Почему океан солёный, а реки — нет? Ответ сложнее, чем кажется
Наверняка вы замечали, что морская вода солёная, а речная, которая в неё впадает, — пресная. Это кажется парадоксом. Реки миллиардами лет несут в океан растворённые соли, но сами остаются пресными. При этом океан, принимая эти соли, сохраняет солёность на одном уровне — в среднем 35 граммов на литр. Почему же океан и реки не становятся всё солонее? Разберёмся в этом вопросе.
Откуда берётся соль?
Главный и самый мощный поставщик солей в океан — это горные породы на суше. Если взять всю соль из океана и равномерно распределить по суше, получился бы слой толщиной более 166 метров. Но как соль попадает из пород в воду?
Всё начинается с дождя. Когда атмосферный углекислый газ растворяется в дождевой воде, образуется слабая угольная кислота (H2CO3). Этот «кислотный дождь» попадает на землю. H2CO3 медленно, но верно взаимодействует с горными породами и минералами, разрушая их химические связи.
В процессе этого химического выветривания высвобождаются растворимые ионы — заряженные частицы, из которых и состоят соли. Это, например, катионы натрия, магния, кальция и хлорид-анионы. Дождевая вода не только физически эродирует, но и химически разлагает породы. Затем ручьи и реки собирают эти растворённые ионы и несут их прямо в океан.
Почему океан солёный, а реки — нет?
Основная причина, по которой океан солёный, а реки пресные, кроется в гидрологическом цикле. Миллиарды лет реки приносят в океан и воду, и крошечные порции растворённых солей. Океан здесь работает как гигантский дистиллятор — вода с его поверхности испаряется и превращается в пар. При этом растворённые соли испариться не могут, они остаются в океане, и по мере испарения воды их концентрация постепенно растёт.
Карта солёности океанов и морей
Испарившаяся вода образует облака, которые затем выпадают осадками над сушей. Эта пресная вода пополняет реки, разбавляя их и не давая им стать солёными. Затем цикл повторяется: реки снова собирают соли с камней и несут их в океан.
Есть ли другие «поставщики»?
Реки — главный, но не единственный источник ионов. Второй важный «поставщик» связан с геотермальными процессами на дне океана, в основном вблизи подводных вулканов и срединно-океанических хребтов. Работает это так: холодная морская вода проникает через трещины в океаническую кору. Там она нагревается магмой, иногда до 400 °C, и вступает в химические реакции с породами.
Затем эта горячая, богатая минералами вода выбрасывается обратно в океан через гидротермальные жерла. Их часто называют «чёрными курильщиками». Чёрный цвет им придают сульфидные минералы, такие как сульфид железа, которые осаждаются при контакте с холодной водой. Эти «курильщики» поставляют в океан много металлов, таких как железо, цинк и медь.
Почему солёность не увеличивается бесконечно?
Если реки постоянно приносят соли, а вода испаряется, океан должен становиться всё солонее. Но этого не происходит. Солёность стабильна, потому что океан находится в динамическом равновесии. Это значит, что скорость поступления солей равна скорости их удаления.
Ключ к разгадке — разный химический состав речной и морской воды. Реки несут в основном ионы кальция Ca2+ и бикарбонаты HCO3-. А в океане доминируют катионы натрия Na+ и хлорид-анионы Cl-. Это происходит потому, что у разных ионов разное «время пребывания» в воде — средний срок, который ион проводит в океане, прежде чем удалится из него тем или иным образом. Всего есть два различных стока ионов — биологический и геологический.
Биологический (быстрый) сток
Ионы, которых много в реках — кальций и бикарбонаты, — имеют короткое время пребывания. Их активно потребляют морские организмы. Кораллы, моллюски, планктон и другие обитатели строят из карбоната кальция CaCO3 свои раковины и скелеты. Когда они умирают, их останки оседают на дно, формируя толщи известняка. Так эти элементы быстро выводятся из системы.
Раковина брюхоногого моллюска. Состоит из слоёв, в состав которых входят карбонат кальция и белок конхиолин
Геологический (медленный) сток
Ионы, доминирующие в океане (натрий и хлорид), наоборот, очень инертны и растворимы. Их время пребывания — десятки и даже сотни миллионов лет. Они удаляются из воды в основном геологическими методами. Например, когда в прошлом изолированные морские бассейны (вроде Средиземного моря) высыхали, образовывались гигантские отложения каменной соли — NaCl. Другие ионы, такие как магний, удаляются в ходе реакций с океанической корой в тех же гидротермальных источниках и при взаимодействии с глинистыми минералами на дне.
Круговорот соли и воды
Итак, стабильная солёность океана — результат сложного и динамичного баланса, который поддерживается миллионы лет. Сначала угольная кислота в дождевой воде медленно вымывает соли из пород и доставляет их в реки, а затем — в океан. В океане соли концентрируются за счёт испарения воды, а реки остаются пресными благодаря дождям. «Речные» ионы быстро забирают живые организмы, которые строят из них свои раковины. «Океанические» ионы удаляются очень медленно за счёт геологических процессов.
Океан — это сложная кинетическая система. И его стабильная солёность критически важна, поскольку её градиенты (разница в солёности) являются одной из главных сил, движущих океаническими течениями, которые регулируют климат нашей планеты.