VI. FEJEZET.
A tenger vize.
(Folytatás.)
A tengervíz kémiai összetétele. – Feloldott ásványi anyagok. – A sótartalom ; meghatározása a sűrűség-, a törésmutató és a klórtartalom segítségével. – A sótartalom változásai: a szelek, a folyók és a megfagyás hatása. – A tengervízben feloldott gázok: a minták beszerzésmódja. – A gázok a fenéken sem nagyobb mennyiségben, sem nagyobb nyomás alatt nem fordulnak elő mint a felületen. – A Travailleur látszólag ellentmondó megfigyelései. – A gázok függőleges körzése. – Feloldott szerves anyagok.
A tengervíz kémiai összetétele. A tenger a végső állomása azoknak a vizeknek, a melyek keresztüljárták a kontinenseket úgy a mi korunkban, mint a megelőző geológiai korszakokban; szükségképpen megvannak benne tehát az összes ismeretes kémiai elemek, bár egy részüket még nem találták meg benne. Ezek az elemek egyrészt Földünk kialakulásakor a gőzök lecsapódasából és a sóknak kezdeti alakulásából származnak, vagy pedig a légköri vizektől oldott állapotban odahozott anyagok, miután a viz kimosta és szétbontotta az útjába eső sziklákat. Legbővebben a konyhasó, nátriumklorid Na Cl található benne: 27,37 gramm egy liter atlanti vízben, a mely összesen 35,06 gr. sót tartalmaz; a konyhasó tehát az összes sóknak 78,6%-a; azután a magnéziumklorid következik 9,6%-kal; ez és a magnézium-szulfát (6 1/2%) adják meg a tengervíznek keserű ízét. A többi só sokkal kisebb arányban fordul elő. Sok elem csak nyomokban mutatható ki, még pedig igen nagy mennyiségű elpárolgott tengervíz anyalúgjában. Mások oly csekély mennyiségben fordulnak elő, hogy a közvetlen kémiai elemzéssel föl sem fedezhetők; ilyen esetekben az élőlényekhez kell fordulnunk, melyeknek megvan az az érdekes tulajdonságuk, hogy szöveteikben bizonyos elemeket felhalmoznak. Ilyen a réz, ólom, czink, nikkel, mangán stb., melyek bizonyos tengeri növények, fucusok, algák szöveteiben vannak konczentrálva és hamvaikban ismét feltalálhatók. Az ezüst előfordul bizonyos korállokban. Az arany a tenger vizében állítólag elég jelentékeny nyomokban fordul elő ahhoz, hogy kiaknázására gondoljanak.
BERTRAND *) a Princesse-Alice expedícziója alatt 1902-ben tanulmányozta a tengeri állatokban az arzén jelenlétét oly érzékeny
*) Annales de l'Institut Pasteur, 1903 jan. 17.
módszerrel, melynek segítségével ez ásványnak egy fél ezredmilligrammja ki volt mutatható. A kutatás a nyílt tengeren folyt és gyakran nagy mélységekben, vagyis a beszennyezéstől védett helyen, a mi a jelenlegi iparral való többé-kevésbbé közvetlen érintkezésből származik" (99. rajz). Az arzént a szivacsokban találta meg legnagyobb mennyiségben (több mint 0,001 gr. a száraz anyag 1 kg.-jában). BERTRAND szerint az arzén "ugyanolyan czímen mint a szén, a nitrogén, a kén vagy a foszfor, a protoplazmának egyik alapeleme" és az összes élő sejtekben feltalálható.
99. rajz. Kémiai műveletek a Princesse-Alice födélzetén. BERTRAND tanár, amint a nagy-mélységi állatokban arzént keres.
Ha a tengervíz párolgása élénk és az édesvíz hozadéka csekély, akkor a só kristályokban leülepedhet; ez a tünemény mutatkozik nagyban a Kara-Bugasz-öbölben a mely csak egy keskeny szoroson keresztül közlekedik a Kaspi-tengerrel. A meleg és száraz szél oly mértékben élénkíti ott a párolgást, hogy
körülbelül 50 000 tonna só rakódik le ez öbölben naponként *) és a Kaspi-tenger vize a szoroson keresztűl 5–6 km. óránkénti sebességgel folyik oda az elpárolgott víz pótlására. Így természetes módon hatalmas sólerakódások alakulnak, míg a franczia partokon az emberek közbelépésére van szükség sótermelő ágyak létesítéséhez.
