Химический состав морской воды и других частей гидросферы

Природная вода никогда не бывает химически чистой. Даже атмосферная влага содержит различные примеси (растворенные газы, пыль, микроорганизмы и т. п.), которые улавливаются ею из воздуха. Химический состав гидросферы в целом оценивают по составу морских и океанических вод.

В водах Мирового океана присутствуют почти все химические элементы, известные на Земле. Наибольшее содержание их отмечено в табл. 4.

Таблица 4 - Химический состав вод Мирового океана (по С. П. Паркеру)

Химический элемент	Содержание, % по массе	Химический элемент	Содержание, % по массе
Кислород	85,70	Кальций	0,04
Водород	10,80	Калий	0,038
Хлор	1,90	Бром	6,5·10–3
Натрий	1,05	Углерод	2,8·10–3
Магний	0,14	Стронций	0,8·10–3
Сера	0,085	Бор	4,6·10–4

Из данных табл. 4 видно, что в водах морей и океанов преобладают в количественном отношении кислород и водород, составляющие в сумме 97,54% всей массы Мирового океана. Это означает, что в химическом отношении основная часть гидросферы является водородно-кислородной средой. Третье и четвертое места занимают натрий и хлор, составляющие части поваренной соли. К числу не указанных в табл. 4 элементов относятся Mo, W, Rb, Cs, Au и др., содержание которых в разных местах и на разных глубинах неодинаково. Кроме того, в морской воде содержится огромное количество газов (N2, H2S, CH4 и др.), различных веществ и твердых частиц. Всего в океанах и морях растворено около 4,65 · 1018 кг твердых веществ.

Содержание растворимых в морской воде химических соединений определяется или в массовых долях процента, или в промиллях, и называется соленостью. Средняя соленость океанической воды равна 34,5 %. Это означает, что в 1 л воды содержится 34,5 г соли (промилле равно 0,1% и обозначается как ‰). В воде растворено 0,48 · 1023 г солей.

Несмотря на ряд физико-химических, биологических и геологических процессов, происходящих в морской воде, ее солевой состав практически постоянен. Особенно это относится к районам, удаленным от береговой линии. Меняется лишь концентрация растворенных веществ, главную массу которых составляет поваренная соль (NaCl) – ее содержание оценивается примерно в 4 · 1013 кг.

Химические элементы морской воды находятся в различных соединениях, главные из которых приведены в табл. 5 [69].

Таблица 5 - Главные составные части морской воды

Химические соединения	Содержание г на 1 000 г воды	% всей массы солей
Хлориды:
хлористый натрий	27,2	77,758
хлористый магний	3,8	10,878
Сульфаты:
сернокислый магний	1,7	4,737
сернокислый кальций	1,2	3,600
сернокислый калий	0,9	2,465
Карбонаты:
углекислый магний	0,1	0,315
бромистый магний	0,1	0,217
Сумма	35,0	100,0

В морской воде преобладают хлориды (около 88,64% по массе), придающие ей соленый (хлористый натрий) и горький (хлористый магний) вкус. Указанное в табл. 5 соотношение между химическими соединениями воды в Мировом океане всюду остается постоянным. Меняется лишь соленость той или иной части океанов и морей.

Состав и количество ионов в океанической воде постоянны уже в продолжение примерно 1 млрд лет. На основании этих выводов В. И. Вернадский предложил считать содержание ионов в морской воде константой планеты Земля. Это дает возможность определять содержание в воде солей по иону Cl–, так как он легко титруется и составляет 55% от суммы всех ионов морской (океанической) воды [65].

Степень солености воды в океанах отклоняется от средней солености (S = 35‰) не более чем на 2–4‰. Наименьшая соленость (почти ноль) наблюдается близ устьев рек, наибольшая соленость (37‰) – в частях океанов, лежащих под 20–30о широты, в области действия планетарных пассатных ветров. В приполярных областях из-за таяния льдов соленость океанической воды снижается до 33 и даже до 31‰.

