Характеристика океанічної водного середовища. Солоність.

1. 3. Характеристика океанічної водного середовища. © Володимир каланамі, "Знання-сила". Океанічна...

3. Характеристика океанічної водного середовища.

© Володимир каланамі,
"Знання-сила".

Океанічна среда, тобто морська вода - це не просто відоме нам з самого народження речовина, що представляє собою окис водню Н2О. Морська вода - це розчин найрізноманітніших речовин. У водах Світового океану знаходяться в вигляді різних сполук практично всі відомі хімічні елементи.

Найбільше в морській воді розчинено хлоридів (88,7%), серед яких переважає хлористий натрій, тобто звичайна кухонна сіль NaCl. Значно менше міститься в морській воді сульфатів, тобто солей сірчаної кислоти (10,8%). На всі інші речовини припадає лише 0,5% загального сольового складу морської води.

Після солей натрію на другому місці в морській воді стоять солі магнію. Цей метал використовується при виготовленні легких і міцних сплавів, необхідних в машинобудуванні, особливо в літакобудуванні. У кожному кубометрі морської води міститься 1,3 кілограма магнію. Технологія його видобутку з морської води заснована на перекладі його розчинних солей в нерозчинні сполуки і осадженні їх вапном. Собівартість магнію, одержуваного безпосередньо з морської води, виявилася значно нижчою за собівартість цього металу, раніше здобувався з рудних матеріалів, зокрема, доломіту.

Варто зазначити, що відкритий в 1826 році французьким хіміком А. Баляр бром не міститься ні в одному мінералі. Отримати бром можна тільки з морської води, де він міститься у відносно невеликій кількості - 65 грамів на кубічний метр. Бром застосовується в медицині як заспокійливий засіб, а також у фотографії та нафтохімії.

Уже в кінці XX століття океан став давати 90% світового виробництва брому і 60% магнію. З морської води в значних кількостях видобувається натрій і хлор. А що стосується харчової (кухонної) солі, то людина здавна отримував її з морської води шляхом випаровування. Морські соляні промисли досі діють в тропічних країнах, де сіль отримують прямо на мілководних ділянках берега, що відгороджують їх дамбами від моря. Технологія тут не дуже складна. Концентрація кухонної солі у воді вище, ніж інших солей, і тому при випаровуванні вона перша випадає в осад. Осіли на дні кристали витягують з так званого маточного розчину і промивають прісною водою, щоб видалити залишки солей магнію, які надають солі гіркий смак.

Досконалішу технологію видобутку солі з морської води використовується на численних солеварнях Франції та Іспанії, які у великих обсягах постачають сіль не тільки на європейський ринок. Наприклад, один з нових способів отримання солі полягає в тому, що в басейнах солеварень встановлюють спеціальні розпилювачі морської води. Вода, перетворена в пил (суспензію), має величезну площу випаровування і з найдрібніших крапель вона випаровується миттєво, а на землю випадає тільки сіль.

Видобуток кухонної солі з морської води буде в подальшому зростати, тому що поклади кам'яної солі, як і інших корисних копалин, рано чи пізно вичерпаються. В даний час в море видобувається близько чверті всієї необхідної людству кухонної солі, решта видобувається в соляних копальнях.

Міститься в морській воді також йод. Але процес отримання йоду безпосередньо з води був би абсолютно нерентабельним. Тому йод отримують з висушених бурих водоростей, що ростуть в океані.

Навіть золото міститься в океанській воді, правда в незначних кількостях - 0,00001 грама на один кубометр. Відома спроба хіміків Німеччини в 1930-х роках витягти золото з вод Німецького моря (так по-німецьки часто називають Північне море). Однак наповнити сховища рейхсбанка золотими злитками не вдалося: витрати на виробництво перевищили б вартість самого золота.

