Морская вода представляет собой сложный многокомпонентный раствор, в котором растворены неорганические соли, газы и органические вещества. Основными составляющими являются ионы натрия (Na⁺) и хлора (Cl⁻), определяющие солёность воды. Содержание Na⁺ колеблется в пределах 10,5–11,0 г/л, Cl⁻ — 19,0–19,5 г/л, что обеспечивает среднюю солёность океанической воды около 35‰. Другие катионы (Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺) и анионы (SO₄²⁻, HCO₃⁻, Br⁻, F⁻) присутствуют в меньших концентрациях, но играют важную роль в биогеохимических процессах. Следует отметить, что концентрации компонентов относительно постоянны в мировом океане, что характеризуется понятием «принцип постоянства состава солей морской воды».
Морская вода обладает слабощелочной реакцией (pH 7,8–8,3). Основным буфером является система бикарбонат-углекислота:
[ + + + ]
Эта система регулирует кислотность и предотвращает резкие колебания pH. Концентрация углекислого газа и бикарбонатов напрямую связана с обменом CO₂ между атмосферой и океаном, влияя на процессы глобального потепления и закисление морской воды.
В морской воде растворены кислород, углекислый газ, азот и следовые количества инертных газов (Ar, Ne, He). Растворимость газов зависит от температуры, давления и солёности: чем холоднее вода, тем выше растворимость кислорода и CO₂. Кислород играет ключевую роль в аэробных биохимических процессах и окислительно-восстановительных реакциях. Насыщенность кислородом варьирует с глубиной и интенсивностью фотосинтеза в поверхностных слоях. Дефицит кислорода приводит к формированию гипоксических зон, опасных для морской биоты.
Окислительно-восстановительные процессы. Реакции восстановления и окисления определяют форму и подвижность многих элементов, включая железо, марганец и сульфаты. В поверхностных слоях преобладают аэробные процессы, тогда как в донных и глубинных — анаэробные, включая сульфатредукцию и метаногенез.
Комплексообразование. Ионы металлов образуют стабильные комплексы с органическими и неорганическими лигандами. Например, железо в морской воде присутствует в виде гидроксидных и органических комплексов, что критично для биодоступности и фотохимических реакций.
Осаждение и растворение солей. Процессы гидратации, осаждения карбонатов и сульфатов формируют морские отложения. СаCO₃ образуется в виде известняковых структур, поддерживая баланс ионов кальция и карбоната.
Фотохимические реакции. В верхних слоях воды солнечная радиация инициирует разложение растворённых органических веществ и образование реакционноспособных форм кислорода, влияющих на микроэлементы и органические соединения.
Введение в океан органических загрязнителей, нефтепродуктов, тяжёлых металлов и кислотных выбросов изменяет химический состав воды. Закисление, эутрофикация и образование токсичных комплексов металлов нарушают биохимические циклы и устойчивость экосистем. Контроль концентрации нитратов, фосфатов и тяжёлых металлов является ключевым для сохранения химической стабильности морской воды.
Помимо растворённых веществ, морская вода содержит коллоидные и взвешенные частицы, включая детрит, планктон, бактерии и взвешенные минеральные компоненты. Эти частицы участвуют в химических реакциях как каталитические поверхности и влияют на осаждение и транспортацию элементов.
Химия морской воды представляет собой динамическую систему, где взаимодействуют растворённые и взвешенные вещества, газы, микроорганизмы и физические параметры. Состав и реакции в воде регулируются буферными системами, окислительно-восстановительными процессами и комплексообразованием, что обеспечивает стабильность экосистем и поддержание биогеохимических циклов.