|
Химический состав атмосферы и океана связаны между собой самым тесным образом. Можно сказать, что газовая и водная оболочки Земли проникают одна в другую. Атмосфера насыщена парами воды, а в водах Мирового океана в большом количестве растворены вещества, образующие газовую оболочку.
Газовая оболочка имеет исключительно важное значение, так как является своеобразным регулятором обменных процессов между Землей и космосом. В составе этой оболочки выделяется несколько сфер, отличающихся составом и физическими свойствами.
Основная часть газового вещества (80%) заключена в тропосфере, верхняя граница которой на экваторе расположена на высоте около 17 км, а к полюсам снижается до 8—10 км. Тропосфера является областью активного взаимодействия с океаном и сушей, в ней сосредоточена основная масса паров воды и мелких твердых частиц, переносимых воздушными массами. Выше, в стратосфере и мезосфере, нарастает разреженность газов, сложно меняются термические условия. На высоте 25—30 км под воздействием солнечной радиации происходит фотодиссоциация молекул кислорода и образуется озон. Молекулы озона сильно рассеяны. Если бы они находились в условиях, обычных для поверхности Земли, под атмосферным давлением, то мощность озонового слоя была бы меньше 1 см. Тем не менее этот очень разреженный слой озона поглощает 97% ультрафиолетовой части солнечной радиации. Без этого экрана жизнь на поверхности Земли была бы невозможна.
На удалении от 80 до 800 км от поверхности Земли располагается ионосфера — область сильно разреженного, ионизированного газа. Самая наружная часть газовой оболочки — экзосфера — простирается до 1800 км. Из этой сферы происходит диссипация — потеря Землей наиболее легких атомов, главным образом водорода.
Масса атмосферы около 5,27 • Ю15 т. Атмосфера на 99,8% состоит из трех химических элементов: азота — 75,5%, кислорода — 23,01% и аргона — 1,28%. Кроме того, в ней находится углекислый газ — 0,04% и незначительная примесь благородных газов (гелия и др.).
Таково строение и состав оболочки, состоящей из свободных газов. Но газы содержатся и в воде морей и океанов в растворимом состоянии — 4,32 - 1024 см3. Этот объем в три раза больше всего объема воды Мирового океана. В среднем в 1 л океанической воды содержится растворенных газов: азота — 13 см3, кислорода — от 2 до 8 см3, аргона — 0,32 см3 и углекислого газа — 50 см8.
Между атмосферой, точнее тропосферой, и поверхностным слоем воды океана существует подвижное равновесие. Растворение газов в воде зависит от температуры и солености. Холодные воды растворяют больше газов. Поэтому океан в холодное время года поглощает газы из атмосферы, а в теплое время — выделяет их. В пресных водах газы растворяются больше, чем в соленых.
Особенно важное значение имеет растворение в водах углекислого газа, так как он вступает в химическое взаимодействие с водой:
СОа + НаО £ н2со3
Эта кислота как двухосновная диссоциирует ступенчато:
н2со3 ^ н+ + нсоэ-
НС03 - Н+ 4- С032~
В океанической воде растворяется С02 и Н2С08 около 1 мг/л, а с продуктами диссоциации — до 45 мг/л. Согласно подсчетам академика А. П. Виноградова, в атмосфере содержится 2,6 • 1б18 г С02. В океанической воде суммарное содержание оксида углерода (IV) и анионов НСОз" и СОз~ около 1,4-1020 г, т. е. почти в 60 раз больше, чем в атмосфере.
Присутствие в воде двухосновной угольной кислоты создает химическую буферную систему карбонат-гидрокарбонатного равновесия:
Атмосфера С02
Океан Н20 -> Н2С03 - Н+ + НС03- + СО- +С+
Осадок на дне СаС03
Если в воду поступает избыточное количество кислот (например, при подводных вулканических извержениях), то происходит растворение карбоната кальция, кислоты нейтрализуются и кислотность (рН) воды поддерживается на исходном уровне. Если же увеличивается щелочность воды (например, при усиленном поступлении натрия), то сразу же усиливается растворение оксида углерода (IV) и образующаяся при этом угольная кислота нейтрализует щелочи. Кислотность (рН) воды и в этом случае сохраняется на исходном уровне. Таким образом, благодаря присутствию оксида углерода (IV) в воздухе и ионов кальция в воде действует буферный механизм, обеспечивающий стабильность (рН) океанической воды и устойчивость условий для жизнедеятельности морских организмов.
|