Samenstelling van zeewater

Geochemisch evenwicht van zeewater in de tijd

De 3,9 × 109 ton die jaarlijks in oplossing naar de oceanen wordt overgebracht, is slechts een klein deel van de totale hoeveelheid materiaal in oplossing in de oceanen. Niettemin is deze hoeveelheid, wanneer zij over de gehele geologische tijd – meer dan 4 × 109 jaar – wordt samengeteld, veel groter dan het materiaal dat zich thans in oplossing bevindt. Een deel van het materiaal, vooral natriumchloride, is natuurlijk cyclisch, het circuleert van de oceanen naar het land als aërosolen en wordt opgenomen in marien sedimentgesteente en uiteindelijk voor een groot deel teruggevoerd naar de oceanen in afvloeiing.

Goldschmidt maakte een interessante berekening over de geochemische balans in zeewater. Op grond van de hoeveelheid en samenstelling van sedimentgesteenten schatte hij dat de erosie gedurende de geologische tijd ongeveer 160 kilogram stollingsgesteente per vierkante centimeter van het aardoppervlak had opgeleverd. Door dit cijfer te combineren met de hoeveelheid zeewater per vierkante centimeter, 273 kilogram, kwam hij uit op 600 gram geërodeerd stollingsgesteente per kilogram zeewater. In de veronderstelling dat deze 600 gram volledig in oplossing was gegaan (uiteraard een grove vereenvoudiging, maar wel een beperkende), stelde hij een balans op tussen de hoeveelheden van de verschillende elementen die aan de oceanen konden worden geleverd en de werkelijk aanwezige hoeveelheden. Enkele van deze cijfers zijn in de tabel opgenomen. Ondanks de onvolkomenheden van de methode zijn de resultaten in kwalitatieve zin zeker significant. Sommige elementen – chloor, broom, boor en zwavel – zijn in veel grotere hoeveelheden in het zeewater aanwezig dan door erosie kan zijn onttrokken. De bron van deze “overvloedige” elementen is waarschijnlijk vulkanisme en daarmee verband houdende magmatische activiteit geweest. Halogeniden, sulfaten en boraten worden afgezet door vulkanische gassen en in oplossing gebracht in hete bronnen. De relatieve verarming van fluor ten opzichte van chloor in zeewater kan worden toegeschreven aan de neerslag van zeer onoplosbare fluorhoudende verbindingen, hoofdzakelijk apatiet (calciumfluofosfaat). Natrium blijft duidelijk veel meer in oplossing dan kalium; dit laatste element reageert met sedimentaire materialen om onoplosbare kaliumhoudende silicaten te vormen, zoals illiet en glauconiet, die geen natriumhoudende analogen hebben. Calcium wordt veel doeltreffender uit de oplossing verwijderd dan strontium, klaarblijkelijk omdat het door organismen wordt gebruikt. Goldschmidt wees erop dat vele zeer giftige elementen, zoals arsenicum en seleen, in gevaarlijke hoeveelheden kunnen worden aangevoerd. Hun concentratie blijft echter zeer laag, vermoedelijk door efficiënte verwijderingsprocessen als onoplosbare verbindingen. Adsorptie aan colloïdale deeltjes van klei en ijzeroxiden is een waarschijnlijk proces.

De geologische en geochemische gegevens wijzen erop dat de oceaanwateren zich in een stabiele toestand van in wezen onveranderlijke samenstelling bevinden en reeds lange tijd bevinden. De toevoeging van materiaal door afvloeiing van het land wordt aangepast door reacties binnen het oceaanwater of tussen het oceaanwater en sedimentair materiaal waarbij de concentraties van de afzonderlijke elementen in wezen constant blijven. Hoe ver terug in de geologische tijd deze stabiele toestand is blijven bestaan, blijft een open vraag. Het bestaan van de meeste vormen van marien leven van het Cambrium tot heden wijst op een uniformiteit van de mariene omstandigheden gedurende de afgelopen 600.000.000 jaar; hoe ver terug in het Precambrium deze uniformiteit zich uitstrekte is moeilijker op te helderen. De eerdere bespreking van de ijzerformaties in het Precambrium suggereerde de mogelijkheid van een zeer verschillende samenstelling van de atmosfeer zo’n 2.000.000.000 jaar geleden, en de aanzienlijke onderlinge afhankelijkheid van atmosferische en oceanische samenstelling geeft aan dat dit kan hebben geleid tot duidelijke geochemische verschillen in de oceaanwateren.