A tengervízminta sóinak meghatározása és teljes elemzése igen hosszú és igen kényes műveleteket igényel, melyeket szükségtelen itt leírni. A tengervíz ez összetételének ismerete ellenben igen fontos az óczeánográfiában, hogy megkülönböztessük a különféle eredetű vizeket, hogy követhessük mozgásaikat, vagyis az áramlásokat oly esetekben, a mikor közvetlenül nem tanulmányozhatók. A kérdés különben általános érdekű a geofizika és a geológia szempontjából. Elemeztek is sok mintát az óczeánok minden részéből. Nevezetesen FORCHHAMMER és DITTMAR szánták rá magukat e hosszadalmas és nehéz munkára. Azt találták, hogy bár a tengervízben feloldott só mennyisége, vagyis a sótartalom jelentékenyen változik, a különböző sóknak egymáshoz való viszonya mégis igen nagy közelítéssel mindenütt ugyanaz. SCHLOESING **), a ki legújabban elemezte az Atlanti-óczeán és a Földközi-tenger vizeit, úgy találta, hogy a Földközi-tenger vize Francziaország és Afrika között egyneműnek tekinthető és csak sótartalom tekintetében különbözik mégis az Atlanti-óczeánétól; a két tenger ásványi összetétele majdnem teljesen ugyanaz és ezen az alapon várható, hogy az összes óczeánok sókeveréke körülbelül ugyanaz. Ha ez így van, akkor egy bizonyos tengervízmintában elegendő egyetlen elem mennyiségének meghatározása és ezzel megismerjük a többi sók mennyiségét is, egyszóval e víznek a sótartalmát. Ez valóban gyakran alkalmazott módszer; pl. nagyon könnyű megbecsülni a halogének összességét (klór, bróm, jód) titrált ezüstnitrát oldat segítségével. Ez egyszerű és gyors művelet, mely csekély tömegű tengervízmintán is végezhető. Ha a klór mennyisége már ismeretes, akkor már könnyű nemcsak a sótartalom, hanem a különböző hőmérsékletekhez tartozó sűrűség
*) MAILLARD, "L'industrie des salines côtières". (A parti sótelepek ipara). Revue Scientifique, 1907. és Bulletin de l'Institut océanographique 100 sz. 1907.
**) Comptes rendus, Paris, 1906. feb. 5.
meghatározása is a KNUDSEN-féle hidrográfiai táblázatok segítségével, melyeket ez a tudós a legnagyobb pontossággal készített.
E táblákból fordítva a sótartalom is meghatározható, ha a minta sűrűsége ismeretes. A sótartalomnak azt a meghatározását, a mely az ezüstnitrát oldat segítségével a klórtartalmat állapítja meg, a tengerkutató állandó nemzetközi bizottság ajánlja és a hozzászegődő intézetek használják is.
Ez a módszer azon a feltevésen alapszik, hogy a tengervíz ugyanazon sók állandó arányokban való keverékének többé-kevésbbé higított oldata. THOULET erősen kikel a tengervíz összetételének eme felfogása ellen. Szerinte éppen ellenkezőleg nincsen két egyenlő tengervízminta, még a higítást tekinteten kívül hagyva sem és két egyenlő sűrűségű vízminta különböző arányokat mutathat fel az összetevők mennyiségében. Nem helyes tehát a különböző sók mennyiségét csak egyiküknek méréséből levezetni és még helytelenebb ebből következtetni a sűrűségre, kísérletileg megállapított táblák segítségével. THOULET-nak teljesen igaza van; a tengervíz összetétele csakugyan nem egyenlő. Maguk azok a kifejezések, a melyekben az elemzést végző kémikusok azt mondják, hogy a sók aránya közel állandó vagy majdnem azonos, mutatják, hogy vannak különbségek, melyeket másrészt az elemzések pontatlanságának tulajdonítanak. De a gyakorlatban a fődolog annak az ismerete, hogy mily jelentőségűek azok a hibák, a melyek az előbbi módszerrel járnak. KNUDSEN szerint a klórtartalom alapján az ő táblái segítségével meghatározott sűrűség maximális