Походження і еволюція складу води океану

Згідно сучасної точки зору, Земля утворилася з холодної космічної речовини близько 4,6 млрд років тому. При гравітаційному стисненні і за рахунок розпаду радіоактивних ізотопів відбулося розігрівання її надр. Але вчені доводять, що Земля не була повністю розплавлена. В зоні розплавлення тугоплавких речовин вони першими випадають на дно зони, а більш легкоплавкі спливають вгору і виявляються перегрітими та плавлять склепіння. Зона розплавлення піднімається, таким чином, до літосфери. Виділення вод з твердої речовини метеоритів-хондритів, склад яких вважається найбільш близьким до мантії Землі, експериментально було доведено А. П. Виноградовим за допомогою зонного плавлення. При нагріванні метеоритів відбувалося виплавляння легкоплавких силікатів, які насичені летючими речовинами. Отже, на поверхню Землі надходив розплав, після охолодження якого утворилась земна кора, гідросфера (первинний океан) і атмосфера. Підтвердженням цієї теорії є тотожність складу газів діючих вулканів з первинною атмосферою. Може виникнути питання: а чи достатньо було маси мантії, що містить лише 0,5% води, для утворення Світового океану? Розрахунок показав, що маса води, яка міститься в мантії, в 10 разів перевищує масу Світового океану.

Температура у поверхні Землі в період тонкої первинної атмосфери, за розрахунками, оцінювалась у +15°С, і тому на Землі постійно існувала гідросфера, котра здійснила певний вплив на еволюцію земної кори і атмосфери.

Розрізняють три стадії формування сольової маси океану. В періодпершої стадії води океану мали кислу реакцію, тому що хлор, бром і фтор виділялися у вигляді сильних кислот: HCl, HBr i HF. Кислоти реагували з ультраосновними і основними гірськими породами, і у воду переходили лужні, лужноземельні та інші елементи. Таким чином, аніони морської води — це продукти дегазації мантії, а катіони — продукти руйнування порід земної кори.

Загальна солоність океанічних вод була, мабуть, близькою до сучасної, але відношення головних компонентів зазнали істотних змін. Головними аніонами були карбонат і бікарбонат, а не хлорид. У водах первинного океану відсутнім був сульфат-іон, що є доказом відсутності в океані та атмосфері кисню.

Друга стадія формування хімічного складу океану пов’язана з виникненням життя на Землі. Перші стародавні залишки життєдіяльності організмів знайдені в сланцях, вік яких 3,1–3,4 млрд років.

Виділення вільного кисню в процесі фотосинтезу привело до зміни складу атмосфери і океану. Атмосфера стала азотно-кисневою. Сполуки вуглецю були окислені до вуглекислого газу, котрий майже повністю був вилучений у процесі фотосинтезу. Сірка і сірководень окислились, і в океані почав накопичуватись сульфат-іон. Головними формами азоту в морській воді стали молекулярний азот і нітрат, а не аміак. Залізо з двохвалентного перейшло у трьохвалентний стан і втратило геохімічну рухомість. Збільшилась рухомість кальцію та магнію.

Після встановлення стабільного складу атмосфери настала остання (третя) стадія формування сольового складу Світового океану. Сучасний стан океанічних вод установився 1,5–0,5 млрд років тому.