Пути исследования

До сих пор мы вели изложение в таком стиле, что ему лучше всего подошло бы наименование «талассопоэзия». Более обоснованно его возможно новости двумя дорогами. Один из дорог «химического баланса» — пребывает в применении ЭВМ для детального прослеживания циркуляции 60 элементов в химическом цикле от изверженных пород до перехода их опять в метаморфизованные отложения. При втором подходе современный химизм каждого элемента прослеживается при помощи применения термодинамических способов Джозиа Уилларда Гиббса к совокупностям, разглядываемым как комплексы, родные к равновесию. Такая попытка была в первый раз сделана Ларсом Гуннаром Силленом в Швеции и продолжена Робертом М. Гаррелсом (Северо-Западный университет, США) и Генрихом Д. Холландом (Принстонский университет).
Конечно, ни один опытный химик не стал бы без шуток сказать о равновесии в совокупности с переменными температурой, составом и давлением, к тому же не хорошо перемешанной, содержащей живые существа и разнообразные добавки.

Но иначе, наблюдающаяся однородность океана и большое время протекания реакций заставляют считать, что, по крайней мере, главные компоненты раствора в нем достаточно близки к равновесию, чтобы его изучение имело суть. (Мы знаем, что компоненты, содержащиеся в малом количестве, не будут в состоянии равновесия.) Способ изучения этого равновесия основан на правиле фаз Гиббса, согласно которому число фаз (Р), вероятное в совокупности с С компонентами, находящимися в равновесии, определяется уравнением Р = С + 2 — F, где F-число «степеней свободы», либо число, которое может независимо изменяться при сохранении числа фаз либо их состава (не смотря на то, что F может изменять их относительные пропорции). В уравнение входит число 2, в силу того, что в большинстве химических реакций ключевую роль играются лишь две переменные размеры — давление и температура. В состав одной из самые всеобъемлющих моделей океана, созданной Силленом, входят девять компонентов: вода, соляная кислота, кремнезем, три гидроксида (алюминия, калия и натрия), окислы магния и двуокись углерода и кальция. Наблюдения над донными осадками океана в сочетании с данными лабораторных изучений говорят о том, что в следствии должен иметь место девяти-фазный океан. В случае если С и Р обе равны девяти, то по правилу фаз число степеней свободы (F) должно быть равняется двум. Логично предположение, что это температура (которая в пределах океана может изменяться от минус 2° до плюс 30°С) и концентрация хлоридного иона (ее значение может быть больше обычную для океана величину, не нарушая состава устойчивых фаз).
Нужно обратить внимание, что в состав жидкой фазы входят ионы, не вышеупомянутые ни как компоненты, ни как фазы (к примеру, Н+ и ОН). В термодинамике их не обязательно учитывать конкретно, в силу того, что они варьируют в зависимости друг от друга; их концентрации фиксируются константами равновесия, связывающими замечаемые фазы, так что Н7О = Н+ + ОН. Более того, как мы знаем, что произведение Н+ и О есть термодинамической постоянной, равной 10~14 молей на литр. Подобные соотношения связывают всю совокупность в единое целое, так что, когда выполнены все подсчеты, обнаруживается равновесие концентраций пяти катионов (Н+, Na+, K+, Mg+ + и Са+ +) и четырех анионов (СГ, ОН~, НСО3~ и СОз).
Может показаться необычной необходимость разглядывать «воздух», в состав которой входят лишь пар и двуокись углерода. К числу компонентов легко возможно добавить азот и кислород. Потому, что новых фаз они не прибавят, при их введении число степеней свободы повысится с двух до четырех (9=11+ 2-4). Эти два новых F будут воображать собой полное отношение и атмосферное давление между азотом и кислородом. Но при изучении океана парциальное давление двуокиси углерода имеет большее значение, чем полное давление. Помимо этого, для неорганической среды океана присутствие газообразных азота и кислорода громадного значения не имеет, так что несложнее пренебречь ими, не нарушив практически «настоящую» картину.
Предположите сейчас, что мы нарушаем равновесие моделированного океана, допуская, что подводный вулкан нежданно выделил некое количество соляной кислоты (НС1), достаточное чтобы содержание хлоридного иона (СГ) удвоилось. При диссоциации соляной кислоты высвобождается достаточное количество ионов Н4, чтобы общее число водородных ионов в океане повысилось и вместо прошлого значения равновесия (СГ8 молей на литр) составило 10+03 молей на литр. Ввиду этого избытка водородных ионов все присутствующие карбонатные ионы (СО3) практически в тот же миг же превратятся в ионы бикарбонатов (НСО3), а позднее — в угольную кислоту (Н2СО3). Но все эти трансформации приведут только к малому понижению рН, которое останется высоким , пока в следствии медленной циркуляции океанских вод водородные ионы не войдут в яркий контакт с глинистыми осадками дна моря.