5. สมดุลเคมีของน้ำทะเลและระยะเวลาพำนัก

5. สมดุลเคมีของน้ำทะเลและระยะเวลาพำนัก

มีคำถามว่าถ้า outgassing และขบวนการผุพังของหินเป็นขบวนการที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องแล้วเหตุใดน้ำทะเลจึงไม่มีความเค็ม เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ต่างไปจากทะเลปิดหรือทะเลสาบน้ำเค็มที่น้ำมีแนวโน้มจะมีความเค็มเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ คำตอบก็คือในมหาสมุทร มีสมดุลทางเคมีเกิดขึ้นซึ่งหมายถึงอัตราส่วนและปริมาณของเกลือต่าง ๆ ต่อหนึ่งหน่วยปริมาตรในน้ำทะเลมีค่าเกือบคงที่

ในปี 1950 นักธรณีวิทยาได้พัฒนาแนวคิดเกี่ยวภาวะคงที่ของมหาสมุทร (steady state ocean) ซึ่งอธิบายว่าปริมาณ ไอออนที่เข้าและออกจากมหาสมุทรมีอัตราเท่ากัน และต่อมาได้พัฒนามาเป็นระยะเวลาพำนัก  (residence time) ซึ่งหมายถึง ระยะเวลาเฉลี่ยของธาตุใด ๆ ที่จะอยู่ในมหาสมุทร โดยคำนวณได้จากสมการ

สมการดังกล่าวจะถือว่าที่มาของสารละลายต่าง ๆ ที่เข้าสู่มหาสมุทรจะมาจากน้ำจากแผ่นดินที่ไหลมาสู่มหาสมุทรเพียงแหล่งเดียว เราจึงสามารถหาเวลาพำนักได้จากการประเมินปริมาณของสารนั้น ๆ ที่จะเข้าสู่มหาสมุทรในแต่ละปี ส่วนปริมาณของสารนั้นที่มีอยู่ทั้งหมดในมหาสมุทรก็หาได้จากความเข้มข้นเฉลี่ยของสารนั้นกับปริมาณน้ำทั้งหมดในมหาสมุทร ตัวอย่างของเวลาพำนักของของสารต่าง ๆ แสดงไว้ในตารางที่ 5.3 จากตารางจะพบว่าเวลาพำนักของโซเดียมในทะเลเท่ากับ 68 ล้านปี ซึ่งหมายความว่าโซเดียม จะต้องอยู่ในสภาพสารละลายนับตั้งแต่เริ่มเข้ามาสู่ทะเล เป็นเวลา 68 ล้านปีก่อนที่จะตกตะกอนลงสู่พื้นมหาสมุทร ซึ่งนับว่าเป็นสารที่มีเวลาพำนักยาวนานที่สุดเป็นอันดับสองรองจากคลอไรด์ ส่วนอะลูมิเนียม มีเวลาพำนักเพียง 600 ปีเท่านั้น

ตารางที่ 5.3 ระยะเวลาพำนักของไอออนสำคัญในน้ำทะเล

ข้อมูลจาก Broecker and Peng (1982)