Геохимия океана. Происхождение океана
Страница 3
Таблица 4. Малые компоненты морской воды.
Элементы
Содержание, Мг/л | Элементы | Содержание, Мг/л | Элементы | Содержание, Мг/л | |
He
Li
N
Al
Si
P
Ar
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu |
0,0001
0,2
0,5
0,01
3
0,07
0,6
0,00004
0,001
0,001
0,00005
0,002
0,01
0,0005
0,0005
0,003 |
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Mo
Ag
Cd
In
Sn
Sb |
0,01
0,0005
<0,0001
0,003
0,004
65
0,0003
0,3
8
0,0003
0,01
0,003
0,000055
<0,02
0,003
<0,0005 |
I
Xe
Cs
Ba
La
Ce
W
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Rn
Ra
Th
U |
0,04
0,0001
0,001
0,9
0,0003
0,0004
0,0001
0,000004
0,00003
<0,00001
0,003
0,0002
9,0х10-15
3,0х10-11
0,0007
0,002 |
Соленость и содержание хлора в морской воде.
Точно определить содержание соли в морской воде затруднительно, так как при выпаривании морской воды досуха часть бикарбоната разлагается, а часть хлорида гидролизуется, поэтому было дано следующее определение понятие «солености»:
Соленость – это общее содержание твердого остатка в 1 кг морской воды, определенного после того, как весь карбонат переведен в окись, бром и йод и замещены хлором, а органическое вещество полностью окислено.
Кнудсен приводит следующую эмпирическую зависимость между хлорностью (Cl,%) и соленостью (S,%):
(1.10.) S=0,03+1,8050Cl,
Где Cl – «общее количество хлора в граммах, содержащееся в 1 кг морской воды после полного замещения брома и йода хлором или хлорность – это величина в граммах на 1 кг пробы морской воды, равная цифровой величине массы в граммах «серебра атомного веса», необходимого для осаждения галогенов в пробе морской воды весом в 0,3285233 кг.
Соленость и хлорность выражаются через вес на единицу количества (1кг) морской воды. Однако при химических исследованиях часто необходимо знать количество растворенного вещества в определенном объеме морской воды. Поэтому было введено понятие «хлористости», как числа граммов хлорида на 1 л морской воды при 200 С. Величина хлористости может быть определена путем умножения величины хлорности на удельный вес морской воды при 200 С.
4. Вариации солености и температуры океана
Вертикальная структура океана. Океан может рассматриваться как двухслойная система. Верхний слой, достигающий мощности от десяти до первых сотен метров ниже водного уровня, испытывает перемешивание и внутри него как температура, так и соленость воды в вертикальном направлении проявляют гомогенное распределение.
В расположенном ниже слое, мощность которого от поверхности раздела с верхним слоем до дна достигает нескольких тысяч метров, температура с глубиной убывает. Вертикальные вариации солености в разных местах различны, тем не менее плотность с глубиной всегда возрастает, вследствие чего вода отчетливо расслоена как результат вертикальной стабильности в слое.
В соответствии с этим в нижнем слое скорость горизонтального смешивания весьма значительна, а вертикальное перемешивание совершается медленно.
1. Латеральные вариации солености у поверхности.
2. Изменения солености в поверхностном слое океана контролируется такими условиями как изменения солености в поверхностном слое.
3. Разбавление солевого раствора морской воды притекающими морскими водами, осадками , водами тающих ледников и айсбергов, а с другой стороны увеличение его концентрации в результате испарения. Причем величина испарения прямо пропорциональна скорости ветра и разнице между давлением водяных паров непосредственно у поверхности моря и их давлением в атмосфере.
В целом, соленость выше в теплых течениях и ниже в холодных.
Латеральные вариации температуры в поверхностей зоне моря. Наиболее высокие температуры поверхности моря наблюдаются несколько к северу от экватора, где также наиболее высокая температура воздуха.
5. Газы, растворенные в морской воде.
Кислород. Растворенный в морской воде кислород заимствуется из атмосферы на контакте воды с воздухом. Он образуется также при фотосинтезе морских растений. С другой стороны, кислород потребляется при дыхании живых организмов и при окислении различных веществ моря, главным образом органического детрита.
Растворимость кислорода в морской воде зависит от температуры и солености; эта зависимость может быть выражена формулой Якобсона:
(1.11.) V(O2)= 10,062-0,2822-0,006144t2-0,000061t3-Cl(0,1073-0,003586t+0,000055t2),
Где V(O2) – растворимость кислорода в 1 см3 на 1 л морской воды при нормальных температуре и давлении в условиях равновесия воды и воздуха при нормальном давлении; Cl- хлорность; t – температура воды, оС.
Интересно, что во всех океанах существует слой с минимальным содержанием кислорода, глубина которого меняется в зависимости от географии.
Однако Ричардс и Редфилд [1955] указывают, что слои с минимальным содержанием кислорода в океане наиболее часто приурочены к поверхности одной и той же плотности - st = 27,2 / 27,3.
Свердруп [1938] рассмотрел возможные причины равновесия между динамическим притоком и биохимическим потреблением в слое минимального содержания кислорода. Считал что, существование слоя с минимальным содержанием кислорода обусловлено главным образом биохимическим расходом кислорода и характером распределения в море органического вещества и сделал заключение, что важной причиной минимума кислородного содержания является существование в океане горизонта перерыва.
Рейкстро [1947] определял скорости расхода кислорода в пробах воды, отобранных на поверхности, в слое с минимальным содержанием кислорода и в глубоководном слое. При этом начальная температура проб в течение длительного времени поддерживалась постоянной. Он установил, что расход кислорода за два года в воде слоя с минимальным содержанием, равно как и в воде глубоководного слоя, весьма незначителен. С другой стороны, поверхностная вода после небольшого выдерживания приобрела ту же концентрацию кислорода, что и пробы воды из слоя с минимальным содержанием кислорода. Рейкстро высказал предположение, что органическое вещество в вертикальной колонне воды, по крайней мере до слоя с минимальным содержанием кислорода, поступает с ее собственной площади поверхности и этим объясняется дефицит кислорода.
Мияки и Сарухаши [1956] исследовав причины вертикальной миграции в море растворенного кислорода, пришли к выводы, что дефицит кислорода тесно связан с увеличением содержания в морской воде углекислоты и с локально протекающим окислительным разложением органического вещества.
Первое исследование изотопного состава растворенного в морской воде воздушного кислорода было проведено Рейкстро, Раддом и Доулом.