Экспедиция одной капли: от горной скалы до океана — и обратно в облако
Представь себе: жаркий летний день, море шумит у берега, и ты случайно ловишь губами солёную каплю. Фу! Сразу хочется спросить: кто же насыпал в такое огромное море столько соли? Неужели когда-то давным-давно существовала исполинская солонка?
Конечно, никакой великан море не солил. Ответ гораздо интереснее. Чтобы его узнать, нам придётся отправиться в путешествие вместе с одной-единственной каплей дождя — с неба на камень, потом в ручей, в реку и наконец в океан.
Старт экспедиции: капля падает на скалу
Вот капля дождя упала на скалу. Кажется, что вода мягкая, а камень твёрдый и вечный. Но вода умеет работать очень терпеливо. Дождевая вода слегка кислая: в ней растворяется немного углекислого газа из воздуха. Поэтому, стекая по земле и камням, она понемногу разрушает минералы и забирает с собой крошечные частицы растворённых веществ.
Ты их не увидишь даже в прозрачной речной воде. Но они там есть. Ручьи собираются в реки, реки текут к морям и океанам — и вместе с водой несут растворённые соли и минералы. Так продолжается не год и не тысячу лет, а огромное геологическое время.
Откуда в море соль?
Главный источник морских солей — горные породы на суше. Дождь и текущая вода понемногу вымывают из них растворимые вещества, а реки доставляют их в океан. Среди растворённых частиц особенно много ионов натрия и хлора. Когда они встречаются, мы узнаём их как хорошо знакомую поваренную соль — хлорид натрия.
Но в морской воде есть не только поваренная соль. Там растворены магний, кальций, калий, сульфаты и множество других веществ. Поэтому вкус морской воды немного сложнее, чем вкус стакана воды, в который просто насыпали ложку соли.
Почему тогда реки пресные?
Вот хитрый вопрос! Если реки несут соль в море, почему сами они не солёные? Потому что соли в речной воде очень мало. Свежий дождь и талая вода всё время разбавляют реки, вода быстро течёт дальше, и растворённые вещества не успевают накопиться в такой концентрации, чтобы мы почувствовали сильный солёный вкус.
А океан — огромная чаша, куда вода со всей суши стекает снова и снова. И тут в игру вступает Солнце.
Станция 3. Солнце забирает воду — но оставляет соль
Представь тарелку с солёной водой, оставленную на солнце. Вода постепенно испарится, а соль останется на тарелке. С океаном происходит нечто похожее: Солнце поднимает в воздух водяной пар, но растворённые соли вместе с паром не улетают. Они остаются в море.
Потом этот водяной пар превращается в облака, выпадает дождём и снова начинает путешествие по суше. Получается настоящий круговорот: вода постоянно движется, а многие соли остаются в океане надолго.
Река Ла-Плата несёт воду и растворённые вещества в Атлантический океан. Спутниковый снимок NASA / USGS, общественное достояние.
Соль приходит не только с суши
Есть у этой истории и тайный подводный ход. На дне океана находятся гидротермальные источники — словно горячие подводные ключи. Морская вода проникает в трещины океанической коры, нагревается рядом с горячими породами, вступает с ними в химические реакции и снова выходит наружу, неся растворённые минералы.
Подводные вулканы тоже участвуют в обмене веществ между земной корой и океаном. Так что море получает свои минералы и сверху — через реки, и снизу — через океаническое дно.
Сколько соли в морской воде?
А теперь маленький опыт воображения. Представь, что мы взяли ровно один килограмм обычной океанской воды и каким-то волшебным способом выпарили из неё всю воду. В среднем у нас осталось бы около 35 граммов растворённых солей. Учёные говорят: средняя солёность океана — примерно 35 частей на тысячу, или около 3,5 процента по массе.
Но это среднее значение. В одном месте море может быть солонее, в другом — преснее. Там, где жарко и вода сильно испаряется, солёность обычно повышается. Там, где много дождей, тают льды или впадают большие реки, вода становится менее солёной.
Почему рыба в море не становится солёной?
Вот ещё один замечательный вопрос, который сразу приходит в голову любопытному человеку: если рыба всю жизнь плавает в солёной воде, почему она сама не превращается в солёный огурец?
