Морская вода состоит из воды и соли, 97% которой составляют ионы. Ионы, как помним из школьной химии, — это атомы или молекулы, которые приобрели или потеряли электроны. Положительно заряженные ионы называются катионами (как котики) — у них отняли электроны (натрий (Na⁺), магний (Mg²⁺)). Отрицательно заряженные ионы называются анионами (как цветочки) — у них электронов больше, чем нужно (хлорид (Cl⁻), сульфат (SO₄²⁻)).
Соль поступает в воду из-за химического выветривания горных пород. Дождевая вода, кислород и углекислый газ из воздуха, вступая в реакцию с горными породами, растворяют их. Мы можем наблюдать это на памятниках или статуях, потерявших свою первоначальную форму, или на поверхности скал, сглаженных водой. Вода — универсальный растворитель. Молекулы воды имеют слабый положительный заряд на водородном конце и слабый отрицательный заряд на кислородном конце. Эти молекулы могут окружать как положительные, так и отрицательные ионы горных пород, изолируя их друг от друга, что приводит к растворению породы.
С потоками и реками вода с растворёнными ионами поступает в моря и океаны. Тогда почему реки не солёные, если они постоянно переносят растворённые ионы солей? Во-первых, реки постоянно уносят растворённые ионы с собой. Во-вторых, реки постоянно пополняются свежей дождевой водой, разбавляя концентрацию растворённых солей, поэтому речная вода остаётся пресной.
Океаны же солёные, потому что реки на протяжении миллионов лет постоянно пополняли их ионами солей, а постоянного стока у них нет. Самая большая солёность — в открытом океане, где вода теряется при испарении, а растворённые соли остаются. Испарённая вода образует облака и, в конечном итоге, дождь или снег. В результате вода в океане становится настолько солёной, что не может больше растворять соль. В морской воде содержится около 35 граммов соли на литр, но если вы решите создать дома бассейн с морской водой, вы сможете растворить больше чем 35 граммов поваренной соли в литре воды. То есть соли в океане должно быть больше.
Так куда делась соль за миллионы лет?
медленно удаляется из океана. Например, испарение воды в мелководных прибрежных лагунах может привести к тому, что концентрация соли возрастёт настолько, что она выпадет в осадок, образуя кристаллы соли. Молекулы воды больше не могут удерживать молекулы вещества отдельно друг от друга. Так добывают морскую соль для использования в пище. Морские брызги также могут медленно выбрасывать соль из океана на сушу. И наконец, морская вода, просачивающаяся через трещины в океанском дне вблизи подводных вулканических хребтов, выводит соль из океанов. Но в целом ионы соли задерживаются в океане в тысячи раз дольше (несколько миллионов лет), чем молекулы воды (тысячи лет), поэтому морская вода солонее речной.
Учёные очень любят измерять солёность воды. А зачем? Чтобы узнать её плотность. На плотность морской воды влияют температура воды и концентрация растворённых в ней веществ — солей. Чем больше соли растворено в воде, тем она плотнее и тем больше она весит. Различия в температуре и солёности океана на разных глубинах и в разных местах влияют на океанические течения. Течения влияют на погоду и климат, например тот же Гольфстрим отапливает половину Европы.
Чтобы измерить солёность, можно воду выпарить, а оставшиеся соли взвесить — так поступали сотни лет назад. В 1800-х годах датский геолог Форххаммер, взвешивая воду, пришёл к выводу, что количество различных солей в океанской воде почти всегда одинаково, будь то вода из Индийского, Тихого или Северного Ледовитого океана. Это означало, что учёные могли измерять только одну соль, например ион хлорида, который присутствует в больших концентрациях и легко поддаётся измерению. Затем солёность можно рассчитать, умножив на постоянную величину, выведенную Форххаммером: 1.812. В 1960-х годах было разработано электронное оборудование для оценки солёности путём измерения того, насколько хорошо образец морской воды проводит электричество.
В лохматом 1999 году, скорее всего американцы, предложили создать Арго — международную программу по исследованию океана, в которую входит даже Китай, а мы — нет. В рамках этой программы запускают подводные дроны, которые перемещаются по океанам, измеряют давление, температуру и электропроводность для оценки солёности, а затем передают данные на спутник.
Источник:
Stedmon CA and Visser AW (2023) Why is the Sea Salty and Does it Matter?. Front. Young Minds. 11:1097831. doi: 10.3389/frym.2023.1097831
Ставя любо и подписываясь, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Как бактерии помогают природе выжить под давлением человека