hibája az ötödik tizedes három egységét érheti el. A tengerkutató állandó bizottság ezt a hibát megengedhetőnek tartja és maga THOULET elismeri, hogy semmiféle eljárással nem lehet az ötödik tizedes 5 egységét meghaladó megközelítéshez jutni. A klórmeghatározás és a KNUDSEN-féle táblázatok pontossága tehát kielégítő és minthogy ez a módszer sokkal gyorsabb, mint a sűrűség közvetlen meghatározása, érthető, miért alkalmazzák szívesebben, a mikor igen nagy számú vízminta megvizsgálásáról van szó. Másrészt a műveletek elvégzésénél figyelemmel kell lenni az adott utasításokra, ha el akarjuk érni a módszer maximális pontosságát és számot kell vetni a körülményekkel, a melyek között a minta felvétetett. A tengeri jeget körülvevő víztömegek pl. a kioldott sók arányában nagyobb különbséget mutatnak mint máshol, mert a szulfátok
a keletkezett jégben konczentrálódnak, míg a környező víz kloridokban bővelkedik; ennek a víznek a sótartalmából már nem vezethetjük le a többi elemek arányát és ezekben a különös esetekben a KNUDSEN-féle táblázatok alkalmazása csak bizonyos óvatosság mellett ajánlható. Nem kevésbbé igaz azonban, hogy e fenntartásokkal a klormeghatározás módszere a sótartalom meghatározásában 0,05 ‰ pontosságot ad, a sűrűségmeghatározásban pedig a táblák segítségével 3–5 egységnyit az ötödik tizedesben, a mi teljesen kielégítő a közönséges óczeánográfiai kutatásokban és a mellett megvan az a nagy elsőbbsége, hogy igen gyors.
TORNÖE, norvég fizikus a maga részéről azt a viszonyt tanulmányozta, a mely a tengervíz sótartalma és törésmutatója között van és oly táblázatokat szerkesztett, a melyek a törésmutatónak megfelelő sótartalmat adják a hőmérséklet tekintetbe vételével E tudós szerint a sótartalomnak ilyen úton nyert megközelítésében a hiba kisebb 0,05 ‰-nál, vagyis ez az eljárás megfelel azoknak a feltételeknek, a melyeket a stockholmi konferenczia és a tengerkutató állandó bizottság kíván.
A sótartalom a tengervíz legfontosabb jellemzője; ennek a segélyével követhető legjobban egy meghatározott víztömegnek mozgása az óczeáni tömegben és azonkívül határozottabb fogalomnak látszik a sűrűségnél, mert közvetlenül megjelöli az egy kgramm vízben feloldott sók súlyát. Ott, a hol száraz szelek fujdogálnak, az elpárolgás gyorsan megy végbe és a sótartalom a felületen megnagyobbodik. Ez az eset tapasztalható a trópusi passzát szelek vidékén, a hol a vizek sótartalma néhol 3ó–37‰; kisebb (35–36‰) olyan vidékeken, mint a Guinea-öböl vizei, a hol a levegő nedves és aránylag erős a szél; ugyancsak csekély és 35,5‰ körül ingadozik a szélcsendes nedves egyenlítői vidékeken.
A nagy folyók gyakran igen nagy távolságra éreztetik a felületen a sótartalomra való hatásukat; pl. az egyenlő sótartalom 34‰-es görbéje vagy izohalinája, mely az édesvíz odafolyásának eredménye, egészen 500 km.-re terjed a nyilt tenger felé a Kongo torkolatánál, nyugatra tolva a 35‰-es izohalinát, a mint SCHOTT dr. megállapította a Valdivia expediczióján.
Úgy az arktikus, mint az antarktikus vidékeken a jégolvadás csökkenti a sótartalmat, a mely egészen 32–33‰-ig száll le, és ezeken a vidékeken a tél vége felé éri el a víz sótartalma
a maximumát, minthogy ez időben a legnagyobb a jéggé alakult vízmennyiség. NANSEN kiszámította, hogy ha egy, csak 100 méter mélységű tenger vízének közepes sótartalma 34,4‰ volna, ez a sótartalom 35‰-re emelkednék, ha 2 m. vastagságú jégréteg alakulna rajta. A fenékvíz sótartalma az északi Atlanti-óczeánban a legnagyobb.
