1. Состав ионов в морской воде и закон дитмара.

Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион — 0,028, ионы

3

НСО^

— 0,003 моль/л.

Независимо от абсолютных концентраций ионов количественные со- отношения между главными компонентами остаются постоянными. Эта зависимость носит название закона Дитмара. Благодаря закону Дитмара мож- но, определив концентрацию только одного реперного компонента, рассчитать содержание остальных ионов. В качестве такой реперной величины был выбран параметр, названный хлорностью.

Под хлорностью воды принимают число грамм-ионов хлора, эквивалент- ное сумме ионов галогенов, содержащихся в 1 кг воды, осаждаемых нитратом серебра. В качестве единицы измерения хлорности принято использовать спе- циальную единицу — промилле (тысячная доля). Концентрация, выраженная в промилле, равна количеству грамм вещества в 1 кг раствора. Для выражения концентрации (моль/л) следует значение концентрации (промилле) разделить на мольную массу компонента и умножить на плотность воды. Например, кон- центрация катионов натрия равна 10,6 ед. промилле, в переводе это равно 0,47 моль/л.

Химический состав неосновных ионов. В химии морской воды преобла- дают семь основных ионов. Однако оказалось, что в ней есть и другие ионы и элементы (практически вся таблица элементов Менделеева). Концентрации рас- творенных металлов достаточно малы — обычно порядка наномоль на литр. Наличие металлов связано с различными источниками. Это:

1. окислительно-восстановительные реакции на океаническом (морском)

дне;

2. атмосферные процессы;

3. привнесение ионов металлов с речной водой.

В настоящее время эти процессы активизировались в связи с антропоген-

ной деятельностью (сжигание угля, плавление металлов). Химизм растворен- ных в воде металлов подразделяется на три класса, описывающие поведение их в процессах химического круговорота:

1. консервативный класс;

2. поведение по типу питательных веществ;

3. класс реакций выноса (извлечения).

2. Химический круговорот главных ионов в морской воде.

Для химического круговорота глав- ных ионов в морской воде важным индикатором процессов являются времена пребывания ионов. Эти времена пребывания очень продолжительны и состав- ляют от 1 000 лет до 100 млн лет. Расчет времени пребывания основывается на предположении, что основным источником ионов, которые привносятся в оке- ан, являются реки и второстепенные источники — это привносы из атмосферы и гидротермальные воды из океанических горных хребтов.

Вынос ионов. К основным процессам удаления ионов относят:

• выброс ионов в атмосферу (потоки «море — воздух»);

• процессы отложения в виде эвапоритов, химического осаждения карбо- натов, абиогенного осаждения карбонатов кальция, опаловых силикатов, суль- фидов;

• гидротермальную циркуляцию морской воды через срединные океани- ческие хребты.

Потоки «море — воздух» у главных ионов вызваны разрывами пузырей и ударами волн на поверхности моря. В результате морские соли выбрасываются в атмосферу, основная их часть немедленно падает обратно в море. Другая часть переносится на большие расстояния и попадает в речную воду. Считает- ся, что эти переносимые по воздуху морские соли имеют такой же относитель- ный ионный состав, что и морская вода. С точки зрения глобальных запасов пе- реносимые по воздуху морские соли являются важным стоком из морской воды только для K⁺ и Сl^–.

Эвапориты. Испарение воды способствует осаждению составляющих ее со- лей, так называемых эвапоритных минералов. Осаждение начинается с наименее растворимых солей и заканчивается наиболее растворимыми. Когда испаряется

примерно половина (47 %) объема воды, выпадает СаСО₃. Затем при приблизи- тельно четырехкратном увеличении солености выпадает СаSО₄ · 2Н₂О (гипс).

Когда испаряется около 90 % воды, при концентрациях растворенных солей около 220 г/л выпадает NaСl. Затем начинают кристаллизоваться некоторые соли магния (Мg²⁺). Если процесс испарения продолжается, выпадают высокораство- римые соли калия (K⁺). В настоящее время процесс накопления эвапоритных минералов в значительной степени слабее, чем в доисторические времена.

Гидротермальная циркуляция. Гидротермальные реакции как источники главных ионов играют сравнительно небольшую роль. Химия гидротермальных флюидов показывает, что взаимодействия «базальт — морская вода» в районах горячих источников являются источником некоторых элементов Са²⁺ и силика- тов, которые отрываются от океанической коры и впрыскиваются в морскую воду. Кальций выщелачивается, по-видимому, из кальциевых полевых шпатов (анортита), тогда как силикаты могут выщелачиваться из любого разрушающе- гося силиката, входящего в состав базальта. Это обеспечивает 35 % поступле- ния этих ионов от объема поступлений с речными водами. Протекают также гидротермальные реакции с участием сульфатов калия. В частности, установ- лено, что осаждение SО₄ (в виде ангидрита (СаSО₄)) происходит как в коре из нисходящей просачивающейся морской воды, так и на участках гидротермаль- ных выходов.Все эти процессы обеспечивают циркуляцию ионов и таким образом реа- лизуется химический круговорот ионов в природе