Океан соленый из-за естественного процесса эрозии, который переносит растворенные минералы с суши в море. Основными минералами, которые делают морскую воду соленой, являются натрий, хлорид, магний, сульфат, кальций и калий. Уровень солености океана на протяжении миллиардов лет был относительно стабильным и составлял около 3,5% из-за баланса поступления и выноса солей.
Соленость океана определяется четырьмя основными поступлениями и выносами соли. Основными поступлениями являются выветривание и эрозия пород на суше, атмосферные осадки, гидротермальные источники и приток из рек. Основными выносами являются морские брызги, взаимодействие с океанической корой и минеральные осадки. В целом поступления и выносы сбалансированы, что создает равновесие солености океана.
Основным источником соли в океане является выветривание и эрозия континентальных пород и почвы. Дождевая вода слегка кислая из-за растворенного углекислого газа, который медленно выветривает горные породы. Растворенные ионы уносятся стоком и попадают в океан. Наиболее распространенные элементы в морской воде отражают состав океанической коры, богатой натрием, хлоридом, магнием и серой.
Другим источником являются атмосферные осадки. Морская вода получает соль из частиц морской соли, пыли, вулканического пепла и других аэрозолей, которые оседают на поверхности океана. Ветры переносят эти соленые частицы из источников на суше через моря, где они выпадают из суспензии.
Гидротермальные источники на морском дне обеспечивают концентрированные поступления растворенных минералов, возникающих из земной коры. Когда морская вода просачивается вниз в срединно-океанические хребты, она нагревается и снова закачивается в океан с высокой соленостью. Это объясняет значительное количество кальция, сульфата и магния.
Реки, которые стекают с континентов, также поставляют соли, вымываемые из почв и горных пород. Растворенная нагрузка в реках относительно невелика по сравнению с эрозией и стоком непосредственно с поверхности земли, но реки играют ключевую роль в транспортировке минералов из внутренних районов в прибрежные районы.
С точки зрения выхода, испарение морской воды в водяной пар оставляет соль позади, увеличивая соленость поверхности. Однако эффект компенсируется осадками над океаном, которые разбавляют соленость поверхности.
Взаимодействие между морской водой и океанической корой в срединно-океанических хребтах также приводит к оттоку и отложению солей. Высокотемпературные гидротермальные жидкости циркулируют через кору, обмениваясь различными элементами. В целом, этот геологический выход, как оценивается, уравновешивает вход, поддерживая стабильную соленость в геологических временных масштабах.
Образование раковин из карбоната кальция морскими организмами удаляет часть кальция, углерода и стронция из океана. Когда организмы умирают, раковины растворяются и снова попадают в раствор. Однако некоторые из них накапливаются в осадочных отложениях на морском дне. За миллионы лет это может компенсировать приток соли от выветривания.
Подводя итог, можно сказать, что баланс основных притоков соли в океан от эрозии, атмосферных осадков, гидротермальных источников и рек уравновешивается выбросами от морских брызг, обменом с океанической корой и минеральными осадками. Это обеспечивает океану стабильную соленость в течение длительного времени. Однако в течение сотен или тысяч лет соленость может естественным образом колебаться.
Исследователи изучили палеоклиматические записи за последние сотни тысяч лет, чтобы реконструировать изменения солености океана. Несколько факторов могут привести к тому, что соленость будет меняться за пределы ее среднего диапазона. К ним относятся объем континентального льда, поток метеоритной воды, циркуляция океана и химия морской воды.
В течение прошлых ледниковых периодов континентальные ледяные щиты удерживали огромные объемы пресной воды, что привело к падению уровня моря более чем на 100 метров. Таким образом, несмотря на то, что в океанах присутствовало больше солей из-за более высоких скоростей эрозии, соленость существенно увеличивалась из-за сокращения объема океана. Межледниковые периоды, такие как текущий голоцен, затем наблюдали более низкую соленость океана, поскольку таяние ледников повышало уровень моря и разбавляло концентрацию соли.
Различия в температурах и осадках между ледниковым и межледниковым климатом также изменяли поток метеоритной воды. Времена увеличения количества осадков и стока пресной воды снижали соленость океана, добавляя больше разбавления. Более сухие периоды оставляют больше солей, что позволяет повысить соленость. Модели предполагают, что сток мог меняться на 15-20% между пиковыми условиями ледникового периода и текущим теплым периодом.
