1.9. Химический состав морской воды

Изучением химического состава вод океана, географического распределения химических характеристик занимается гидрохимия, или химия моря, тесно смыкающаяся с геохимией.

Вследствие наличия изотопов у кислорода и водорода природная вода как соединение этих элементов представляет собой смесь различных изотопных видов.

Среди них H¹₂O¹⁶, который обычно и называют водой, является преобладающим, составляя 99,73% от всей массы природной воды, а на долю остальных видов (тяжелая вода) приходится лишь 0,27%. Основными, в последней, являются три вида: H¹₂O¹⁸, H¹₂O¹⁷ и H¹H²O¹⁶. Хотя концентрация тяжелых компонентов и невелика, в отдельных случаях они могут иметь физическое и химико-биологическое значение.

Морская вода на 96,5% состоит из H¹₂O¹⁶ и на 3,5% из различного рода примесей, основными из которых являются: растворенные соли и газы, органические вещества и нерастворимые взвеси. Вода хороший растворитель, поэтому все элементы периодической системы в той или иной мере должны присутствовать в морской воде. Элементы, находящиеся в морской воде в ничтожно малых количествах, относятся к группе микроэлементов, и их обычно не учитывают при оценке общей минерализации морских вод. Основными солями, растворенными в морской воде (в граммах на 1000 граммов воды и в процентах к общему количеству солей) являются:

Хлориды: хлористый натрий NaCl 27,2 77,8%

хлористый магний MgCl 3,8 10,9%

Сульфаты: сернокислый магний MgSO₄ 1,7 4,7%

сернокислый кальций CaSO₄ 1,2 3,6%

сернокислый калий K₂SO₄ 0,9 2,5%

Карбонаты: углекислый кальций CaCO₃ 0,1 0,25%

Бромиды: бромистый магний MgBr₂ 0,1 0,25%

Итого: 35,0 100,0%

Исследование химического состава морской воды началось в конце XIX века. В частности, были проанализированы пробы морской воды, собранные во время экспедиции «Челленджера».

Самым интересным выводом всех этих исследований было установление постоянства солевого состава вод Мирового океана. Оказалось, что в пределах открытых областей его меняется только величина общего содержания солей, а отношение между основными элементами строго сохраняется. Некоторые отклонения от этого правила имеют место в непосредственной близости от берегов или в достаточно изолированных морях и заливах. Это связано с местными особенностями солевого баланса.

Интересно сопоставить солевые составы морской и речной воды. Общее количество солей в речной воде существенно меньше, чем в морской, при этом если в морской воде основную долю их составляют хлориды, то в речной — карбонаты. Это свидетельствует, в частности, о том, что соленость океана не обусловлена приносом солей речным стоком. Карбонаты, приносимые реками, не накапливаются в морской воде. Они или выпадают в осадок сразу, или же используются организмами для построения раковин, скелетов и т. п. и выпадают в осадок после их гибели.

Морская вода всегда содержит в себе некоторое количество растворенных в ней газов. Наиболее характерны кислород, азот и углекислый газ. В некоторых областях Мирового океана, в некоторых морях на глубинах существуют зоны с большим количеством сероводорода и полным отсутствием кислорода. Распределение газов в морской воде существенно влияет на условия развития жизни в водах Мирового океана.

Поглощение газов водой через ее поверхность зависит от температуры и парциального давления составляющих газовой смеси.

Морская вода в силу присущей ей солености в меньшей степени поглощает газы, чем вода пресная, и тем меньше, чем выше соленость.

Чем ниже температура, тем больше способность воды поглощать газы. Так например, при температуре 0°C вода поглощает кислорода и азота в два раза, а углекислого газа — в три раза больше, чем при температуре 30°C.

Вода не одинаково поглощает кислород и азот. Если в воздухе они находятся в соотношении 1/4, то в воде при 15°C они содержатся в соотношении 1/2. Таким образом, вода поглощает кислород более интенсивно, чем азот. Это очень важно для развития жизни в океане. При средней океанической солености 35‰ один литр воды при атмосферном давлении поглощает следующее количество газов (в кубических сантиметрах):

Температура -2° 0° 15° 30°

Кислород 8,47 8,03 5,84 4,50

Азот 15,00 14,40 11,12 9,26

Углекислота в морской воде находится в основном в связанном состоянии, в виде углекислых соединений. Если общая сумма ее на литр воды в среднем составляет 50 см³, то в свободном состоянии ее не более нескольких десятых долей кубического сантиметра.