Значительно более изменчива соленость воды в морях, особенно имеющих слабую связь с океаном или полностью ее утерявших. Соленость в таких морях может сильно изменяться в зависимости от интенсивности испарения, определяемой климатом, стока пресных вод с континента и других условий.

Примером моря с повышенной соленостью может служить Красное море, в которое не впадает ни одна река с окружающей его пустынной суши, имеющей большое испарение. На юге соленость моря еще близка к солености прилежащих участков Индийского океана и равна 39‰, но на севере, в Суэцком и Акабском заливах, она достигает 41‰, а зимой повышается даже до 52‰. Придонные воды центральной части Красного моря имеют необычайно высокую соленость. Здесь на глубине 2 тыс. м советской экспедицией на исследовательском судне «Академик С. Вавилов» была установлена соленость 280,7‰.

Наоборот, Черное море, расположенное в более холодном климате, где испарение происходит менее интенсивно, и принимающее в себя пресные воды таких мощных речных артерий, как Дунай, Днестр, Днепр, Дон, Кубань, имеет соленость всего 18‰ – в активной части, 1–9‰ – у берегов. В Азовском море соленость составляет 11–13‰. Еще более низкой соленостью обладает Балтийское море, на опреснение которого влияют те же причины. Соленость его на западе – 7‰, а в Ботническом и Финском заливах падает до 2–5‰. В восточном конце Финского залива, близ Санкт-Петербурга, в так называемой Невской губе, или в Маркизовой луже, она понижается даже до 1‰.

В некоторых замкнутых бассейнах соленость воды в разных их частях изменяется еще резче. Классическим примером может служить Каспийское море, в настоящее время полностью потерявшее связь с океаном и фактически превратившееся в озеро. Близ устьев крупных рек (Волги, Урала, Терека, Куры) вода в Каспии сильно опреснена (7,5‰). В северо-восточной зоне вода бывает настолько пресной под влиянием нагона сюда юго-западными ветрами воды из р. Урала, что местные жители используют ее для хозяйственных надобностей. А в заливе Кара-Богаз-Гол, который расположен в условиях весьма засушливого климата и почти совсем лишен притока пресных вод с суши, соленость достигает 186‰ – величины, при которой начинается выпадение из воды некоторых растворимых солей (мирабилита).

В последние десятилетия из-за уменьшения притока речных вод уменьшается глубина Аральского моря и возрастает соленость воды. Даже в наиболее глубоководной – западной его части соленость достигает около 60‰, а в восточной, испаряющейся части моря еще больше (раньше было 10–12‰).

Соленость морской воды изменяется как во времени, так и в пространстве. Это обусловлено непостоянством соотношения между испарением с водной поверхности (Е) и фактором опреснения вод (атмосферные осадки Р, речной сток Q, таяние льда и т. д.). В периоды и в районах, характеризующихся резким преобладанием Е над (P + Q), концентрация солей возрастает. Так, в тропической и субтропической зонах сохраняется соотношение Е > (P + Q). Поэтому между 15 и 25о широты каждого полушария отмечается самая высокая соленость открытой части Мирового океана, составляющая 37,5‰ и несколько более. У экватора обильные осадки значительно превосходят испарение Р >> Е. Поэтому здесь соленость воды на поверхности чаще всего ниже средней (34,0–34,7‰). В умеренных и высоких широтах обычно наблюдается неравенство Е < (P + Q), и поэтому значение S с приближением к полюсам уменьшается до 30‰.

Сезонные колебания S характерны до глубины 150 м, где сильнее всего сказывается соотношение Е и P + Q. Ниже 150 м от водной поверхности вертикальное распределение солености зависит от интенсивности переноса воды. В то же время местные физико-географические условия отдельных морей и океанов вносят определенный вклад в изменения солености по глубине. Особенно велика в этом роль различных видов волн, поверхностных и глубинных течений, способствующих созданию определенного профиля (типа) вертикального распределения S.

