2. Этапы эволюции гидросферы

Большинство ученых пришли к выводу об изменчивости химического состава океана в течение его истории. Главное расхождение заключается в оценке степени его изменчивости. Одна часть исследователей придерживается мнения о небольшой изменчивости, другая – о значительном изменении состава вод океана.

1.Согласно представлениям Е.В. Посохова (1981) гидросфера первоначально была представлена одним хлор-кальциевым типом вод. В процессе роста и формирования земной коры произошло разделение природной воды на два генетических типа: морской и континентальной. Дальнейшая химическая дифференциация природных вод привела к возникновению на континентах ряда химических типов, число которых увеличивалось.

- На самых ранних этапах эволюции гидросферы ведущая роль, вероятно, принадлежала ювенильному фактору –процессу дегазации и дегидратации мантии в связи с процессом химической дифференциации под влиянием радиогенного тепла.

- Со временем роль этого фактора уменьшалась. Вода поверхности Земли прошла через бесчисленное множество круговоротов, по-разному соприкасаясь с минеральной частью литосферы и промывая растущие толщи осадочных горных пород и материал коры выветривания.

- Довольно рано в эволюции гидросферы большое значение стал приобретать биологический фактор — живое вещество биосферы.

Основной причиной химической эволюции океана стали два взаимосвязанных фактора — гидродинамический (материковый сток) и биологический.

Роль биологического факторавозрастала — увеличение интенсивности фотосинтеза –способствовало созданию окислительной обстановки. С фанерозоя отмечается появление скелетов организмов, что приводит к увеличению перехода вещества из водной толщи океана в донные осадки. В ходе эволюции нашей планеты живые организмы становятся мощным геологическим фактором, определяющим состав вещества различных геосфер, в том числе и гидросферы. Со временем масштабы развития жизни и степень ее влияния на гидросферы стали огромными. Так, организмы отфильтровывают всю воду океана с отделением взвешенных пищевых частиц примерно за 1 год, а вся масса живого вещества океана обновляется за 33 дня.

2.В.И. Вернадский придерживался мнения о постоянстве состава вод Мирового океана. Он полагал, что с самых древних этапов геологической истории (с архея) не только состав и формы нахождения элементов должны быть аналогичны современным, но и объем вод на земной поверхности. Однако при неизменности общего количества воды могло меняться ее распределение между фазами, различными подземными бассейнами и водоемами. Периодически наступающие эпохи материкового оледенения несколько уменьшали массу океанической воды. Относительная стабильность состава природных вод в большей степени присуща водам Мирового океана и в меньшей — континентальным водоемам и тем более подземным водам.

Вследствие чрезвычайно интенсивной миграции всех химических элементов под действием проточных вод, океан в химическом отношении стабилизировался довольно быстро, поэтому в данном случае можно согласиться с мнением В.И. Вернадского.

Главнейшие корообразующие химические элементы в океанической воде имеют разную историю. Главным катионом литосферы является кремний. В сочетании с анионом кислорода он дает ряд кристаллохимических структур, которые являются основой едва ли не всех породообразующих минералов.

Кремнийв морской воде находится преимущественно в виде аморфной кремнекислоты. В воде океанов происходит сложная миграция кремнезема, причемосновное его количество в верхних горизонтах водной толщи быстро поглощается преимущественно организмами планктона — диатомовыми водорослями,извлекающими 70 — 80% кремнезема из морской воды. Скелеты из кремнезема образуют также радиолярии и губки, при этом они используют не только растворенный в воде кремнезем, но и аморфный. Эти организмы при своей гибели уносят кремний на морское дно, сокращая сроки пребывания данного элемента в воде.

Алюминий— наиболее распространенный элемент в земной коре. В биосфере образует плохорастворимые соединения и его гидроокислы остаются преимущественно в коре выветривания. В океан поступает главным образом в составе глинистых минералов, образующих коллоидные взвеси, осаждающиеся на морское дно.

Железо,как и алюминий, встречается в морской воде в малых количествах, при этом окислительные условия способствуют осаждению его из воды, а восстановительные — растворению. Кислая среда (с низким рН) в общем способствует миграции железа, а щелочная (рН ~ 8) определяет осаждение железа в виде гидроокислов. Вынос растворимых соединений железа с континентов происходит преимущественно в зимнее время, когда питание рек осуществляется главным образом за счет грунтовых вод, выщелачивающих железо из почвенных и подпочвенных горизонтов.В современном океане соединения железа довольно быстро осаждаются.

Кальцийотличается исключительно высокой миграционной способностью, причем он первый выносится из коренных горных пород в основном в форме карбоната Са(НСО₃)₂.Из всех металлов кальций оказывается наиболее биогенным, поэтому сроки его пребывания в морской воде ограничены. Миграция кальция в океане с участием организмов — наиболее важное звено в его круговороте. С миграцией и свойствами данного элемента связано увеличение интенсивности образования карбонатных пород в фанерозое.

Магний, натрий и калийимеют в общем довольно сходную историю в океане. В современном континентальном стоке отношениеMg/Naблизко к единице. Осаждениемагния из морской воды в донные осадки связано с образованием доломитовCaMg(CO₃)₂и захватом его живыми организмами. Формирование доломитов происходит в неглубоких морях, изолированных бассейнах в связи с испарением и образованием насыщенных растворов. Часть магния уходит в карбонатный скелет морских организмов, что совершенно не свойственно натрию.Высокая концентрация натрия и магния в океанической воде связана с их высокой растворимостью; они остаются в океане дольше, чем какие-либо другие химические элементы.Натрий в течение веков в больших количествах поступал в океан и более других элементов задерживался в растворенном виде. Выноскалия в Мировой океан задерживался процессами сорбции в тонкодисперсных глинах на материках. Калий также поглощался растениями, использовавшими его в физиологических процессах с соответствующим накоплением.

Проблема эволюции гидросферы Земли является трудной, поскольку ее свидетельства фиксируются преимущественно в осадочных породах морского происхождения. Современные представления об истории изменения состава морской воды основаны на изучении системы: атмосфера — океан — литосфера и на выводах, полученных при анализе состава древних осадочных пород. Например, самые существенные различия в процессах седиментации в древнем океане имеются между породами фанерозоя и раннего — среднего докембрия. Это прежде всего формирование до-кембрийских полосчатых железистых формаций, свидетельствующих о миграции железа в более благоприятной водной среде, чем это было позже в геологической истории Земли.