Можно не сомневаться, что в будущем основным источником пресной воды будут не реки и озера, а океан.
Откуда в океане соль?
В среднем, как это уже указывалось, концентрация солей в море равна 35 промилле, что соответствует раствору 35 граммов соли в килограмме воды. Однако в разных частях Мирового океана соленость неодинакова. В поверхностном слое Балтийского моря она равна всего 3–4 промилле, а в западной части Балтики, вблизи Ленинграда, соли практически нет, так как в этом месте сказывается распресняющее влияние мощного стока Невы. Дон, выносящий массу пресной воды в маленькое мелководное Азовское море, разбавляет соленую морскую воду до 11 промилле. Черное море, принимающее в себя сток таких многоводных рек, как Дунай и Днепр, имеет соленость поверхностной воды, равную 17–18 промилле.
Финский залив вблизи Ленинграда заполнен пресной невской водой.
Морская вода распресняется также благодаря обильному выпадению осадков, что особенно характерно для умеренных широт. В тропической зоне, где осадков выпадает сравнительно мало, а испарение воды с поверхности океана идет особенно интенсивно, концентрация солей несколько увеличивается. В сравнительно небольшом замкнутом Красном море соленость повышается до 40–41 промилле.
Если соленость в разных частях Мирового океана колеблется в известных пределах, то соотношение разных солей, растворенных в морской воде, отличается удивительным постоянством. В какой части света ни взять пробу морской воды, состав ее солей будет одинаков.
Естественно было бы ожидать, что вся соль моря внесена в него реками. На первый взгляд эта гипотеза, господствовавшая в науке многие годы, выглядит вполне убедительно. За долгую историю Земли реки понемногу вымывали соль из горных пород и несли ее в океан.
Океанская вода испарялась с поверхности и, выпав в виде дождя и снега, снова собиралась в реки. Постепенно первичный совершенно пресный океан становился все более соленым, и его осолонение продолжается в настоящее время.
Возразить против этой гипотезы трудно, так как она опирается на совершенно очевидные факты. Действительно, пресная вода всегда, хотя и в незначительных концентрациях, содержит растворенные соли. Стремление рек к морю было подмечено в глубокой древности. Еще в Библии описано это вечное движение: «Все реки текут в море, но море не переполняется; к тому месту, откуда реки текут, они возвращаются, чтобы опять течь». Но, кроме общих рассуждений, эта истина ни на что не опиралась. А всякая теория должна подкрепляться точными количественными данными.
Сколько же соли реки вынесли в океан за все время существования Земли?
Современная наука отвечает на этот вопрос с достаточной точностью. Установлено, что каждую секунду все реки планеты выносят в океан около миллиона тонн воды, а годовой сток их равен 37 тысячам кубических километров. За 37 тысяч лет вся вода в Мировом океане обновляется, так как именно столько времени нужно, чтобы реки полностью заполнили его объем. На протяжении геологической истории Земли таких циклов насчитывается, по крайней мере, сто тысяч.
Определить количество солей, содержащихся в литре пресной воды, достаточно легко, хотя нужно иметь в виду, что в разных реках оно неодинаково. Если принять, что в среднем литр речной воды содержит 1 грамм солей (обычно их там меньше), то вычислить общее количество вынесенной в море соли совсем нетрудно — для этого нужно лишь помножить этот грамм на объем годового стока, на 37 тысяч лет и на 100 тысяч, что дает в результате около 1,4 · 1020 тонн.
И вот тут получается полное несоответствие. Напомним, что по подсчетам в Мировом океане растворено 4,8 · 1016 тонн соли, то есть в 3 тысячи раз меньше! Но беда заключается не только в этом. Оказывается, химический состав солей, растворенных в речной воде, совершенно отличается от состава морской соли. Если выпарить морскую воду, то 89 процентов ее сухого остатка составят соединения натрия и магния с хлором и лишь 0,3 процента — углекислый кальций. В сухом же остатке после выпаривания речной воды углекислый кальций занимает первое место (свыше 60 процентов), а хлориды натрия и магния в сумме — лишь 5,2 процента.
Итак, гипотеза осолонения моря реками оказалась несостоятельной. Остается предположить, что океан стал соленым в момент своего рождения. Эта идея получает солидное подкрепление со стороны палеонтологии. Дело в том, что наиболее древние из известных животных не могли существовать ни в слабосоленых, ни в пресноводных бассейнах. Значит, состав морской воды за весь период существования океана не менялся. Но как же тогда быть с речным стоком, который все же существует? Ведь благодаря разнице в химизме морской и речной воды океан постепенно должен обогащаться карбонатами.
