Nước biển chiếm khoảng 71% diện tích bề mặt Trái đất. Một trong những điều quan trọng làm cho nước biển khác biệt với nước ngọt ở các con sông, hồ hay suối là độ mặn đặc trưng.
Muối biển sinh ra do núi lửa phun trào
Núi lửa dù hoạt động ở đáy đại dương hay trên đất liền đều tạo ra rất nhiều khoáng chất, muối lẫn bên trong đó. Lượng muối thất thoát từ dung nham của núi lửa nằm sâu bên dưới các con sông. Hoặc núi lửa hoạt động dưới lòng biển sâu khiến muối, magma bị hoà tan và thêm khoáng chất, muối cho nước biển.
Ảnh 2: Núi lửa phun sẽ tạo ra khoáng chất, muối hoà tan thêm vào lượng nước biển
Nếu nước ngọt chảy ra biển, vậy tại sao nước biển vẫn mặn?
Lượng nước ngọt từ sông Amazon, Mississippi, Mê Kông,... ngày đêm đều tuôn đổ ra Thái Bình Dương, Đại Tây Dương,... và tất cả nước biển đều mặn. Tại sao nước trong đại dương không bị dòng nước ngọt làm loãng ra? Lý do vị mặn của đại dương là kết quả của nhiều quá trình tự nhiên, lượng muối bên trong đại dương chỉ là 1 trong những yếu tố tạo nên vị mặn này.
Vào lúc ban đầu, biển cổ đại chỉ có chứa một lượng nhỏ muối và chưa đạt được độ mặn như ngày nay. Nhưng sau khi những cơn mưa đầu tiên xối xuống Trái đất trẻ vào hàng trăm triệu năm trước, dòng nước đã phá vỡ các lớp địa chất và vận chuyển những loại khoáng sản ra biển. Kể từ đó, đại dương bắt đầu dần dần mặn hơn. Người ta ước tính rằng những con sông và suối từ Mỹ chảy ra biển hàng năm đã mang theo 225 triệu tấn chất rắn hòa tan và 523 triệu tấn trầm tích để cung cấp cho đại dương.
Trong một tính toán mới đây đã cho thấy rằng khối lượng các chất rắn hòa tan từ đất chiếm khoảng 2,3 tấn trên 1 km vuông đất tại Úc cho tới 46,3 tấn trên 1km2 đất tại châu Âu. Theo ước tính, tất cả các con sông trên thế giới đã mang theo 4 tỷ tấn muối khoáng hòa tan ra biển mỗi năm. Lượng muối này sẽ nằm lại dưới đáy đại dương và dần hình thành nên những lớp trầm tích mới. Nói cách khác, lượng muối đi vào và đi ra tất cả cá đại dương trên Trái đất hiện tại luôn được cân bằng.
Như vậy, lượng muối đi vào đại dương dưới dạng hòa tan và đi ra đại dương dưới dạng trầm tích vẫn chưa giải thích được nguồn gốc vị mặn của nước biển. Chúng ta vẫn biết, muối luôn tập trung ở biển và không thể di chuyển theo hơi nước. Khi mặt trời truyền nhiệt xuống mặt biển, hơi nước gần như tinh khiết bốc lên cao nhưng lượng muối khoáng vẫn nằm lại biển. Quá trình này là 1 phần của vòng tuần hoàn liên tục diễn ra giữa Trái đất mà khi quyển: Vòng tuần hoàn của nước.
Hơi nước bốc lên từ bề mặt đại dương và được những cơn gió mang tới nơi khác. Khi hơi nước gặp được khối không khí lạnh hơn ở trên cao, nó ngưng tụ lại (chuyển từ thể khí sang thể lỏng) và rơi xuống mặt đất tạo thành mưa. Mưa trên đất liền được quy lại bởi các dòng sông, suối và cuối cùng lại chảy ra biển. Và chu trình cứ thế lại diễn ra liên tục. Chính vì lý do đó, nước tại các con sông trên đất liền không có vị mặn, nhưng khi chảy ra biển lại tiếp tục hòa tan lượng muối vẫn còn dưới biển và tiếp tục có vị mặn. Trên thực tế, kể từ khi những cơn mưa đầu tiên rơi xuống, biển đã dần trở nên mặn hơn.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu về nước biển trong nhiều thế kỷ nay. Dù vậy, cho đến nay họ vẫn chưa hoàn toàn hiểu hết những thành phần hóa học của nó. Một phần nguyên nhân là do thiếu các phương pháp và quy trình đúng đắn để đo lường các thành phần trong nước biển. Nguyên nhân sâu xa cản trở quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học chính là kích thước quá lớn của Đại dương, chiếm tới 70% bề mặt Trái đất, và hệ thống các hợp chất hóa học hết sức phức tạp vốn có trong môi trường biển, trong số đó lại có những nguyên tố liên tục biến đổi theo chu kỳ thời gian.