Между Мировым океаном, атмосферой и сушей постоянно происходит солеобмен. В обмен между океанами, по А. М. Гриценко и В. Н. Степанову [69], вовлекается около 7·1017 кг солей. Причем основная масса солей переносится в антарктической части Мирового океана, где водообмен особенно значителен. Вынос солей из океана в атмосферу, по Эриксону и Бруевичу, происходит при испарении и разбрызгивании воды во время волнения в размере около 5·1012 кг/год. Солеобмен между Мировым океаном и сушей составляет около 5·1011 кг/год; применительно к отдельным океанам эта величина изменяется от 1010 кг/год (в Северном Ледовитом океане) до 26 · 1010 кг/год (в Тихом океане).

Вода суши резко отличается от морской как по химическому составу, так и по общему содержанию солей. Стекание атмосферных осадков по земной поверхности и фильтрация их в почвы и грунты различного химического состава определяют химический состав речных вод, которые выносятся в моря и океаны. Их соленость обычно невелика и в основном не превышает 0,3‰. В речной воде по массе содержится около 79,9% карбонатов, 13,2% сульфатов и 6,9% хлоридов. Состав растворенных веществ и газов непостоянен и меняется в зависимости от изменения соотношения между источниками формирования речного стока, интенсивности его движения, степени связанности с подземными водами и состава горных пород.

По солености воды озера делят на пресные, соленые и соляные. В первом случае соленость не превышает 0,3‰, во втором – 0,3 … 24,7‰. В отдельных озерах соленость выше, чем в океанах, и вода нередко достигает состояния, близкого к насыщению. Атмосферная влага также содержит некоторое количество растворенных веществ – газов (N2, O2) и мельчайших частичек солей, заносимых в атмосферный воздух с поверхности суши и океанов. В атмосферной влаге содержатся оксиды азота, образующиеся из азота и кислорода воздуха при атмосферных электрических разрядах. Так, в европейской части России на каждый гектар земной поверхности атмосферные осадки приносят за год 3–4 кг азота, 5 кг хлора, 4–10 кг кальция, 10–20 кг серы и некоторое количество других элементов.

Огромное количество солей содержится в подземных водах, особенно в термальных (подземных водах с температурой выше 20 °С), которые находятся на больших глубинах и широко распространены в областях вулканизма, горноскладчатых платформенных районах (Северный Кавказ, Камчатка, Средняя Азия, Чехословакия, Италия, США, Германия и др.). Так, высокоминерализированные воды юга Дагестана в течение года выносят на земную поверхность около 1,6 · 109 кг химических элементов. В водах Паужетского месторождения (Камчатка) содержится 250 мг/дм3 НВО3, 4,4 мг/дм3 лития, по 0,4 мг/дм3 рубидия и цезия, содержание брома в 1 дм3 может изменяться от единиц до нескольких тысяч миллиграммов, йода – от нескольких единиц до 100 мг/дм3 и более.

Итак, химический состав всех частей гидросферы тесно связан между собой. Как утверждал В. И. Вернадский, «…главная масса химических элементов вносится в гидросферу из литосферы деятельностью рек, и главная масса возвращается из гидросферы в литосферу путем более или менее сложных выделений веществ из водных растворов» [11]. Воды гидросферы в результате испарения поступают в атмосферу и затем выпадают в виде осадков. Последние проникают в горные породы и выщелачивают их. Продукты разрушения сносятся в Мировой океан и накапливаются там в виде твердых осадков.

Реки сносят в Мировой океан не только продукты разрушения горных пород. В связи с бурным развитием промышленности, транспорта, городов, земледелия (тем более со все возрастающим использованием минеральных удобрений) в последние десятилетия началось загрязнение речных потоков различными химическими и органическими веществами, что ведет к загрязнению морской воды. Кроме того, ее загрязняют морские суда, особенно танкеры.

Производственно-хозяйственная деятельность человека вызывает так называемое антропогенное загрязнение речных и морских вод. Такое загрязнение не ограничивается только природными водами. Оно распространяется на речное и морское дно и берега. Все это вместе взятое способствует нарушению биохимического равновесия водных масс, изменению химического состава воды и ее физических свойств. Поэтому охрана природных вод, сохранение их химического состава в «первозданном виде» – важнейшая задача современной науки и практики.

Дата добавления: 2014-01-07