Деякі вчені припускають, що в найближчі кілька десятиліть може стати економічно доцільним отримання з моря важкого водню (дейтерію), і тоді людство буде забезпечено енергією на мільйони років уперед ... А ось уран з морської води вже видобувають в промислових масштабах. З 1986 року на березі внутрішнього Японського моря працює перший в світі завод по витяганню урану з морської води. Складна і дорога технологія розрахована на отримання 10 кг металу на рік. Для отримання такої кількості урану потрібно профільтрувати і піддати іонної обробки понад 13 млн.тонн морської води. Але наполегливі у праці японці справляються з цією роботою. До того ж їм добре відомо, що таке атомна енергія. -)

Показником кількості розчинених у воді хімічних речовин служить особлива характеристика, яка називається солоністю. Солоність - це виражена в грамах маса всіх солей, що міститься в 1 кг морської води. Солоність вимірюється в тисячних частках, або проміле (‰). На поверхні відкритого океану коливання солоності невеликі: від 32 до 38 ‰. Середня поверхнева солоність Світового океану становить близько 35 ‰ (точніше - 34,73 ‰).

Середньорічна солоність води Світового океану.

Води Атлантичного і Тихого океанів мають солоність трохи вище середнього значення (34,87 ‰), а води Індійського океану - трохи нижче (34,58 ‰). Тут позначається распресняющее дію антарктичних льодів. Для порівняння зазначимо, що звичайна солоність річкових вод не перевищує 0,15 ‰, що в 230 разів менше, ніж поверхнева солоність морської води.

Найменш солоними у відкритому океані є води приполярних районів обох півкуль. Це пояснюється таненням материкових льодів, особливо в Південній півкулі, і великих обсягів річкових стоків в Північній півкулі.

До тропіків солоність збільшується. Найбільша концентрація солей спостерігається не на екваторі, а в смугах широт 3 ° -20 ° на південь і північ від екватора. Ці смуги іноді називають поясами солоності.

Той факт, що в екваторіальній зоні поверхнева солоність води відносно низька, пояснюється тим, що екватор - це зона проливних тропічних дощів, опріснювати воду. Нерідко в районі екватора щільні хмари закривають океан від прямих сонячних променів, що знижує в такі моменти випаровування води.

В окраїнних і особливо у внутрішніх морях солоність відрізняється від океанської. Наприклад, в Червоному морі поверхнева солоність води досягає найвищих в Світовому океані значень - до 42 ‰. Пояснюється це просто: Червоне море знаходиться в зоні високого випаровування, причому з океаном воно повідомляється через мілководна і неширокої Баб-ель-Мандебська протоку, а прісних вод з континенту не отримує, так як в це море не впадає жодна річка, а рідкісні дощі не в змозі скільки-небудь помітно распресніть воду.

Балтійське море, далеко вдається в межі суші, повідомляється з океаном через кілька дрібних і вузьких проток, знаходиться в зоні помірного клімату і приймає води безлічі великих річок і невеликих річок. Тому Балтика один з найбільш распресненних басейнів Світового океану. Поверхнева солоність центральній частині Балтійського моря становить всього 6-8 ‰, а на півночі, в мілководній Ботническом затоці опускається навіть до 2-3 ‰).

Зі збільшенням глибини солоність змінюється. Це пояснюється рухом підповерхневих вод, тобто гідрологічним режимом конкретного басейну. Наприклад, в екваторіальних широтах Атлантичного і Тихого океанів нижче глибини 100-150 м простежуються верстви дуже солоних вод (вище 36 ‰), які утворюються за рахунок перенесення глибинними протитечіями з західних околиць океанів більш солоних тропічних вод.

Солоність різко змінюється тільки до глибин близько 1500 м. Нижче цього горизонту коливання солоності майже не спостерігається. На великих глибинах різних океанів показники солоності зближуються. Сезонні зміни солоності на поверхні відкритого океану незначні, не більше 1 ‰.

Аномалією солоності фахівці вважають солоність води в Червоному морі на глибині близько 2000 м, яка досягає 300 ‰.

Основним методом визначення солоності морської води є метод титрування. Суть методу полягає в тому, що до пробі води додають деяку кількість азотнокислого срібла (AgNO3), яке в поєднанні з хлористим натрієм морської води випадає в осад у вигляді хлористого срібла. Так як відношення кількості хлористого натрію до інших розчиненим у воді речовин постійно, то, зваживши обложену хлористе срібло, можна досить просто розрахувати солоність води.