Cho đến hiện nay, chỉ mới có 72 nguyên tố hóa học được phát hiện ra trong nước biển. Đây là con số rất nhỏ so với số lượng hợp chất thực sự tồn tại trong đại dương. Một số nhà khoa học cho rằng tất cả các nguyên tố hóa học tự nhiên của Trái đất đều tồn tại trong nước biển. Đồng thời, các nguyên tố này cũng kết hợp với nhau bằng nhiều cách khác nhau ở cả 2 dạng hòa tan, hoặc kết tủa thành những chất lắng đọng dưới đáy biển và hình thành nên trầm tích. Tuy nhiên, ngay cả khi đã được kết tủa, các hợp chất này vẫn có khả năng thay đổi thành phần hóa học do phải luôn chịu sự tác động của các quá trình diễn ra liên tục trong môi trường biển.
Tỷ lệ các thành phần chính của nước biển gần như không đổi
Hầu như, tỷ lệ của các thành phần chính trong nước biển tại khắp nơi trên thế giới là không thay đổi. 77 mẫu nước biển của Dittmar cho thấy hầu như không có sự khác biệt rõ rệt về thành phần tương đối và tỷ trọng của chúng trong nước biển tại nhiều nơi khác nhau trên thế giới. Nghiên cứu phân tích đã được Dittmar thực hiện trong 9 năm liên tục và ông đã đi đến kết luận rằng NaCl, Magie, Sulfat, Canxi và Kali chiếm tới 99% các hợp chất rắn hòa tan trong nước.
Nói cách khác, kết quả trên cho thấy: mặc dù độ mặn và tổng số muối chứa chứa bên trong nước biển có sự khác nhau giữa các nơi trên thế giới, nhưng tỷ lệ của các thành phần chính (như NaCl là một ví dụ) trong tổng số các hợp chất là gần như không đổi. Tuy nhiên, tỷ lệ các nguyên tố khác không phổ biến như nhôm, đồng, thiếc,... cũng như các chất khí hòa tan như Oxi, CO2, Nitơ có sự khác biệt giữa các vùng nước biển khác nhau. Dù vậy, do các thành phần chính của nước biển hầu như không có sự khác biệt nên các nhà khoa học có thể dựa vào đây để đánh giá tổng quát tác động của các nhân tố nhiệt độ, áp suất,... đến độ mặn của nước biển.
Nguyên nhân của độ mặn của nước biển bắt nguồn từ sự tích tụ dần dần các hợp chất bị xối mòn trên vỏ Trái đất và trôi xuống biển. Các chất rắn và khí thoát ra từ miệng núi lửa trên đất liền cũng được gió đưa xuống với đại dương. Các hợp chất được giải phóng từ những lớp trầm tích dưới đáy đại dương cũng góp phần vào độ mặn của nước biển như hiện nay.
Độ mặn của nước biển có thể được tăng lên hoặc giảm đi phụ thuộc vào nhiệt độ mặt biển.
Độ mặn của nước biển có thể được tăng lên hoặc giảm đi phụ thuộc vào nhiệt độ mặt biển, lượng mưa và vị trí địa lý của vùng biển đó có nhận được lượng nước ngọt dồi dào hay không. Độ mặn trung bình của nước biển là 35 o/oo và nơi có độ mặn cao nhất là Biển Đỏ và Vịnh Ba Tư với độ mặn kỷ lục là 40 o/oo. Những nơi có độ mặn thấp nhất thường là khu vực biển ở 2 cực, vùng nước ven biển hoặc gần cửa các con sông lớn.
Nước biển không chỉ mặn hơn so với nước sông mà thành phần và tỷ lệ của các loại muối hòa tan bên trong cũng khác nhau. NaCl (muối ăn) chứa 85% các chất rắn hòa tan trong nước biển. Đây chính là nguyên nhân cho độ mặn đặc trưng của nước biển.
Trên đây chính là tóm tắt lại những nguyên nhân lý giải cho vì sao nước biển lại có vị mặn như hiện tại. Thông qua việc đi tìm câu trả lời cho câu hỏi, chúng ta đã có dịp điểm lại lịch sử hình thành đại dương trên Trái đất cho đến những thành phần hóa học của nước biển cũng như tác động của sinh vật biển đối với môi trường biển như thế nào.