A vízben feloldott gázok. A feloldott gázok elemzésére szolgáló vízminták felvétele sokkal kényesebb, mint a mikor egyszerűen a sótartalom meghatározásáról van szó; rendszerint azonnal kiveszszük a gázelemzésre szolgáló mintát a mérőpalaczkból, mihelyt fedélzetre ért. Erre a czélra mindkét végén kihúzott légüres üvegcsövet használnak; elegendő a folyadékba mártott nyúlvány végét eltörni és a víz a csőbe tódul, melynek végét lámpánál beforrasztják. A gázokat azután úgy vonják ki a vízből, hogy azt légüres edényben felforralják, a kiszabadult gázokat összegyüjtik, megmérik és a laboratóriumokban használatos módszerekkel elemzik.
Minthogy a tengervíz jelentékeny felületen érintkezik a légkörrel, természetesen ugyanazokat a gázokat tartalmazza, a melyeket a levegő, noha különböző arányokban: nitrogén (és argon), oxigén, szénsav. Egy liter tengervíz körülbelül 28 cm3 0 fokon [!] levegőt tud feloldani és csak 17 cm3-t 20 fokon. A nitrogén chemiailag közömbös és oldásaránya keveset változik; mennyisége literenként 13 m3. körül ingadozik (a gázok térfogatának 60% -a). Az oxigén és a szénsav ellenben sokat változnak, minthogy jelentékeny szerepük van a növények és állatok lélekzésében. A plankton tengeri algái úgy viselkednek, mint más növények és a fény hatása alatt szétbontják a szénsavat és oxigént szabadítanak ki, míg az állatok szénsavat bocsátanak ki és oxigént vesznek fel. Ez utóbbi gáz a feloldott gázoknak 36–10, sőt némelykor közel 0%-át teheti ki, míg a szénsav fordított arányban mutatkozik. Pl. a Keleti-tenger legmélyebb árkában, 400 m. mélységben, a svéd part közelében, Landsots-tól keletre az oxigén-tartalom 0 lehet, míg ugyanott 50 cm3 szénsav található literenként. Nincs is ott állat vagy legfeljebb igen kevés.*) A Kaspi-tengerben KNIPOVICS ugyanazt a tüneményt figyelte meg. Míg 100 méter mélységben az
*) RABOT, La Géographie, VII. k. 3. sz. 1903.
oxigéntartalom literenkint 5,6 cm3, 700 m. mélységben már csak 0,32 cm3; a fenékmélység 718 m. A fauna határa megfelelően nem haladja meg a 400 m.-t. A fenéken valószínűleg csak baktériumok tanyáznak.
A szénsav nagy mennyiségben fordul elő a tengerben, mint feloldott gáz, vagy mint bikarbonát; CHAMBERLIN szerint a tenger 18-szor több szénsavat tartalmaz, mint a levegő, tehát a tenger a levegő szénsavtartalmának a szabályozója.
A kénhidrogén, mely szerves anyagoknak bizonyos baktériumok hatása alatt való bomlásából származik, csak különös viszonyok között található érezhető mennyiségben. A Fekete-, a Káspi- és az Aral-tenger iszapja sokat választ ki. Nevezetesen a Fekete-tengerben ANDRUSZOF úgy találta, hogy e gáz mennyisége akkora, hogy 200 métertől lefelé állat már nem található; e mélységben már egy harmad cm3-nél több található ebből az erős méregből egy liter vízben és 2166 méter mélységben a kénhidrogéntartalom már eléri a 6,5 cm3-t.
