Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Формирование солевой массы океана
Современный химический состав океанической воды - результат длительного процесса, начавшегося одновременно с образованием гидросферы. Эволюция состава вод связана с приспособлением первичного ювенильного раствора к изменяющимся условиям Земли. Воды ювенильного раствора, образовавшего гидросферу, содержали основные элементы, присущие водам современного океана. Оказавшись на поверхности, ювенильный раствор изменял свой состав в процессе приспособления к новым условиям, стремясь прийти в равновесие с ними. Сущность процесса приспособления заключалась в том, что в растворе сохранялись компоненты, образующих в данных условиях более растворимые соединения, и в выпадении в осадок компонентов, образующих трудно растворимые соединения. Вода океана в любой период истории и есть этот первичный ювенильный раствор после его приспособления к поверхностным условиям. Сравнение составов современной морской воды и первичного ювенильного раствора показывает, что содержание хлора и брома осталось неизменным, а содержание остальных элементов заметно уменьшилось. В растворе остались неизменными те элементы, для которых не было достаточно активных осадителей. Элементы, содержание которых уменьшилось, участвовали в процессах, выводящих их из раствора. Больше всего снизилось содержание углерода. Основная реакция, которая происходила от момента возникновения океана до настоящего времени, связывание СО2 в угольную кислоту с последующим переходом в карбонат кальция, выпадающего в осадок. Вторая реакция, вызывающая уменьшение содержания углерода, связана с реакцией фотосинтеза и возникла одновременно с появлением биосферы. С появлением и развитием жизни на Земле связаны потеря азота, уменьшение содержания йода. Фтор и бром образовывали трудно растворимые соединения с кальцием, магнием и выпадали в осадок. На протяжении всей геологической истории Земли между океаническим раствором, горными породами дна, берегов и атмосферой происходили процессы, ведшие к равновесию. Выделяют три основные стадии формирования солевой массы океана: раннюю стадию при отсутствии биосферы (глубокий архей); стадию возникновения и становления биосферы (конец архея - протерозой); современный период, начиная с палеозоя. На первой стадии развития океана воды имели кислую реакцию, так как фтор, хлор и бром выделялись в виде сильных кислот НF, НСI, НВr. При выходе на поверхность первичный ювенильный раствор попадал в условия пониженных температур и давления, что резко снижало растворимость углекислоты. Вероятно, на первом этапе своего существования воды архейского океана были насыщены углеродом и кремнием. В дальнейшем сильные кислоты вступали в реакцию с солями сильных оснований, т.е. происходила нейтрализация первичных кислых вод. Процесс нейтрализации возник почти одновременно с появлением гидросферы, т.к. анионная часть первичного океана, приносимая в ювенильном растворе, сразу же вступала во взаимодействие с катионами, образующимися в результате разрушения дна и берегов океана. Таким образом, " кислая" стадия существования океана была кратковременной. Газовый обмен океана и атмосферы заключался в том, что из атмосферы извлекались те вещества, которые способны были взаимодействовать с водой и переходить в океанический раствор. Это прежде всего относится к углероду, который поступал в атмосферу в виде СН4, СО2 и СО. При дегазации пород мантии азот выделялся в основном в виде NН3, который растворялся в воде. Кислород находился в атмосфере в небольших количествах, т.к. в высоких слоях атмосферы под действием ультрафиолетового облучения Н2О разлагалась с образованием свободного О2, но уровень содержания О2 не превышал 0, 1 по отношению к современной атмосфере. Поэтому NН3 окислиться до N2 не мог, и азота в атмосфере тоже не было. Таким образом, хорошая растворимость солей, образующихся в воде, привела к тому, что океан с момента возникновения становился соленым, а не пресноводным бассейном. При этом все анионы морской воды - это продукты дегазации мантии, а катионы - продукты выветривания горных пород земной коры. Общая концентрация солей архейского океана, вероятно, мало отличалась от современной. Но состав первичных атмосферы и океана имел существенные различия по сравнению с современным. Главное отличие состояло в восстановительных свойствах обеих сред. Вторая стадия формирования химического состава Мирового океана началась с момента возникновения биосферы. Возникновение и развитие жизни существенно изменило прежнее химическое равновесие и произвело глубокий переворот в составе океана и атмосферы. Выделение свободного кислорода в процессе фотосинтеза привело к изменению восстановительных свойств атмосферы на окислительные, что привело к созданию современной азотно-кислородной атмосферы. В этот же период в океане под воздействием возникшей биосферы происходила перестройка его солевого состава. Соединения углерода, СО, СН4 и др. в результате окисления перешли в СО2, что увеличило содержание углекислого газа в атмосфере и в воде океана. Из атмосферы СО2 почти полностью был извлечен в процессе фотосинтеза. Все это привело к стабилизации карбонатной системы, образованию скелетных организмов и переходу СаСО3 в осадок. Под влиянием кислорода изменили свою миграционную форму азот, железо, сера. Свободный азот перешел в атмосферу, железо потеряло свою подвижность, сера начала накапливаться в морской воде. Увеличилась подвижность кальция и магния, усилился их снос в океан. С момента стабилизации состава атмосферы стабилизировался и солевой состав морской воды. Она стала хлоридно-сульфатной. В процессе эволюционного формирования солевого состава вод Мирового океана наступил последний - современный период. Начался этот период, по-видимому, около 2, 3-1, 5 млрд. лет назад. Состав океанической воды тогда был таким же, как в настоящее время. Таким образом, стабилизация современного состава океанических вод произошла где-то между 1, 5 и 0, 5 млрд. лет назад. Все существующие в настоящее время типы органического мира сформировались уже в докембрийский период. Таким образом, газовый состав атмосферы, основные формы жизни в океане, солевой состав океанических вод сложились в докемерийский период и с того времени не было таких сил и факторов, которые способны были бы значительно их изменить. Несмотря на то, что на Земле непрерывно происходят процессы, приводящие к поступлению солей в океан (дегазация мантии, материковый сток, приход из атмосферы, растворение пород берегов и дна) и их потеря (выпадение в осадок, обособление морей и заливов), однако общая концентрация солей в морской воде остается постоянной и может служить, по словам В.И. Вернадского, своего рода планетарной константой. Подтверждением постоянства солевого состава служит многообразие жизни в океане. Понижение солености морских вод на 10‰ хотя бы временно привело бы к значительному изменению нынешней фауны. Такое же большое значение имели бы изменения палеотемпературы. Если бы соленость и температура Мирового океана испытывали на протяжении последнего периода большие, даже кратковременные изменения, то фауна океана была бы намного беднее. С начала кембрийского периода для Мирового океана характерна соленость около 35‰. Таким образом, в результате глобального процесса дифференциации вещества Земли создана гидросфера с ее главным элементом - Мировым океаном с массой 1, 3810 и содержанием в нем 5, 610 г растворенных солей. Эта огромная масса природного раствора обладает колоссальной химической инертностью, и внести сколько-нибудь существенные изменения в нее могут только исключительно сильные, длительно действующие и направленные процессы.
|