Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Состав океанических вод. ГальмиролизОкеаны представляют собой относительно хорошо перемешанные системы, и, несмотря на огромные размеры, они достаточно однородны по химизму, за исключением тех их частей, где нараспределение элементов влияет биологическая деятельность. Общие сведения о Мировом океане приведены в табл. 12.Таблица 12Характеристики Мирового океанаСредняяТемператураПределыСреднееОбычный диапазонПлотность водыСредняяСредняяГлубинаНаибольшаяОбщий объемОбщая массаОбщая площадьДавление5 °С1 °С (на глубине)30 °С (на поверхности, тропики)200 барот 1 бар до 540 бар1,024 г/см33730 м10 850 м1,36·109 км31,2·1024 г3,62·108 км2По сравнению с континентальными водами океанская водахарактеризуется относительно высоким и постоянным содержаниемрастворенных веществ.
Морская вода – это соляной раствор, средикатионов которого главная роль принадлежит Na+, Mg2+, Ca2+, K+,среди анионов – Cl–, SO42–, HCO3– , CO32–.Максимальные концентрации имеют ионы Na и Cl, поэтомудля оценки солености морской воды используют хлорность (Cl %),которая связана с общим содержанием солей (общей концентрацией растворенного вещества) эмпирическим соотношением:S = 1,80655 Cl. Средняя соленость воды Мирового океана составля163ет 35 ‰ (в каждом килограмме воды содержится 35 г растворенныхсолей), в тропических морях соленость может достигать 42 ‰.
Есливсю растворенную морскую соль перевести в осадок и в сухом видераспределить по поверхности суши, то ее слой составит почти 150 м.В океанах также растворены газы N2, O2, CO2, H2S, концентрации и распределение которых по глубине контролируются жизнедеятельностью организмов, а также давлением и температурой.При формировании состава океанической воды учитываютсяобменные реакции воды с атмосферой, живыми организмами идонными осадками.
В реакциях обмена с атмосферой главная рольотводится кислороду и углекислому газу (CO2), которые образуются при органических процессах. Морские организмы обмениваютсяс водой N, P, С, O, Si и редкими металлами. Взаимодействие морской воды с твердым веществом, представленным донными осадками или магматическими породами океанической коры, называется гальмиролизом.При таком взаимодействии образуются смектит, монтмориллонит, иллит, которые удаляют из океана Mg2+, Na+ и K+.
Кроме того, осаждается кальцит, он связывает 2HCO3– и Ca2+ и насыщает воду СО2, который впоследствии возвращается в атмосферу.7.2.4. Материковые водыМатериковые воды объединяют воды рек, озер, ледников, болот, подземные воды, включая термальные воды, сопровождающиемагматическую деятельность. В отличие от океанических вод материковые воды, во-первых, неоднородны по составу и, во-вторых,большинство из них относится к так называемым пресным или слабоминерализованным водам. Так, для рек и озер минерализация составляет до 500 мг/л.
В речных водах распространены (по мереубывания): Ca2+ > Na+ > Mg2+ и HCO3– > SO42– > Cl–.Материковые воды являются промежуточным звеном в общемкруговороте воды: основной их объем образуется за счет атмосферных осадков с минимальной концентрацией растворенных веществ,которая сохраняется в ледниках. Осадки, снеговые и ледниковыеталые воды пополняют мировой океан, реки, озера и болота. Онитакже питают подземные воды, которые взаимодействуют с горными породами, почвами и организмами, частично растворяя их компоненты и увеличивая свою минерализацию. При таком взаимодей164ствии необходимо учитывать зависимость состава растворимых соединений от типа и состава горных пород.
Например, при взаимодейстивии с известняками, гипсом и каменной солью в воду добавляются растворимые соли (карбонаты, сульфаты, хлориды). Дополнительный вклад в минерализацию вод дают газообразные продукты вулканических процессов, например, такие как H2S, HСl, NH3,BH3. Все это приводит к тому, что материковые воды резко различаются по составу в разных участках земной коры, а для оценки состава вод применяют специальные методики.7.2.5. О происхождении атмосферы и гидросферыВ моделях происхождения атмосфер планет используюттермины «первичная» и «вторичная» атмосфера. Под первичнойатмосферой понимают наиболее раннюю атмосферу, которая представляла собой остаток солнечной туманности и могла быть захвачена гравитационным полем планет непосредственно из протопланетного облака в процессе его аккреции.