Sokáig azt hitték, hogy mivel a nyomás minden 10 m. vastag vízréteg után egy légköri nyomással növekszik, a nagy mélységekben a feloldott gázoknak igen nagy mennyiségben és óriási nyomás alatt kell előfordulniok. Már 1843-ban kimutatta AIMÉ, hogy ebből semmi sem igaz; ugyanis egészen 1249 méterig különböző mélységekben higanynyal töltött kémlőcsövet rázott és a higanynak egy edénybe folyt része a felhúzás előtt elzárta a nyílást. A Vöringen-expedíczióban (1876–78) WILLE parancsnok ugyanarra az eredményre jutott. De a Travailleur-ön 1882-ben megfigyelt váratlan eredmények új kutatásokra ösztönöztek; MILNE-EDWARDS A. tanár azt jelenti, hogy igen gyakran abban a pillanatban, a mint visszahúztuk a palaczkokat a tengerből és a csapot kinyitottuk, előfordult, hogy vízsugarat láttunk kilövellni, akárcsak a szódavizes palaczkból és ez a vízsugár másfélméteres hosszúságot is elért; mi több, az ezután edénybe öntött vízből nagymennyiségű gázbuborék szállott föL. Érdemes megjegyezni, hogy ez a tünemény sohasem fordult elő más expedíczió alkalmával és csakis a Travailleur merítő palaczkjának használatakor. Ellenben ugyanezen a hajón más módszerrel felvett vízből gáz nem szabadult ki. Azzal magyarázták meg a tüneményt, hogy egyedül a Travailleur palaczkja tartotta vissza a gázokat légmentes
|
100. rajz. RICHARD higanyos palaczkja a keretébe való csúsztatás közben. |
zárja segítségével. THOULET jelezve az egymásnak ellentmondó eredményeket, annak a véleményének adott kifejezést, hogy a kérdés újra tanulmányozandó és 1895-ben DELEBECQUE úgy találta, hogy a Léman-tóban 290 m. mélységig a feloldott levegő nem bőségesebb, mint a felületen és nincs is erősebb nyomás alatt. Ezzel és az övéhez hasonló műszert használva, megerősítette AIMÉ tapasztalatait. Hátra volt még, hogy ezen eredményt a nagy tengermélységekben is kísérletileg igazolják; ezt ALBERT, monacói herczeg tette számomra lehetségessé, 1896-ban a Princesse-Alice-on. Utasításaim alapján szerkesztette ugyanis LE BLANC a 100. rajzon látható műszert, melynek elve a következő: A megvizsgálandó mélységbe higanynyal telt felfordított palaczkot eresztenek, melynek nyaka ugyancsak higanynyal telt edénybe merül; ezt az edényt azután lesülyesztik, hogy így szabaddá tegyék a palaczk száját, melynek higanya kiömlik és víz jön a helyébe; ez a mozgás önműködően megy végbe, a mint a műszerhez erősített emelőkar egy előzetesen leeresztett ütköző súlyhoz ér. Az ütközőt ugyanabba a mélységbe egy kábel végére erősítve bocsátják le és ennek a kábelnek a mentén csúszik le azután a palaczk az ő foglalatjával. Végre egy futósúlynak a kábel mentén való lecsúsztatásával a palaczkot is lesülyesztik, hogy a nyaka belemerüljön a higanyba. Azután az egész műszert felhúzzák. A palaczknak egyetlen szűk nyílása lefelé irányul, ha tehát gázzal telten jón vissza, akkor a nagymennyiségű és nyomás alatt levő gázok az edényben levő vizet a higanyon keresztül kinyomták; ha vízzel telten érkezik vissza, ez azt jelzi, hogy nincs több gáz a fenéken, mint a felületen és a gáz ugyanazon nyomás alatt is áll. Az Atlanti-óczeánban |
1000 és 2700 méter mélységben végzett kísérletek alkalmával a palaczk vízzel telten és egyetlen 0,5–l cm3 gázbuborékkal jött vissza, a melyet a fenék és a felület hőmérséklete közti különbség is eléggé megmagyaráz. A SCHLOESING-ge] végzett elemzés megmutatta, hogy a feloldott gázok mennyisége megfelelt annak, a mennyit a 2700 m. mélységnek megfelelő 3,3 fokos hőmérsékletű víz magában foglal. Azonban hogyan magyarázhatók akkor a MILNE-EDWARDS-tól jelzett tünemények? Azt hiszem, hogy a magyarázat a következő: A Travailleur palaczkjában a két nyílás kicsiny és oldalt van; a palaczkban nem keletkezik a leszállásnak megfelelőleg eléggé élénk vízáramlás; a nyomás folytán a két nyíláson keresztül víz hatol be a palaczkba és ott a levegőt fokozatosan feloldja; az elért mélységben a