Zusammensetzung des Meerwassers

Geochemisches Gleichgewicht des Meerwassers im Laufe der Zeit

Die 3,9 × 109 Tonnen, die jährlich in Lösung in die Ozeane transportiert werden, sind nur ein kleiner Teil der Gesamtmenge des in Lösung befindlichen Materials in den Ozeanen. Dennoch übersteigt sie, über die gesamte geologische Zeitspanne von mehr als 4 × 109 Jahren gerechnet, bei weitem die gegenwärtig in Lösung befindliche Menge. Ein Teil des Materials, vor allem Natriumchlorid, ist natürlich zyklisch, zirkuliert als Aerosole von den Ozeanen zum Land, wird in marines Sedimentgestein eingebaut und schließlich zu einem großen Teil mit dem Abfluss wieder in die Ozeane zurückgeführt.

Goldschmidt hat eine interessante Berechnung der geochemischen Bilanz im Meerwasser durchgeführt. Aus der Menge und der Zusammensetzung der Sedimentgesteine schätzte er, dass die Erosion in geologischer Zeit etwa 160 Kilogramm Eruptivgestein pro Quadratzentimeter der Erdoberfläche ausgemacht hat. Kombiniert man diese Zahl mit der Menge des Meerwassers pro Quadratzentimeter, 273 Kilogramm, ergibt sich eine Zahl von 600 Gramm erodiertem Eruptivgestein pro Kilogramm Meerwasser. Unter der Annahme, dass diese 600 Gramm vollständig in Lösung gegangen sind (was natürlich eine grobe Vereinfachung, aber doch eine Einschränkung darstellt), erstellte er eine Bilanz zwischen den Mengen der verschiedenen Elemente, die den Ozeanen potenziell zugeführt werden, und den tatsächlich vorhandenen Mengen. Einige dieser Zahlen sind in der Tabelle aufgeführt. Trotz der Unzulänglichkeiten der Methode sind die Ergebnisse in einem qualitativen Sinne durchaus aussagekräftig. Einige Elemente – Chlor, Brom, Bor und Schwefel – sind im Meerwasser in Mengen vorhanden, die weit über denen liegen, die durch Erosion gewonnen werden können. Die Quelle dieser „überreichlichen“ Elemente ist wahrscheinlich der Vulkanismus und die damit verbundene magmatische Aktivität. Halide, Sulfate und Borate werden durch vulkanische Gase abgelagert und in heißen Quellen in Lösung gebracht. Die relative Abreicherung von Fluor im Vergleich zu Chlor im Meerwasser ist auf die Ausfällung von sehr unlöslichen fluorhaltigen Verbindungen, hauptsächlich Apatit (Calciumfluophosphat), zurückzuführen. Natrium verbleibt eindeutig in weitaus größerem Umfang in Lösung als Kalium; letzteres Element reagiert mit sedimentären Materialien und bildet unlösliche kaliumhaltige Silikate wie Illit und Glaukonit, die keine natriumhaltigen Analoga haben. Kalzium wird viel effektiver aus der Lösung entfernt als Strontium, offensichtlich weil es von Organismen verwertet wird. Goldschmidt wies darauf hin, dass viele hochgiftige Elemente wie Arsen und Selen potenziell in gefährlichen Mengen zugeführt werden. Ihre Konzentration bleibt jedoch sehr niedrig, vermutlich weil sie als unlösliche Verbindungen effizient entfernt werden. Ein wahrscheinlicher Prozess ist die Adsorption an kolloidalen Partikeln aus Ton und Eisenoxiden.

Die geologischen und geochemischen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass sich das Meerwasser seit langem in einem stabilen Zustand mit im Wesentlichen unveränderter Zusammensetzung befindet. Die Zufuhr von Material durch den Abfluss vom Land wird durch Reaktionen innerhalb des Ozeanwassers oder zwischen dem Ozeanwasser und dem Sedimentmaterial reguliert, wobei die Konzentrationen der einzelnen Elemente im Wesentlichen konstant bleiben. Wie weit zurück in geologischer Zeit dieser stabile Zustand anhält, bleibt eine offene Frage. Die Existenz der meisten marinen Lebensformen vom Kambrium bis zur Gegenwart deutet auf eine Gleichförmigkeit der Meeresbedingungen in den letzten 600.000.000 Jahren hin; wie weit diese Gleichförmigkeit ins Präkambrium zurückreichte, ist schwieriger zu klären. Die frühere Diskussion über präkambrische Eisenformationen legte die Möglichkeit einer sehr unterschiedlichen atmosphärischen Zusammensetzung vor etwa 2.000.000.000 Jahren nahe, und die beträchtliche gegenseitige Abhängigkeit von atmosphärischer und ozeanischer Zusammensetzung deutet darauf hin, dass dies zu deutlichen geochemischen Unterschieden im Ozeanwasser geführt haben könnte.