Є й інші способи визначення солоності. Оскільки такі, наприклад, показники, як переломлення світла в воді, щільність і електропровідність води залежать від її солоності, то, визначивши їх, можна виміряти солоність води.

Взяти проби морської води для визначення її солоності або інших показників - зовсім непроста справа. Для цього користуються спеціальними пробовідбірниками - батометрами, що забезпечують взяття проб з різних глибин або з різних шарів води. Цей процес вимагає від гідрологів багато уваги і обережності.

Отже, основними процесами, що впливають на солоність води, є швидкість випаровування води, інтенсивність перемішування більш солоних вод з менш солоними, а також частота та інтенсивність опадів. Ці процеси визначаються кліматичними умовами того чи іншого району Світового океану.

Крім цих процесів на солоність морської води впливають близькість танучих льодовиків і обсяги прісної води, принесеної ріками.

В цілому процентне співвідношення різних солей в морській воді в усіх районах океану майже завжди залишається однаковим. Однак в окремих місцях на хімічний склад морської води помітний вплив роблять морські організми. Вони використовують для свого харчування і розвитку багато розчинені в море речовини, хоча і в різних кількостях. Деякі речовини, як наприклад, фосфати і азотисті сполуки, споживаються особливо в великих обсягах. У районах, де морських організмів багато, вміст цих речовин у воді кілька зменшується. Помітний вплив на хімічні процеси, що відбуваються в морській воді, надають мікроорганізми, що входять до складу планктону. Вони дрейфують по поверхні моря або в приповерхневих шарах води і, відмираючи, повільно і безперервно падають на дно океану.

Солоність Світового океану. Карта поточного моніторингу (збільшити).

Яке ж загальний вміст солей у Світовому океані? Тепер відповісти на це питання зовсім не складно. Якщо виходити з того, що загальна кількість води в Світовому океані одно 1370 млн.кубіческіх кілометрів, а середня концентрація солей в морській воді дорівнює 35 ‰, тобто 35 г в одному літрі, то виходить, що в одному кубокілометрів міститься приблизно 35 тисяч тонн солі. Тоді кількість солі в Світовому океані виразиться астрономічної цифрою 4,8 * 1016 тонн (тобто 48 квадрильйонів тонн).

Це означає, що навіть активну витяг солей для побутових і промислових потреб не зможе змінити склад морської води. В цьому відношенні океан без перебільшення можна вважати невичерпним.

Тепер необхідно відповісти на не менш важливе питання: звідки в океані стільки солі?

Багато років в науці панувала гіпотеза про те, що сіль в море принесли річки. Але ця гіпотеза, на перший погляд цілком переконлива, виявилася науково неспроможною. Встановлено, що кожну секунду річки нашої планети виносять в океан близько мільйона тонн води, а річний їх стік дорівнює 37 тисячам кубічних кілометрів. Для повного оновлення води в Світовому океані потрібно 37 тисяч років - приблизно за такий час можна річковим стоком заповнити океан. І якщо прийняти, що в геологічній історії Землі таких періодів було не менше ста тисяч, а вміст солей в річковій воді в середньому наближенні складає близько 1 грама на літр, то вийде, що за всю геологічну історію Землі в океан річками було винесено близько 1, 4 * 1020 тонн солей. А за підрахунком вчених, який ми тільки що привели, в Світовому океані розчинено 4,8 * 1016 тонн солі, тобто в 3 тисячі разів менше. Але справа не тільки в цьому. Хімічний склад солей, розчинених у річковій воді, різко відрізняється від складу морської солі. Якщо в морській воді абсолютно переважають сполуки натрію і магнію з хлором (89% сухого залишку після випарювання води і лише 0,3% становить вуглекислий кальцій), то в річковій воді вуглекислий кальцій займає перше місце - понад 60% сухого залишку, а хлориди натрію і магнію разом - лише 5,2 відсотка.