Потому что рыба — живой организм, а не губка. Её тело постоянно следит за количеством воды и солей. Морские костные рыбы пьют морскую воду, а лишнюю соль выводят через жабры и почки. Этот сложный внутренний контроль называется осморегуляцией. Благодаря ему внутри животного сохраняются условия, необходимые для жизни.
Можно ли пить морскую воду?
Лучше не надо. Нашим почкам приходится выводить из организма лишнюю соль, а в морской воде её настолько много, что для удаления этой соли телу требуется слишком много воды. Если человек станет утолять жажду морской водой, он может в итоге потерять воды больше, чем получил.
Поэтому моряки, путешественники и спасатели относятся к запасам пресной воды очень серьёзно. Огромный океан вокруг лодки ещё не означает, что рядом есть вода, которую можно безопасно пить.
Становится ли океан всё солонее и солонее?
Можно подумать: если реки миллионы лет несут соли в океан, то он должен становиться всё солонее без остановки. Но природа устроена сложнее. Часть растворённых веществ используют морские организмы, часть вступает в химические реакции, часть оседает на дно и превращается в новые минералы. Сегодня поступление и удаление многих солей в океане в целом находятся примерно в равновесии.
То есть океан — не просто огромный таз, куда бесконечно сыплется соль. Это живая химическая система, где вещества постоянно приходят, уходят и превращаются.
Финиш экспедиции: собираем все улики
Потому что вода миллионы лет путешествует по Земле. Дождь понемногу растворяет минералы горных пород, ручьи и реки несут их к морю, а Солнце испаряет воду и оставляет многие соли в океане. Добавь к этому вещества, поступающие со дна моря, — и получится наша солёная морская вода.
И в следующий раз, когда волна лизнёт тебе губы, можешь вспомнить: в этой крошечной солёной капле спрятана история гор, дождей, рек, вулканов и путешествия длиной в миллионы лет.
Миссия исследователя: поймай соль, которую не унесло Солнце
Возьми небольшую тарелку, налей немного воды и размешай в ней чайную ложку соли. Поставь тарелку в безопасное место, где её никто не опрокинет, и отметь уровень воды. Не нагревай её на плите: нам нужен обычный медленный опыт. Через день-два воды станет меньше, а на тарелке начнут оставаться кристаллы соли. Получится крошечная модель того, что Солнце делает с морской водой: вода уходит в воздух, соль остаётся.
Перед опытом попробуй предсказать результат: исчезнет ли соль вместе с водой? А после — проверь себя.
Что будет, если океан вдруг станет пресным?
Для человека это звучит удобно: вокруг сразу оказалось бы огромное количество несолёной воды. Но для океана это была бы катастрофическая перемена. Морские животные и растения приспособлены к определённой солёности, а плотность воды влияет на движение огромных океанских масс. Поэтому соль — не случайная неприятность во вкусе воды, а одна из важных особенностей всей океанской системы.
Загадка перед финишем
Дождь выпал из облака почти пресным, прошёл по суше, добрался до моря, а потом Солнце снова подняло воду в небо. Что осталось внизу? Если ты ответил «растворённые соли», то маршрут нашей капли разгадан.
Коротко для школьного сообщения
- Морская вода солёная потому, что в ней накоплены растворённые минеральные соли.
- Большая часть солей попадает в океан после разрушения горных пород дождём и водой; затем их приносят реки.
- Солнце испаряет воду из океана, но растворённые соли в основном остаются.
- Часть минералов поступает в океан через гидротермальные источники и процессы на морском дне.
- Средняя солёность океанской воды составляет около 35‰, то есть примерно 35 граммов солей на килограмм воды.
- Реки кажутся пресными, потому что концентрация растворённых солей в них намного меньше.
Вопросы для обсуждения
- Почему соль остаётся в море, когда вода испаряется?
- Как реки могут быть пресными и при этом приносить соль в океан?
- Почему морская рыба не становится «солёной» изнутри?
- От чего зависит, будет одно море солонее другого?
Источники
- NOAA Ocean Service — Why is the ocean salty?
- NOAA Ocean Service — Why is the ocean salty, but rivers flowing into it are not?
- U.S. Geological Survey Water Science School — Why is the Ocean Salty?
- NOAA Ocean Exploration — Hydrothermal Vent Chimney.