Склад морської води

Морська вода — це виключно однорідний розчин, до складу якого входить 96,5% води, 3,5% солей, незначна кількість завислих твердих частинок, розчинених газів і органічних сполук.

Хімічний склад морської води, за О. А. Алєкіним, поділяється на п’ять груп.

1.Головні іони. Це одинадцять елементів, що складають 99,98% за вагою від усіх розчинних солей в океанічній воді (табл.4. 1).

Таблиця 4.1

Основні іони морської води

Усі інші елементи знаходяться в морській воді в незначних кількостях (загальний їх вміст не перевищує 0,02%).

2. Біогенні елементи – це сполуки (азоту, фосфору, кремнію та інших елементів), які переробляються дрібними рослинними організмами – фітопланктоном. Він знаходиться у воді в завислому стані і має здібність до фотосинтезу вуглеводів із двоокису вуглецю і води, наприклад:

6СО₂ + 6 Н₂О ^{сонячне світло}→ С₆Н₁₂О₆ + 6О₂.

Для того щоб здійснювати цю реакцію, фітопланктон повинен залишатись там, де достатньо сонячного світла. Навіть у відносно прозорій морській воді фітопланктон знаходиться у верхніх шарах (100- 200 м). Саме в цьому шарі відбувається поглинання біогенних елементів. Фітопланктон утворює основу для харчового ланцюга океану, і біогенні елементи переміщаються вздовж цього ланцюга, по мірі, того як відбувається поглинання їжі – у цілому. У будь-якій з ланок цього ланцюга біогенні елементи можуть знову потрапити до води під час відмирання й розкладу морських організмів, це, звичайно, відбувається в процесі подальшого занурення їх нижче зони фотосинтезу. Таким чином, в океані здійснюється перенесення біогенних елементів зверху вниз – починається з поглинання їх фітопланктоном, у подальшому вони знову потрапляють у воду в розчиненому стані. Для того щоб у зоні фотосинтезу зростання фітопланктону не припинялося, необхідно, щоб біогенні елементи знову потрапили у верхні шари океану. Тому таке важне значення для “ родючості” океанічних вод мають зони апвелінгу.

У шельфових морях помірних широт концентрація біогенних елементів більш залежить від пори року, ніж від глибини. Навесні, коли сонячна радіація збільшується фітопланктон починає активно рости. Таке явище називається “весняним цвітінням фітопланктону”. Цвітіння може відбуватись майже до повного зникнення у морській воді одного або відразу декількох біогенних елементів, що у свою чергу, викликає призупинення росту фітопланктону. Інколи у морській воді може знову накопичитись достатня кількість біогенних елементів, і тоді розпочнеться повторне, літнє, цвітіння фітопланктону. Це може бути викликано, наприклад, збільшенням прозорості води, що дає можливість сонячному світлу проникати на більші глибини. Узимку, однак, ріст фітопланктону майже не відбувається, і завдяки перемішуванню водної товщі спостерігається перерозподіл біогенних елементів, які в результаті розкладу морських організмів потрапляють у воду від самої поверхні до самого дна. Таким чином, підготовлюється нове весняне цвітіння фітопланктону.

4. Розчинні гази у морській воді: кисень, азот, двоокис вуглецю,

аргон, сірководень, вуглеводи та інертні гази.

Розчинені гази – гази, які утворюються за рахунок обміну з атмосферою, біологічної діяльності у воді та інших процесів ( кисень, азот, вуглекислий газ, іноді сірководень). Найбільше у морській воді азоту й кисню. Кисень надходить у морську воду або з повітря, або в результаті фотосинтезу морських речовин переважно:

СО₂ + 2Н₂О + 470 кДж → СН₂О + О₂ + Н₂О.