Основоположник биогеохимии академик В. Вернадский считал, что постоянство солевого состава океана регулируется живыми организмами. В самом деле, почти весь углекислый кальций, а также соли кремния, которые выносятся реками, незамедлительно извлекаются из раствора теми морскими растениями и животными, которые строят из этого материала свои скелеты, панцири и раковины. Очень скоро весь углекислый кальций и соли кремния отлагаются на морском дне в виде осадков органического происхождения, о которых уже шла речь в предыдущей главе. Таким образом, маленькие обитатели моря поддерживают неизменность состава солей необъятного Мирового океана на протяжении всего времени его существования.
Физические свойства морской воды
Как известно, за международную единицу измерения массы принят килограмм. Платиновый килограммовый эталон хранится в Палате мер и весов в Париже, а очень точные дубликаты имеются в аналогичных учреждениях многих стран. С ними сверяют массу гирь и разновесов, употребляемых в научных лабораториях, производстве и торговле. И в повседневной жизни мы давно привыкли пользоваться этой единицей. С нее, можно сказать, начинается жизнь каждого человека: новорожденного, еще до того, как он получил имя и первую порцию молока, непременно взвешивают; любая покупка в продовольственном магазине непременно выражена в килограммах или его долях.
Но почему именно килограмм (а не фунт, унция или золотник) принят теперь во всем мире за единицу измерения массы? Дело в том, что все другие единицы были произвольными, а килограмм имеет свой природный эквивалент: такова масса одного кубического дециметра воды при 4 градусах Цельсия. Учитывать температуру совершенно необходимо, так как с ее изменением меняется и плотность воды. Всякая ли вода годится для установления эталона массы? В учебниках об этом обычно ничего не говорится, так как в данном случае под словом «вода» подразумевают вовсе не ту жидкость, которая течет из водопроводного крана, а химически чистое вещество: воду, подвергшуюся специальной обработке или же синтезированную из водорода и кислорода и не содержащую никаких примесей.
Морская вода, представляющая собой сложный раствор, таким требованиям совершенно не удовлетворяет: ее физические свойства, в том числе и плотность, значительно отличаются от свойств химически чистой воды. В среднем плотность морской воды равна 1,025 грамма на кубический сантиметр. Стало быть, ее литр на 25 граммов тяжелее пресной. Но плотность воды неодинакова по всему Мировому океану, она несколько меняется в зависимости от солености и температуры. Чем выше соленость, тем больше и плотность. Зависимость плотности от температуры обратная: чем вода теплее, тем плотность ее меньше. Так, наименьшая плотность морской воды — 1,022 грамма на кубический сантиметр — была отмечена в поверхностных слоях экваториальной зоны Тихого океана, а наибольшая — 1,028 грамма на кубический сантиметр — вблизи океанского дна.
Даже незначительное изменение плотности морской воды влечет за собой весьма существенные последствия. Так, при охлаждении верхних слоев океана вода становится плотнее и опускается. Навстречу ей устремляются менее плотные глубинные воды. Возникают вертикальные токи. В сочетании с горизонтальными течениями они придают Мировому океану вид слоеного пирога, каждый слой которого характеризуется своими особыми показателями плотности, солености и температуры. Благодаря вертикальным токам вода в океане до известной степени перемешивается, в глубину проникают насыщенные кислородом поверхностные воды, из придонных слоев поднимаются богатые биогенными солями придонные массы воды.
Двустворчатые моллюски, способствующие накоплению извести на морском дне.
Азбучная истина о том, что вода замерзает при 0 градусов, не распространяется на морскую воду. Из-за растворенных солей она остается жидкой и при отрицательной температуре. Только охлажденная ниже минус 1,9 градуса Цельсия, она начинает переходить в твердое состояние. Правда, это касается только воды с нормальной океанической соленостью. Если же в ней растворено не 35 граммов соли на килограмм, а меньше, то она станет замерзать при более высокой температуре. Так, Азовское море, соленость которого равна 12 промилле, замерзает при 0,6 градуса ниже нуля, а Белое море (соленость его 25 промилле) — при 1,4 градуса ниже нуля.
