Морская вода как двухкомпонентная термодинамическая система

В начале этой главы рассматривается образование водной массы Мирового океана и история формирования его солевого состава. Затем описываются особенности современного солевого состава Мирового океана. На основании закона о постоянстве солевого состава и того факта, что почти все соли растворены в морской воде в форме ионов, морская вода представлена как двухкомпонентная система: растворитель — вода и одно растворенное вещество — морская соль. Для этой системы даются основные термодинамические соотношения и рассматриваются основные параметры состояния.

Образование водной массы Мирового океана

Существует несколько гипотез о происхождении водной массы Мирового океана. Рассмотрим одну из них, предложенную А. П. Виноградовым [8].

Исходными материалами для образования гидросферы Земли послужили — вода в форме ледяной пыли при образовании Земли из газопылевого облака галактического вещества, лед в метеоритах, которые падали на поверхность Земли, а также облака водорода, гидроксильных радикалов и молекул воды за пределами солнечной системы.

По А. П. Виноградову, образование гидросферы обусловлено механизмом дифференциации вещества Земли на оболочки. Этот процесс связан с разогреванием холодного вещества Земли из-за гравитационного сжатия и, главным образом, в результате выделения тепла при распаде радиоактивных элементов.

При разогревании вещества мантии происходит формирование легкоплавкой фракции силикатов и ее движение из глубин к поверхности, сопровождающееся насыщением многими легкоплавкими и легколетучими веществами. Основную массу их составляет Н₂0. При приближении к поверхности происходит охлаждение и кристаллизация расплава, а также дегазация Н₂0, H₂S, НС1, HF, NH₃ и других веществ, в результате чего он распадается на две фазы: силикатную и водную. В тугоплавкой фазе остаются Mg,.

Fe, Ni, Co, Cr и др. Водная фаза содержит, кроме Н₂0, газы, растворяющиеся в воде (НС1, НВг, С0₃, HF и др.), а также частично соединения серы. В результате на поверхность Земли поступает ювенильный раствор, образующий водную массу первичного океана и содержащий различные соединения.

Те газы, которые не растворяются или слабо растворяются в воде (Не, Ar, Ne, Кг, Хе, СН₄, частично С0₂ и др.), не конденсировались с Н₂0 и остались в газовой оболочке Земли, образовав первичную атмосферу.

Процесс разделения вещества на фазы не требует полного расплавления Земли — механизмы выплавления и дегазации проявлялись в виде интенсивной вулканической деятельности. Близкое сходство состава некоторых продуктов извержения современных вулканов с составом вод современного океана подтверждает эту теорию. Хорошим доказательством этой гипотезы служит также согласованность объема вод Мирового океана и массы воды, образовавшейся в процессе дифференциации Земли на оболочки.

Итак, А. П. Виноградов пришел к выводу, что формирование водной массы Мирового океана происходило путем дегазации при вулканических извержениях.

В настоящее время стал известен еще один мощный источник поступления воды — выходы ювенильных вод или рассолов (с соленостью до 270 г кг'¹) на дне океана.