Изотопный и химический состав океанической воды оставался постоянным по крайней мере на протяжении последних 25-300 млн. лет.
Общее накопление D на земном шаре могло происходить за счет его образования при взаимодействии первичных космических лучей с атмосферой и поверхностью Земли. Однако, по данным Корфа, выход D в ядерной реакций захвата нейтронов — вторичной компоненты космических лучей — ядрами протия при условии, что интенсивность космических лучей постоянна в течение 3,2×109 лет, составит лишь одну десятимиллиардную часть от всего D, находящегося в гидросфере.
Возможно ли накопление D в гидросфере Земли за счет предпочтительной потери протия атмосферы Земли в космическое пространство?
Кри считает, что гравитационное поле Земли — недостаточно сильно для удержания Н, и наша планета постепенно теряет протий в результате его диссипации в межпланетное пространство. Протий улетучивается быстрее тяжелого D. По мнению К.Ранкамы, в течение геологического времени должно происходить накопление дейтерия в атмосфере и в поверхностных водах. Ювенильная вода имеет меньше дейтерия, чем современная вода на Земле. Однако мнения разных ученых о содержании D в ювенильной воде расходятся.
Океанические воды составляют 90% от общего объема воды в гидросфере (табл. 6).
Таблица 6
Составляющие гидросферы |
Объем, млн. км3 |
Океан |
1370 |
Озера и реки |
0,5 |
Лед |
22 |
Вода в атмосфере |
0,013 |
Вода в морских и континентальных осадках |
196 |
Связанная в земной коре вода |
380 |
Суммарное количество воды в земной коре и в океанах, по данным А.Б.Ронова и А.А.Ярошевского, А.Полдерварта и А.Виноградова, оценивается в 1800-2700 млн.км3 (1,8-2,7х1024 г).
Из всех природных вод океан по изотопному составу и другим Физико-химическим свойствам представляет собой уникальный объект. Исследования, проведенные рядом авторов показали, что океаническая вода на глубине 100 м и более весьма однородна по изотопному составу. Это обстоятельство дало основание Крейгу в 1961 году предложить ее в качестве стандарта для выражения содержания D и О18 в природных водах в относительных единицах. Стандарт океанической воды (СMOB или SMOW) имеет следующие значения изотопов водорода и кислорода: D/Н = (158±2) х 106 и О18/О16 = (1993,4±2,5) х 10-6. Относительные содержания D и О18 (?D и ?О18) определяются из выражения: ? = (R/Rsmow~1)х1030, где R — отношение D/H или О18/О16.
Относительное содержание D в глубоких слоях океана около 4‰, а кислорода — 18 — 0,3 ‰. В поверхностном слое океана наблюдаются некоторые региональные изменения. Величина изменений зависит от температуры воды — для дейтерия около 35‰ и для кислорода-18 -около 3‰. Пониженное содержание дейтерия в поверхностном слое океана наблюдается в тех районах, где на изотопный состав оказывает влияние вода, поступающая от таяния льда. В высоких широтах, где поверхностный слой океана замерзает, может происходить фракционирование изотопов кислорода и водорода в системе лед-жидкость. Коэффициент разделения в этом случае составляет около 1,0180 для дейтерия и около 1,0030 для кислорода-18. В экваториальной части океана, где имеет место интенсивное испарение воды, происходит некоторое обогащение поверхностного слоя тяжелыми изотопами.
Несмотря на то, что огромные массы воды постоянно испаряются с поверхности океана, приводя к постоянному обогащению его тяжелыми изотопами, этот процесс не приводит к сколько-нибудь заметному изменению изотопного состава океана в целом. Объясняется это тем, что в конечном итоге вся масса испаряющейся воды снова возвращается в океан. Очевидно, что такое положение может сохраняться до тех пор, пока поддерживается общий тепловой баланс Земли в целом. Если этот баланс не будет выдерживаться в течение достаточного длительного времени, баланс изотопного состава океанической воды будет нарушен.
Как показывают палеотемпературные исследования древних океанических осадков и ледников по изотопным отношениям О18/О16, пределы колебания температуры поверхности океана в экваториальной зоне за последние 425 000 лет не превышали 5-6 °С. При этом отклонении в изотопных отношениях О18/О16 воды не превышали 0,5‰ от современного уровня. Аналогичные результаты были получены на основе анализа дейтерия в воде глинистых минералов морского генезиса различного возраста.
Изотопный и химический состав океанической воды оставался по всей вероятности постоянным по крайней мере на протяжении последних 250-300 млн. лет. Это подтверждается большим фактическим материалом, накопленным при палеотемпературных исследованиях, основанных на сравнении изотопного состава кислорода в раковинах современных и ископаемых моллюсков.