Происхождение океана

Первое  исследование изотопного состава растворенного  в морской воде воздушного кислорода  было проведено Рейкстро, Раддом и  Доулом.

Результаты  масс-спектрометрических определений  показали, что между величиной  отношения О18/О16 и количеством кислорода, растворенного в морской воде на разной глубине, существует значительное расхождение отрицательного знака. Использовав в качестве стандарта отношение О18/О16 в воздухе (0,2039%), удалось установить, что разница между процентным содержанием О18 и таковым воздуха с глубиной постепенно возрастает, достигая максимума в +0,006% в слое с минимальным содержанием кислорода, располагающемся на глубине около 700 м. После прохождения слоя с минимальным содержанием кислорода d снова уменьшается, падая на глубине 2870 м примерно до +0,001%. Доул [1952] установил, что кислород, освобождающийся при фотосинтезе, имеет более низкую величину отношения О18/О16, чем атмосферный кислород; по его данным, фактор фракционирования равен 0,983. Это должно приводить к уменьшению относительного количества О18 в растворенном в морской воде кислороде, так как этот кислород частично производится фитопланктоном.

С другой стороны, кислород в морской воде поглощается при дыхании живых  организмов, при бактериальных процессах, при окислении органического детрита и т.д.; при этом легкий изотоп кислорода поглощается избирательно. Вследствие этого следует ожидать, что находящийся в воде остаточный кислород по сравнению с воздухом должен быть относительно обогащен О18. По данным определений Доула [1954], фактор фракционирования изотопов кислорода при процессах поглощения кислорода, растворенного в морской воде, равен 0,991. Необходимо отметить, что азот в газе, растворенном в воде океана, так же как и атмосферный азот, имеет нормальный изотопный состав.

Результаты  определений показывают, что содержание растворенного азота, а также  аргона, неона и гелия, в отличие  от кислорода мало изменяется с глубиной и всегда близко к насыщению.

В таблице 5 приведен пример данных о вертикальных вариациях содержания растворенных в воде неона и гелия в Атлантическом океане.

Таблица 5. Вариации содержания в морской  воде растворенных неона и гелия (Rakestraw и др., 1939).

9. Радиоактивные элементы  в морской воде  и глубоководных  осадках.

Заметная  концентрация радия в глубоководных  осадках впервые была установлена  Джоли [1908], проведшим определения  содержания радия в пробах донных осадков, собранных экспедицией Челленджера. С тех пор уже накоплено значительное количество данных о концентрации радия в глубоководных осадках. Получил подтверждение факт, что морские донные осадки с глубин более 2000м обычно содержат радия больше, чем гранитоидные породы суши. Повышенная концентрация радия особенно заметна в красных глинах. (Табл.7).

Таблица 7. Содержание радия в континентальных  породах и морских донных осадках, 10-12 г Ra/л

Как видно  из данных таблицы 7 наибольшее содержание радия среди континентальных  пород наблюдается в гранитах; однако глубоководные осадки содержат радия гораздо больше. Что касается механизма концентрации радия в глубоководных осадках, то, согласно имеющемуся объяснению, ионий, являющийся изотопом тория и родителем радия, осаждается в них вместе с гидроокисью железа. Частично концентрация радия может быть связана с аккумуляцией в осадках самого радия; вместе с тем считается, что осаждение урана из морской воды значительно меньше.

Имеется ряд аналитических данных о содержании радия в морской воде. Эванс  и другие [1938] провели определение  среднего содержания радия в сложной  пробе морской воды и установили, что оно равно 0,08 х 10-12 г/л, а среднее содержание урана в морской воде составляет 1,5 х 10-6 гл.

В отношении  аккумуляции радия в глубоководных  осадках Хамагуши [1939] высказал предположение, что радий осаждается вместе с  коллоидальными частицами гидроокиси и окиси железа и марганца. Его предположение подтверждается концентрацией марганца и железа в глубоководных осадках.

Длительность  периода со времени начала генерации  ионием радия до времени образования  максимального количества радия по расчетам составляет около 10 000 лет.

По Крелю, на распределение радия в осадках  в основном влияют колебания в  скорости осаждения иония, вариации общей скорости седиментации, а также  диффузия и адсорбция в осадках  радия и иония. Крель получил  примерную величину скорости осаждения иония около 1-20 мм/1000 лет, а содержание иония в океане составляет (3,1/1) х 10-15 г/мл.

Холланд и Калп [1956] исследовали катионный  обмен радия и иония на поверхности  пелагических осадков, используя для  иония (Th230) и радия (Ra236) в качестве трассеров радиоторий (Th238) и торий-Х (Ra224). Полученные результаты показали, что количества абсорбированного осадками иония и радия сопоставимо с наблюдаемым в современных глубоководных осадках. Этот факт свидетельствует о том, что одними из механизмов извлечения иония и радия из воды океана являются адсорбция и базовый обмен.

