Тайны океана

Совершенно особое положение в океанской воде занимает углекислый газ. Он содержится в океане в нескольких видах. Наиболее важное значение в жизни океана имеет растворенная или, как говорят, свободная углекислота и углекислота в соединении с кальцием, магнием и некоторыми другими веществами. Эти соединения называются карбонатами и бикарбонатами. Вместе с ними запас углекислоты в морской воде достигает 45-50 см3 на 1 кг. Две трети этого количества составляют легко растворимые бикарбонаты, всегда готовые отдать свою углекислоту в случае спроса на нее со стороны растений, если им не хватает свободной углекислоты.

Днем, когда растительные организмы энергично потребляют двуокись углерода, количество ее в воде уменьшается; ночью, наоборот, возрастает. Растения на земном шаре ежегодно связывают 175 млрд. т углерода, большая часть этого огромного количества приходится на долю морской растительности.

Хорошо известно, что холодные воды полярных морей количественно богаче жизнью, чем теплые воды тропических областей океана. Весьма вероятно, что одна из причин этого явления заключается в растворимости газов в морской воде. Как кислород, необходимый для дыхания, так и углекислый газ, потребляемый растениями для построения живого органического вещества, в холодной воде растворяются в большем количестве, чем в теплой.

Много еще неразрешенных вопросов в химии океана. Какие, например, процессы происходят на границах раздела между водой и атмосферой? В зависимости от местных условий океан "вдыхает" и "выдыхает" газы - кислород и углекислоту. Очень важно получить количественные данные об этом газообмене, особенно в отношении углекислоты.

Для иллюстрации громадных масштабов этих процессов можно привести несколько цифр. Советский океанолог О. И. Кобленц-Мишке подсчитала, что годовое усвоение углерода фитопланктоном в Тихом океане (без морей) составляет 9 млрд. г. Воспользовавшись этой величиной и расчетными данными академика А. П. Виноградова, В. Г. Богоров вычислил, что фитопланктон выделяет при этом 24 млрд. т кислорода, из которых 14 млрд. т остается в растворенном виде в воде; одновременно фитопланктоном потребляется 1,5 млрд. т азота, 0,2 млрд. т фосфора и 0,5 млрд. т железа. Поистине, как выразился академик В. И. Вернадский, "на земле нет химической силы более могущественной, чем живые организмы, взятые вместе".

Процентное содержание углекислоты в воде по отношению к другим растворенным в ней газам в десятки раз превышает относительное ее содержание в атмосфере. Между атмосферой и океаном происходит непрерывный обмен углекислотой, причем океан играет роль гигантского склада этого газа. Этот газообмен имеет большое климатологическое значение (см. очерк "Маховик климата и погоды").

С поверхности океана испаряется вода. Вместе с ней в атмосферу ежегодно поступает до 400 тыс. т иода (Мияке, Тсуногаси), какое-то количество борной кислоты (Гаст, Томсон), фосфатов (Бэйлор) и, очевидно, других химических веществ. Во время сильных ветров четкая граница между поверхностью океана и атмосферой разрушается. Ветер вместе с брызгами и пеной уносит соль, гумус, детрит, которые потом частично выпадают на суше. Наконец, водяные пары, поднимающиеся с поверхности океана, имеют иной изотопный состав, чем океанская вода. В результате атмосферная вода обогащается протием (самый легкий изотоп водорода Н1), а поверхностная вода в океане - дейтерием (тяжелый изотоп водорода Н2). Однако в конечном итоге общий круговорот воды поддерживает равновесие в распределении молекул воды разных видов и не допускает их накопления.

Другая граница раздела в океане - дно. Здесь при низких температурах и огромном давлении до 1000 атмосфер происходят многие, не разгаданные еще реакции - образуются фосфориты, глаукониты, железо-марганцевые конкреции, содержащие никель, кобальт, медь; на дне осаждаются радиоактивные элементы, например, ионий; наоборот, со дна выделяется и переходит в толщу воды радий.

В заключение назовем одно биохимическое свойство морской воды: она служит антибиотиком для многих бактерий. Морская вода губит даже стафилококки, на которые не действует пенициллин. Некоторые бактерии погибают в морской воде в течение 24 часов; другие, вида коли, благодаря содержанию в воде органических веществ, выдерживают 3-4 недели, иногда даже больше. Итак, океан - гигантский химический и биохимический завод, работающий на космическом топливе - на световой и тепловой энергии Солнца и на гравитационной энергии межпланетного притяжения (приливы); количественно незначительную, но важную по своему эффекту долю энергии поставляет ему внутреннее тепло Земли. Как приливы во всей толще воды, ветры и волны на поверхности, так и геотермическое тепло в придонных слоях океана способствуют перемешиванию водных растворов океана. Перемешивание сырья, как известно, важнейший процесс в работе любого химического завода.