Тем не менее надежныхгеологических и геохимических доказательств существования уЗемли такой первичной атмосферы на сегодняшний день представлено крайне мало. В ходе эволюции Земли и процессов дегазациииз мантии была сформирована вторичная атмосфера. Согласно современным моделям, основная масса газов и летучих соединенийна Земле до сих пор сосредоточена в литосфере и верхней мантии.Дегазация земного вещества считается главным процессом при образовании современной атмосферы. Освобождающиеся в результате вулканических процессов из мантии газы были захвачены гравитационным полем, что приводило к постепенному накоплению газового слоя и возникновению атмосферы [Rubey, 1951].
Последующее накопление газообразного кислорода происходило в основном благодаря фотохимическим реакциям в верхних слоях атмосферы и фотосинтезу сине-зелёных водорослей, появившихся ещё враннем докембрии.Гипотезы происхождения гидросферы условно можно объединить в две большие группы: земное происхождение, космическое происхождение.Согласно одной из гипотез [Сорохтин, Ушаков, 2002], гидросфера образовалась в результате дегазации вещества мантии.А.
П. Виноградов [1967] считал, что после своего формирования165Земля стала разогреваться и на ее поверхность из мантии в видевулканических газов поступал водяной пар. Подавляющая массаэтого водяного пара с примесями углекислого газа, кислот, соединений серы и аммиака конденсировалась, формируя «первичныеокеаны». Часть кислот реагировала с горными породами, извлекаяиз силикатов щелочные, щелочноземельные и прочие мобильныеэлементы.
В итоге соли этих элементов переходили в океан и растворялись, делая воду соленой. В то же время пресная составляющая океана испарялась с поверхности и, выпадая в виде дождей,формировала материковые воды.Существуют и разные представления о динамике роста гидросферы. Так, по модели О. Г. Сорохтина и С. А. Ушакова [2002]процесс дегазации, создающий условия для постоянного пополнения гидросферы новыми порциями воды, шел неравномерно. Режим накопления воды во внешних геосферах Земли существенноконтролировался образованием серпентинитового слоя океанической коры – главного и наиболее емкого резервуара связанной воды(рис.
71). Академик В. И. Вернадский, обладавший удивительнойнаучной интуицией, считал, что масса воды на Земле в течение последнего миллиарда лет была более или менее постоянной. Он считал, что основная масса воды образовалась на ранней стадии развития нашей планеты.Рис. 71. Накопление воды в гидросфере Земли:1 – суммарная масса дегазированной из мантии воды; 2 – масса водыв океане; 3 – масса воды, связанная в океанической коре; 4 – масса воды,связанная в континентальной коре [Сорохтин, Ушаков, 2002]166В наши дни растет число сторонников гипотез космическогопроисхождения атмосферы и гидросферы Земли, хотя и существуют многочисленные доказательства в современном океане следовдегазации ее недр.
В этих гипотезах предполагается, что атмосфераи гидросфера являются продуктами кометоподобных и метеоритных тел, вторгавшихся на Землю. Так, согласно исследованиям,проведенным Дэмиеном Хатсмекером [New constraints on the delivery … , 2009] и его группой в университете Льеж в Бельгии, соотношение изотопов азота в составе комет почти с абсолютной точностью соответствуют их соотношению в атмосфере Земли. Этосвидетельствует о том, что одним из источников ранней земной атмосферы была кометная бомбардировка.Один из авторов метеоритной гипотезы профессор Марк Сефтон (Англия) предположил, что воду на нашу планету могли занести метеориты.
Когда метеориты достигали атмосферы планеты, тов условиях крайне высокой температуры при входе в атмосферу некоторые минералы и органические составляющие в их внешнемслое должны выделять значительное количество водяного пара иуглекислого газа. Был проанализирован минеральный и органический состав пятнадцати фрагментов древних метеоритов, найденных в разных местах земного шара, с помощью новых технологийпроизведен нагрев их до очень высокой температуры, сопоставимой с той, которая возникает при вхождении метеоритов в атмосферу. Оказалось, что вклад отдельных метеоритов был слишкоммал и вряд ли мог иметь важное значение при образовании как гидросферы, так и атмосферы.7.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
