Composition de l’eau de mer

Équilibre géochimique de l’eau de mer dans le temps

Les 3,9 × 109 tonnes transportées annuellement en solution vers les océans ne sont qu’une petite fraction de la quantité totale de matière en solution dans les océans. Néanmoins, intégrée sur l’ensemble des temps géologiques, soit plus de 4 × 109 ans, elle dépasse largement la matière actuelle en solution. Une partie de la matière, en particulier le chlorure de sodium, est bien sûr cyclique, circulant des océans vers la terre sous forme d’aérosols et incorporée dans les roches sédimentaires marines et finalement en grande partie retournée dans les océans par ruissellement.

Goldschmidt a fait un calcul intéressant sur l’équilibre géochimique de l’eau de mer. A partir de la quantité et de la composition des roches sédimentaires, il a estimé que l’érosion au cours des temps géologiques avait représenté environ 160 kilogrammes de roches ignées par centimètre carré de la surface de la Terre. En combinant ce chiffre avec la quantité d’eau de mer par centimètre carré, soit 273 kilogrammes, il a obtenu un chiffre de 600 grammes de roche ignée érodée par kilogramme d’eau de mer. En supposant que ces 600 grammes étaient entièrement entrés en solution (ce qui est évidemment une simplification grossière mais limitative), il a dressé un bilan entre les quantités de différents éléments potentiellement fournies aux océans et les quantités réellement présentes. Certains de ces chiffres sont présentés dans le tableau. Malgré les imperfections de la méthode, les résultats sont certainement significatifs sur le plan qualitatif. Certains éléments – le chlore, le brome, le bore et le soufre – sont présents dans l’eau de mer en quantités bien supérieures à celles qui peuvent être obtenues par érosion. La source de ces éléments  » surabondants  » a probablement été le volcanisme et l’activité magmatique connexe. Les halogénures, les sulfates et les borates sont déposés par les gaz volcaniques et transportés en solution dans les sources chaudes. L’appauvrissement relatif du fluor par rapport au chlore dans l’eau de mer peut être attribué à la précipitation de composés fluorés très insolubles, principalement l’apatite (fluophosphate de calcium). Le sodium reste manifestement beaucoup plus en solution que le potassium ; ce dernier réagit avec les matériaux sédimentaires pour former des silicates potassiques insolubles tels que l’illite et la glauconite, qui n’ont pas d’analogues sodiques. Le calcium est éliminé de la solution beaucoup plus efficacement que le strontium, de toute évidence parce qu’il est utilisé par les organismes. Goldschmidt a souligné que de nombreux éléments hautement toxiques, tels que l’arsenic et le sélénium, ont été potentiellement fournis en quantités dangereuses. Leur concentration reste cependant très faible, probablement en raison de processus efficaces d’élimination sous forme de composés insolubles. L’adsorption sur des particules colloïdales d’argile et d’oxydes de fer est un processus probable.

Les preuves géologiques et géochimiques indiquent que les eaux océaniques sont, et ont été pendant longtemps, dans un état stable de composition essentiellement inchangée. L’ajout de matériaux par ruissellement depuis la terre est ajusté par des réactions au sein des eaux océaniques ou entre les eaux océaniques et les matériaux sédimentaires, de sorte que les concentrations des éléments individuels restent essentiellement constantes. La question de savoir jusqu’à quand cet état d’équilibre a persisté dans les temps géologiques reste ouverte. L’existence de la plupart des formes de vie marine depuis le Cambrien jusqu’à aujourd’hui indique une uniformité des conditions marines au cours des 600 millions d’années passées ; il est plus difficile d’élucider jusqu’où cette uniformité s’est étendue dans le Précambrien. La discussion précédente sur les formations de fer précambriennes a suggéré la possibilité d’une composition atmosphérique très différente il y a environ 2 000 000 000 d’années, et l’interdépendance considérable de la composition atmosphérique et océanique indique que cela a pu entraîner des différences géochimiques marquées dans les eaux océaniques.