Изменения в моделях циркуляции океана также влияют на соленость на протяжении столетий и тысячелетий. Во время ледниковых периодов океаны были более стратифицированными с меньшим опрокидыванием глубинных вод на поверхность. Это позволяло большему количеству соли накапливаться на глубине, повышая общую соленость океана, даже несмотря на то, что поверхностные воды были более пресными. Глубоководные течения также могут хранить больше растворенных минералов, влияя на общую химию морской воды.
В более коротких десятилетних временных масштабах колебательные системы течений, такие как Тихоокеанское декадное колебание, влияют на региональные осадки и модели испарения. Это приводит к колебаниям поверхностной солености в таких областях, как северная часть Тихого океана и вокруг Австралии. События Эль-Ниньо-Южное колебание также изменяют поток пресной воды из тропиков, создавая обнаруживаемые аномалии солености.
Деятельность человека за последнее столетие также начала изменять соленость океана измеримыми способами. Эффекты имеют как региональный, так и глобальный масштаб и включают:
– Изменение стока пресной воды с плотин и забора воды
– Таяние льда на суше и потепление морей
– Увеличение количества осадков и наводнений
– Вырубка лесов, изменяющая эвапотранспирацию
– Повышение уровня моря из-за таяния ледников
Например, соленость сильно снизилась вблизи устьев крупных рек со значительным регулированием, таких как Нил и Миссисипи. Между тем, потепление увеличило испарение океана и осадки над тропиками, понижая и повышая соленость соответственно.
Изменения также происходят в более широких океанических бассейнах. Увеличение таяния льда и речного стока опресняло части Северного Ледовитого океана. Потепление повысило соленость в субтропической Атлантике из-за большего испарения. Тихий океан опреснялся около Азии и стал более соленым около Северной Америки, отражая сдвиги осадков.
Климатические модели, смотрящие вперед на оставшуюся часть 21-го века, в целом прогнозируют, что:
– Высокие широты станут более пресными из-за таяния морского льда, увеличения осадков и стока.
– Тропики и субтропики станут более солеными из-за более высокого испарения в более теплом климате.
– Опреснение из-за материкового льда и теплового расширения замедлит циркуляцию, опрокидывающую Атлантику.
– Экстремальные осадки, такие как засухи и наводнения, усилят аномалии солености.
Модели прогнозируют, что средняя соленость мирового океана снизится на 0,15–0,25% в течение следующих 80 лет. Однако региональные изменения будут различаться в зависимости от широты и бассейна. Снижение солености снижает плотность морской воды, что может повлиять на течения и стратификацию. Некоторые воздействия могут распространяться через морские экосистемы.
Основная неопределенность заключается в том, как отреагирует гидрологический цикл. Если количество осадков увеличится больше, чем испарение, океаны могут опресняться быстрее. Количество таяния наземного льда, такого как Гренландия, также неясно. Усиленный мониторинг изменений солености океана продолжается и может улучшить прогнозы.
Некоторые воздействия изменения солености, такие как повышение уровня моря, будут сохраняться в течение столетий. Но что касается самой солености океана, то, если антропогенное изменение климата обратится вспять, модели предполагают, что большая часть возмущений может стабилизироваться в течение десятилетий или столетий, поскольку морская система вернется к равновесию. Однако затяжные эффекты все равно будут распространяться через медленно движущийся абиссальный океан.
Подводя итог, можно сказать, что средняя соленость океана составляет около 3,5%, что поддерживается балансом поступления от континентального выветривания и выхода через геологические процессы. Этот баланс поддерживал соленость морской воды в течение миллиардов лет посредством естественных климатических циклов. Однако деятельность человека за последнее столетие начала изменять региональные и глобальные модели солености посредством изменений в водном цикле и таяния льда. Прогнозы изменения климата показывают, что соленость океана в среднем будет уменьшаться по мере поступления большего количества пресной воды, но с региональным увеличением в субтропиках. Мониторинг и адаптация к изменению солености будут постоянной проблемой для морских экосистем и человеческих сообществ вдоль побережья.
| Источник входных данных | Сток выходных данных |
|---|---|
| Континентальное выветривание и эрозия | Морские брызги и солевые аэрозоли |
| Атмосферные осадки | Гидротермальная циркуляция срединно-океанического хребта |
| Гидротермальные источники | Осадки из карбоната кальция |
| Речной сток |