Витрачається кисень на дихання морських організмів і на окислення різних речовин. На поверхні океану концентрація розчиненого кисню, зазвичай, залишається на постійному рівні насичення або дуже близька до нього, але, оскільки концентрація кисню у воді збільшується зі зменшенням температури, то вона коливається від 4.5 мл/дм³ у тропічних широтах до 8 мл/дм³ і більше у полярних районах. Між поверхнею й рівнем компенсації концентрація може перевищувати рівень насичення, але нижче цієї глибини кількість розчиненого кисню зменшується. У внутрішніх морях, ізольованих від океану, в нижніх шарах води і заглибленнях океанічного дна часто спостерігається нестача кисню і навіть повне його зникнення.

Двоокис вуглецю поглинається під час фотосинтезу, а виділяється при диханні живих організмів і рослин. Для того щоб пояснити характер розподілу СО₂ в океані, крім цих факторів (а також того, що двоокис вуглецю, що утримується в атмосфері, розчиняється в морській воді), необхідно брати до уваги карбонатну систему. Двоокис вуглецю, взаємодіючи з водою, утворює вуглекислоту. Остання, а також іони карбонату кальцію, що надходять в океани з річками, які протікають, наприклад, по вапняках, вступають у реакцію:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃↔Н⁺ + НСО^-₃↔ 2Н⁺ + СО^-₃.

Перенасичення води іонами карбонату кальцію приводить до поглинання його живими організмами, залишки яких відкладаються на дні океану. Нестача насичення води цими іонами викликає розчинення таких осадків. Підвищення розчинності карбонату кальцію зі збільшенням тиску також приводить до помітного падіння вмісту карбонату кальцію в осадках, особливо це помітно на глибині нижче чотирьох кілометрів. Океан, таким чином, є гігантським резервуаром двоокису вуглецю, який завдяки наявності на дні карбонатних осадків дуже ефективно перешкоджає зміні концентрації двоокису вуглецю в атмосфері.

Азот у поверхневих шарах моря знаходиться майже у повній рівновазі з азотом атмосфери. Кількість вільного розчиненого азоту на глибині визначається утворенням і розпадом органічних речовин та діяльністю бактерій.

Сірководень утворюється на дні морів унаслідок процесів розкладу органічних речовин, а також у результаті життєдіяльності бактерій. Цей газ є сильною отрутою для водних організмів. Прикладом зараження глибинних шарів сірководнем є Чорне море, в якому 87% об’єму води отруєно цим газом.

4. Група мікроелементів — це група елементів з концентрацією менше, ніж 1´10^–6. Це мідь, алюміній, залізо, марганець, цинк, барій, радій тощо.

5. Органічні речовини у морській воді поділяють на тверді частинки і розчинні. У водах, що багаті на фітопланктон, кількість розчиненого органічного вуглецю в 7–8 разів перевищує кількість твердих частинок органічного вуглецю, а на великих глибинах — в 1000 разів. Кількість органічного вуглецю коливається у відкритому океані зазвичай в межах 0,2–2,7 мг/дм³. Більш значний вміст вуглецю спостерігається в морях, що оточені з усіх боків сушею: У Чорному — 3,3 мг/дм³, у Балтійському — 4,6 мг\дм³, в Азовському — 6,0 мг/дм³.

Гірко-солоний смак— це найхарактерніша особливість морської води. Він обумовлений тим, що більшу частину розчинених у морській воді речовин складає хлорид натрію — звичайна кухонна сіль і хлорид магнію.

Розчинені у морській воді різні мінеральні речовини містяться в ній у вигляді іонів, тому морська вода — це слабкий іонізований розчин, що має слабку лужну реакцію, добру електропровідність, знижену температуру замерзання, підвищену точку кипіння, знижену теплоємність. Морська вода має більшу густину, ніж прісна, погано розчиняє мило, швидко утворює накип у парових котлах, відрізняється від річкових і озерних вод стабільністю хімічного складу.

Сталість складу морської води.Встановлено, що в різних точках Світового океану, незважаючи на мінливість загального вмісту солей, відсоткове відношення між головними складовими елементами морської води завжди постійне. Ця закономірність називається законом сталості сольового складу морської води, яку відкрив у 1884 р. шотландський хімік У. Діттмар. На основі цього закону можна визначити загальну кількість солей, якщо відома концентрація одного з його складових елементів.