Геохимия океана. Происхождение океана

Содержание

1. Океан. Как он произошел?

2. Физические свойства морской воды

3. Химический состав морской воды

4. Газы, растворенные в морской воде

5. Вариации солености и температуры океана

6. Электрохимические процессы в океане

7. Обмен двуокисью углерода между атмосферой и океаном

8. Определение палеотемператур древних морей

9. Радиоактивные элементы в морской воде и глубоководных осадках

10. Заключение

11. Литература

1. Океан. Как он произошел?

Не для кого не является секретом, что около трех четвертых земной поверхности покрыты водой.

По составу морская вода — водный раствор неорганического электролита. Происхождение вод мирового океана и содержащихся в них солей — один из самых интересных и интригующих вопросов.

Не оценимую услугу в установлении химического состава воды океана оказали палеонтологические исследования. Согласно данным, имеющимся в настоящее время данным, физические и химические свойства океана, по-видимому, в течение геологического времени остовались проктически не изменными. Это подтверждается тем, что биологические виды прошлого более или менее сходны с современными видами.

Геохимическое решение этой проблемы заключается в попытке сопоставления количества состава эродированных изверженных и осадочных горных пород с количеством и составом растворенных в океане солей. Одна из главных трудностей — объяснить содержание в морской воде и осадочных породах огромное количество анионов, таких как карбонатный, хлоридный и сульфатный. Эрозией изверженных пород невозможно объяснить присутствие в современном океане многих летучих, и большая часть таких элементов, как C, CI, S, N, B, Br, F и т. д., содержащихся в современном океане и связанных в осадочных породах, должна поступать из внутренних частей Земли.

Скорей всего хлор, азот, сера и фтор поступали в виде HCI, NH3, H2S и HF; углерод в виде CH4, CO И CO2, а значительная часть кислорода в виде H2O, СО2 и СО.

Но как протикал этот процесс? Для ответа на этот вопрос, понадобится рассмотреть некоторые условия образования Земли.

Согласно одной из гепотез, Земля первоначально была раскаленным шаром, и поэтому могла произойти частичная потеря летучих, но и большая их часть должна была сохраниться внутри Земли. Именно эта часть летучих поступает после охлаждения на поверхность Земли в виде постепенного непрерывного потока.

Если бы летучие были утеряны в самом начале образования, то рН первичного океана должена была быть примерно 0,3. Это была бы очень сильная кислота, которая просто бы растворила большенство известных пород. Когда концентрация Са2+, Mg2+, и СО2-3 в водном растворе достигла точек растворения кальцита и доломита, начался процес быстрого осаждения карбонатов. Благодорая этому из первичной атмосферы и гидросферы стала быстро извлекаться углекислота, что в привело к возникновению условий, пригодных для существования живых организмов.

Рассмотрим еще один способ появления океана. Допустим, что исходное парциальное давление двуокиси углерода было ниже 1 атм и что общее атмосферное давление примерно на 10% больше современного. Тогда осаждение карбонатов должно было начаться к моменту эрозии около 240×1020г изверженных пород и по достижении рН примерно 5,7. Тогда количество избыточных летучих в гидросфере не должно быть больше 1/10 от современного их содержания из внутренних частей Земли. Одновременно с этим кислород поступал за счет жизнедеятельности первых живых организмов. Преблезительно таким путем шло формирование гидросферы, которую мы имеим сейчас.

Существует точка зрения, выраженная Калпом (1951), что гидросфера могла сформироваться постепенно за счет поступления воды из внутренних частей Земли, после остывания ее поверхности до какой-то определенной температуры. Хотя температура более глубоких зон земной коры и мантии точно не известна, но, по-видимому, он не выше 1000о С. при столь высокой температуре Н2О не может входить в кристаллическую решетку каких бы то ни было минералов. Поэтому, подобно газу, газообразная Н2О, мигрируя сквозь породы, терялась земной корой. Однако в отличие от газа при приближении воды к земной поверхности часть ее соединялась с веществом коры и образовала гидраты: остальная часть поступала в гидросферу и атмосферу.

Расмотирим теорию появления воды из горячих источников. Принято считать, что водные пары горячих источников Йелоустонского парка содержат 10−15% магматической воды, а горячие источники Айдахо — 2,5% ее. Но даже если бы содержание магматической воды в воде горячих источников было меньше 1%, то в течении 4,5 млрд. лет они могли бы выбросить достаточное количество воды для объяснения существования океана. По крайней мере, существование такой магматической воды поддерживает идею о том, что вода современного океана скопилась за счет постепенного поступления из внутренних частей Земли.

Теологические доказательства постепенного формирования океана.

Ревель (1955) пологал, что образование океана происходило постепенно. Он предоставил доказательства того, что значительная часть океана возникла после позднего мезозоя. Присутствие плосковершинных морских гор, коралловых атоллов и гайотов на обширных территориях так называемого «андезитного пояса» Тихого океана указывает на опускание морского дня относительно уровня моря. Этому опусканию отвечает увеличение общего объема морской воды примерно на четверть современного объема вод океана. Другие доказательства возможности опускания морского дна в течении последних 100 млн. лет были получены при палеонтологических исследованиях ископаемой фауны в керне скважин, пройденных в Тихом океане. Кроме того, это высказывание подтверждают плосковершинные морские горы между Гавайскими островами и островами Вейк, поднимающимися с глубины 5000−6000 м ниже современного уровня моря.

Ревель отмечает, что ввиду резкого расцвета в позднем мезозое пелагических фораминифер возможно было повашенное поступления двуокиси углерода из внутренних частей Земли, сопровождавшееся соответствующим увеличением поступления воды.

2. Физические свойства морской воды

Плотность.

Для краткости плотность морской воды р выражается через, определяемую следующим обрзом:При нормальном атмосферном давлении плотность морской воды зависит от температуры Т, солености S или хлорности CV. Взаимоотношения плотности и хлорности, при нормальных температуре и давлении выражаются формулой Кнудсена:

Коэффициент расширения.

В таблице 1 даны значения коэффициента расширения морской воды при давлении, равном 1 атм.

Удельная теплота.

Зависимость удельной теплоты (Ср) морской воды при 00 С и давлении в 1 атм от солености может быть выражена формулой Кувахара.

Где S — соленость.

Таблица 1. Коэффициент теплового расширения морской воды при различных температуре и солености.

Соленость,

%

Температура, оС

-2

0

5

10

15

20

25

30

0

10

20

30

35

-105

-65

-27

7