Аррениус, Брамле и Пиччиотто [1957] изучили распределение a-активности в глубоководных осадках  севера экваториальной части Тихого океана. Полученные ими результаты свидетельствуют о том, что около половины a-активности связано с фрагментами и обломками скелетных костей рыб, экскрементами животных зоны бентоса и мелкими (,1 мк) высокопреломляющими кристаллами (вероятно, барит); другая половина, внутри пор осадков. Пятна с высокой a-активностью, наблюдаемые у обломков костей рыб, обычно связываются с изотопами тория и их производными.

Пиччиотто и Вилгейм [1954] предложили новый хронологический  метод, основывающийся на отношении  иония и тория (Th230/Th232). Так как ионий или Th230,имеет период полураспада гораздо больше (1,4 х 1010 лет), то можно определить абсолютный возраст, если в пробе глубоководного осадка не содержится детритовый материал. По их данным содержание иония в морской воде менее 2 х 10-13 г Io/л.

Влияние нефти на водоем.

    Плохо очищенные нефтесодержащие стоки  способствуют образованию на поверхности  водоема нефтяной пленки, толщиной 0,4-1 мм.

    Одна  тонна нефти может покрыть  от 150 до 210 га водоема. При наличии  нефтяной пленки резко падает количество растворенного в воде кислорода, т.к. кислород, содержащийся в воде расходуется на окисление нефтепродуктов, а новая порция не растворяется.

    Уменьшение  О₂ резко сказывается на жизнедеятельности организмов и рыб. Угнетение дыхания рыб наблюдается при содержании О₂ 4,5 мг/л, а некоторых даже при 6-7,5 мг/л.

    Из  нефтяной пленки с поверхности водоема  легкие фракции испаряются, водорастворимые - растворяются в воде, а тяжелые  прилипают к твердым, взвешенным в воде частицам и оседают на дно  и там скапливаются.

    Опустившиеся на дно тяжелые остатки продолжают угнетать жизнь водоема: часть их разлагается на дне, загрязняя воду растворимыми продуктами распада, а часть вновь выносится на поверхность с выделяющимися со дна газами. Каждый пузырек донного газа, выходя на поверхность воды, лопается, образуя нефтяное пятно.

    Образование донного осадка приводит к отравлению им зоо- и фитопланктона, служащего  пищей для рыб.

    Нефть и нефтепродукты придают воде нефтяной запах и привкус, в следствии  чего вода водоема становится непригодной для водоснабжения.

    При наличии в воде 0,2-0,4 мг/л нефти  вода приобретает нефтяной запах, который  не устраняется даже при фильтровании и хлорировании. Нефтяной запах распространяется на большие расстояния, чем какие-либо другие загрязнения.

    Для рыб наиболее токсичны легкие фракции нефти, особенно ароматические углеводороды. Они способны накапливаться в тканях рыб и, попадая в организм человека, вызывать в жировых клетках образование канцерогенно-белкового комплекса. Мальки, вылупившиеся из икры загрязненной рыбы, имеют мутогенные нарушения (отсутствие жабр, две головы и др.)

Влияние на водоемы кислотных дождей

    Дождевая  вода имеес нейтральную реакцию (РН=7). Но поскольку даже в самом  чистом воздухе имеется углекислый газ, то растворяя его вода приобретает РН - 5,6 - 5,7. Вымывая из загрязненной атмосферы кислые компоненты, в частности оксиды азота и серы дождь становится кислым.

    В пресном водоеме вода чаще имеет  не нейтральную, а щелочную реакцию (РН=8) за счет вымываемых из почвы минералов  и разложения органичеаских остатков. К такому составу приспособились все обитатели рек и озер.

    При выпадении кислых дождей, РН которых  может достигать 2 - 3, вода некоторое  время сохраняет щелочную реакцию, благодаря способности нейтрализовать поступающую в нее кислоту. Понемногу озеро начинает подкисляться. При РН = 7, когда вода приобретает нейтральную реакцию, в ней начинает падать содержание кальция. На нерестилищах гибнуть икра, которая нуждается в определенной дозе кальция для возникновения зародышей. При РН = 6,6 гибнут улитки, при РН = 6 исчезают креветки, погибает икра остальных земноводных, при РН = 5,5 сокращается видовое разнообразие живых существ. По мере гибели бактерий, разлагающих органику водоема начинают скапливаться отмершие кислые и другие органические остатки, Гибнет планктон, составляющий основу пищи для ихтиофауны. Нарушенное кальциевое равновесие у одних рыб нарушает перенос ионов в жаберные мембраны, у других - приводит к потере способности образовывать икру. Из донных осадков и окружающих почв начинают выщелачиваться токсичные металлы (алюминий, ртуть, свинец, кадмий, берилий, никель) . Часто они оказываются более опасными, чем сама по себе высокая кислотность. При РН = 5,5 бурно развиваются кислотные мхи, грибы. Когда РН достигает 4,5 рыбы в водоеме уже не остается, гибнут амфибии и многие насекомые. Вода в озере выглядит чистой и прозрачной, потому что в ней вымерли все микроорганизмы и органические остатки нетролнутыми ложатся на дно. Сфагнум, некторые водоросли и грибы образуют плотный ковер, препятствующий поступлению питательных веществ. Под этим ковром постепенно иссякают запасы кислорода и начинают развиваться бактерии - анаэробы, выделяющие углекислый газ, метан и сероводород.