнении с речной и другими водами суши. Значение активностей растворенных веществ отличаются от их концентраций, но в то же время ее можно считать разбавленным раствором, так как общее количество растворенных веществ далеко от максимально возможного.

В морской воде концентрации элементов и соединенний, не связанных с биологической активностью, в значительной степени постоянны. Максимальные концентрации имеют ионы Na и Cl. 99,9% растворенных солей образованы 11 элементами.

Еще в 1884 г. Диттмар заметил, что отношения концентраций большинства главных компонентов не меняются от точки к точке в открытом океане. Теперь известно, что отношения концентраций 7 компонентов (Cl, Na, S, K, Br, Sr, B) постоянны. Для Mg и F обнаружены небольшие отклонения от постоянной величины. Воды средних и больших глубин относительно обогащены Ca за счет биологической активности, которая также влияет на концентрацию С.

Общее постоянство отношений большинства главных компонентов дало возможность использовать в качестве меры состава проб морской воды единственный параметр – хлорность (так как концентрацию галогенов легко определить). Хлорность (Cl %) связана с общим содержанием солей или соленостью (общей концентрацией растворенного вещества) эмпирическим соотношением: S = 1,80655 Cl

Соленость морской воды колеблется в пределах 34-36.

Концентрации растворенных газов (N2, O2, CO2, H2S) обусловлены жизнедеятельностью организмов. Интенсивность биологической активности в океанах изменяется в горизонтальном и вертикальном направлениях, и вместе с ней меняется содержание растворенных газов. Процесс фотосинтеза происходит вблизи поверхности, при этом из воды поглощаются фосфор (PO43-) и азот (NO3-). При разложении органического вещества на глубине эти элементов поступают обратно в воду. Наряду с деятельностью организмов на состав воды влияет перемешивание, когда из глубины выносится вода, обогащенная необходимыми для питания организмов элементами. При отсутствии перемешивания глубинные воды обедняются кислородом, Среда становится восстановительной, происходит анаэробное восстановление сульфат-иона.

При изучении хим. состава океанической воды рассматривается три типа обменных реакций: 1) с атмосферой, 2) с донными осадками, 3) с живыми организмами. Кислород и диоксид углерода участвуют в обмене с атмосферой и образуются при органических процессах. Морские организмы обмениваются с водой С, O, N, P, Si и редкими металлами. Взаимодействие воды с донными осадками включает ионный обмен с глинистыми минералами, диффузию элементов через поровые воды, химическое выветривание, осаждение и растворение карбоната кальция и оксида марганца.