Composizione dell’acqua di mare

Bilancio geochimico dell’acqua di mare nel tempo

Le 3,9 × 109 tonnellate portate annualmente in soluzione negli oceani non sono che una piccola frazione della quantità totale di materiale in soluzione negli oceani. Tuttavia, se integrata su tutto il tempo geologico, più di 4 × 109 anni, essa supera di gran lunga l’attuale materiale in soluzione. Parte del materiale, specialmente il cloruro di sodio, è naturalmente ciclico, essendo fatto circolare dagli oceani alla terra come aerosol e incorporato nelle rocce sedimentarie marine e infine in gran parte restituito agli oceani nel deflusso.

Goldschmidt fece un calcolo interessante sul bilancio geochimico nell’acqua di mare. Dalla quantità e dalla composizione delle rocce sedimentarie stimò che l’erosione durante il tempo geologico era stata pari a circa 160 chilogrammi di roccia ignea per centimetro quadrato della superficie terrestre. Combinando questa cifra con la quantità di acqua di mare per centimetro quadrato, 273 chilogrammi, ricavò una cifra di 600 grammi di roccia ignea erosa per chilogrammo di acqua di mare. Supponendo che questi 600 grammi fossero andati completamente in soluzione (ovviamente una semplificazione grossolana, ma limitante), ha redatto un bilancio tra le quantità di diversi elementi potenzialmente forniti agli oceani e le quantità effettivamente presenti. Alcune di queste cifre sono presentate nella tabella. Nonostante le imperfezioni del metodo, i risultati sono certamente significativi in senso qualitativo. Alcuni elementi – cloro, bromo, boro e zolfo – sono presenti nell’acqua di mare in quantità molto superiori a quelle che possono essere derivate dall’erosione. La fonte di questi elementi “sovrabbondanti” è stata probabilmente il vulcanismo e la relativa attività magmatica. Alogenuri, solfati e borati sono depositati dai gas vulcanici e portati in soluzione nelle sorgenti calde. L’impoverimento relativo del fluoro rispetto al cloro nell’acqua di mare può essere attribuito alla precipitazione di composti altamente insolubili contenenti fluoro, principalmente apatite (fluofosfato di calcio). Il sodio rimane chiaramente in soluzione in misura molto maggiore del potassio; quest’ultimo elemento reagisce con i materiali sedimentari per formare silicati insolubili contenenti potassio come illite e glauconite, che non hanno analoghi contenenti sodio. Il calcio è rimosso dalla soluzione molto più efficacemente dello stronzio, evidentemente perché è utilizzato dagli organismi. Goldschmidt ha sottolineato che molti elementi altamente velenosi, come l’arsenico e il selenio, sono stati potenzialmente forniti in quantità pericolose. La loro concentrazione rimane molto bassa, tuttavia, presumibilmente a causa di efficienti processi di rimozione come composti insolubili. L’assorbimento su particelle colloidali di argilla e ossidi di ferro è un processo probabile.

Le prove geologiche e geochimiche indicano che le acque oceaniche sono, e sono state per lungo tempo, in uno stato costante di composizione essenzialmente immutabile. L’aggiunta di materiale per dilavamento dalla terra è regolata da reazioni all’interno delle acque oceaniche o tra le acque oceaniche e i materiali sedimentari per cui le concentrazioni dei singoli elementi rimangono essenzialmente costanti. Quanto indietro nel tempo geologico questo stato stazionario sia persistito rimane una questione aperta. L’esistenza della maggior parte delle forme di vita marina dal Cambriano ad oggi indica un’uniformità delle condizioni marine negli ultimi 600.000.000 anni; quanto indietro nel Precambriano questa uniformità si sia estesa è più difficile da chiarire. La precedente discussione sulle formazioni di ferro precambriane ha suggerito la possibilità di una composizione atmosferica molto diversa circa 2.000.000.000 di anni fa, e la notevole interdipendenza della composizione atmosferica e oceanica indica che questo potrebbe aver portato a marcate differenze geochimiche nelle acque oceaniche.