bezáródás tökéletes lévén, az összenyomott gáz csak akkor szabadul ki, a mikor a szűk csapot kinyitják és így áll elő a vízsugár. A gázok tehát nem fordulnak elő nagyobb mennyiségben a mélységben, mint a felületen (egyenlő hőmérséklet mellett) és amott is a légköri nyomás alatt állanak; a gázmolekulák közlekedésben vannak a szabad levegővel, a vízmolekulákat elválasztó közökön keresztül. Ebből érthető, a mint THOULET mondja, hogyan újulhat meg részben a mélységi oxigén a vertikális gázkörzésnek egy bizonyos neme folytán, a mi nélkülözhetetlen a mélységi állatok életéhez és a minek következtében diffuzió útján áll elő a kicserélődés az állatok lélekzéséből származó szénsav és a felülről jövő oxigén között. ha kémlőcsőbe hamuzsirt és pirogalluszsavat tartalmazó forralt vizet öntünk, azt látjuk, hogy a folyadék a felülettől kiindulva a fenék felé fokozatosan megfeketedik abban a mértékben, a mint a levegő oxigénje diffuzió folytán a mélységbe hatol; ha a kémlőcsőbe bárminő kémiailag közömbös port dobunk, azt látjuk, hogy mindegyik szem fekete réteggel vétetik körül, a levegőbeli oxigén hatása alatt: minden szem ugyanis rátapadó oxigént szállít az érzékeny folyadékba. Ez az érdekes kísérlet, a melyet THOULET-nek köszönhetünk, világosan elénk tárja azokat a tüneményeket, a melyekről az imént beszéltünk. REGNARD dr. hasonló módon kimutatta, hogy állandó hőmérsékleten tartott mozdulatlan folyadékba ez a behatolás az ő kísérlete alkalmával egy métert tett ki három hónap alatt és hogy ezer évre van szükség ahhoz, hogy egy gázmolekula a felületről 4000 méter mélységbe érjen. Elegendő arra gondolnunk,
hogy ez a tünemény sok ezer év óta folyik, hogy mérhetetlen felületen megy végbe, hogy a poresés, vízmozgás elősegíti és akkor el fogjuk ismerni, hogy a látszat ellenére következményei éppen nem hanyagolhatók el.
El lehet mondani, hogy a tengervízben feloldott gázok tanulmányozása még csak a kezdet kezdetén van; az oczeánográfiai kémikusok tevékenysége még mérhetetlen területet talál itt maga elott.
A feloldott szerves anyagok. A sókon és a gázokon kívül a tengervíz nagymennyiségű oldott szerves anyagokat tartalmaz, melyek a szervezetek bomlásából erednek. Elegendő a tengerben ilyenformán feloldódó termékeknek végtelen változatosságára gondolnunk és akkor megtudjuk [!] becsülni e tanulmány nehézségét. A tengeri kémiának ez a része bizonyára a legnehezebb és e téren még rengeteg tennivaló marad hátra. A leggyakrabban megelégszenek a szerves anyag összeségének megbecsülésévei, oly módon, hogy kálium-hipermangánát titrált oldatában oxidálják, az eddig ily módon elért eredmények, úgy látszik, nem mutatnak különös érdeket. Egyes esetekben mégis tovább vitték az elemzést és meghatározták a szabad ammoniák, vagy fehérje, vagy ammoniumnitrát alakjában előforduló nitrogén-vegyületeket; valószínű, hogy e nitrogén-vegyületek átalakulásai és bomlásai bizonyos baktériumok hatása alatt mennek végbe, melyeknek úgyszólván a szerves maradványok szétbontása lenne a hivatása. A fehérjetartalmu anyagok kénje és foszforja elvégre szulfátokká és foszfátokká alakul át, melyeket a szervezetek azután a maguk czéljaira, nevezetesen csontvázuk stb. alakítására tudnak felhasználni. E munka folyamán látni fogjuk ennek nehány különös esetét.
A tengervízben feloldott fehérjés anyagok jelenléte, valamint azok az igen határozott hasonlóságok, a melyek a só aránya tekintetében a tengervíz és az állatok belső folyadékai között mutatkozik, arra a felfogásra indította QUINTON-t, hogy a tengervizet plazmafélének tekintse. A tengervizet desztillált víz hozzáadásával ugyanolyan konczentráczióra hozta, mint a milyen a vérsavóé és ezt a természetes szérumot ajánlotta a mesterséges szérum helyett. A ma már nagyszámú kísérletek igen kedvezőknek látszanak a higított tengervíz alkalmazására, hacsak az egyszerű szűréssel végezhető sterilizáczió eléggé megbízható.