У вчених залишилося одне припущення: океан став солоним в процесі свого народження. Найдавніші тварини не могли існувати в слабосоленої, а тим більше в прісних басейнах. Значить, склад морської води не змінювався з моменту його виникнення. Але куди поділися карбонати, що приходять в океан разом з річковими стоками протягом сотень мільйонів років? Єдино правильна відповідь на це питання дав основоположник біогеохімії, великий російський вчений академік В.І. Вернадський. Він стверджував, що майже весь вуглекислий кальцій, а також солі кремнію, принесені річками в океан, відразу ж беруться з розчину тими морськими рослинами і тваринами, яким ці мінерали потрібні для їх скелетів, панцирів і раковин. У міру відмирання цих живих організмів міститься в них вуглекислий кальцій (CaCO3) і солі кремнію відкладаються на морському дні у вигляді опадів органічного походження. Так живі організми протягом усього часу існування Світового океану підтримують незмінним склад його солей.

А тепер кілька слів ще про один мінерал, що міститься в морській воді. Ми витратили так багато слів для вихваляння океану за те, що в його водах міститься багато різних солей і інших речовин, в тому числі таких як дейтерій, уран і навіть золото. Але ми не згадали про головному й основному мінералі, який знаходиться в Світовому океані - про простій воді Н2О. Без цього «мінералу» на Землі не було б взагалі нічого: ні океанів, ні морів, ні нас з вами. Про основні фізичні властивості води у нас вже була можливість поговорити. Тому тут ми обмежимося лише деякими зауваженнями.

За всю історію науки люди не розгадали всіх таємниць цього достатньо простого хімічної речовини, молекула якого складається з трьох атомів: двох атомів водню і одного атома кисню. До слова сказати, сучасна наука стверджує, що атоми водню складають 93% всіх атомів Всесвіту.

А серед загадок і таємниць води залишаються, наприклад, такі: чому замерзлі водяні пари перетворюються на сніжинки, форма яких є дивно правильної геометричної фігурою, що нагадує чудові візерунки. А малюнки на шибках в морозні дні? Замість аморфного снігу і льоду ми бачимо кристалики льоду, які вишикувалися таким дивним чином, що виглядають як листя і гілки якихось казкових дерев.

Або ось ще. Два газоподібних речовини - кисень і водень, з'єднавшись разом, перетворилися в рідину. Багато ж інші речовини, в тому числі тверді, з'єднавшись з воднем, стають, як і водень, газоподібними, наприклад, сірководень Н 2S, селеноводорода (H 2Se), або з'єднання з телуром (H 2Te).

Відомо, що вода добре розчиняє багато речовин. Кажуть, що вона розчиняє, хоча і в зникаюче малою мірою, навіть скло склянки, в який ми її налили.

Однак найважливіше, що потрібно сказати про воду, це те, що вода стала колискою життя. Вода, спочатку розчинивши в собі десятки хімічних сполук, тобто ставши морською водою, перетворилася в унікальний за різноманітністю компонентів розчин, який в результаті виявився сприятливим середовищем для зародження і підтримки органічного життя.

У першому розділі цього нашої розповіді ми вже відзначили, що гіпотеза про виникнення життя в морській воді є майже загальновизнаною. Гіпотеза тепер перетворилася в теорію походження життя, кожне положення якої, на думку авторів цієї теорії, спирається на фактичні дані космогонії, астрономії, історичної геології, мінералогії, енергетики, фізики, хімії, в тому числі біологічної хімії та інших наук.

Першим думку про те, що життя зародилося в океані, висловив в 1893 році німецький натураліст Г. Бунге. Він зрозумів, що дивовижну схожість між кров'ю і морською водою за складом розчинених в них солей не є випадковим. Пізніше теорію океанічного походження мінерального складу крові детально розробив англійський фізіолог Мак-Келлюм, який підтвердив правильність цього припущення результатами численних аналізів крові різних тварин, починаючи з безхребетних молюсків і кінчаючи ссавцями.

Виявилося, що не тільки кров, а й усе внутрішнє середовище нашого організму демонструє сліди, що збереглися від тривалого перебування наших далеких предків у морській воді.

В даний час у світовій науки немає ніяких сумнівів з приводу океанічного походження життя на Землі.

© Володимир каланамі,
"Знання-сила"