原始海水

質問

原始海水のpHがたいへん小さいと考えられる理由を教えてください。

回答No.2

moto_koukousei

海水中に最も多量に溶けているCl-（塩化物イオンは、それと定量的に平衡にある適当な鉱物を海洋堆積物中に見つけ出すことができない現海水中のCl-の濃度は全海洋水中ではほとんど等しい値を示しているし、また原始海水から現海水に至るまで、大筋では海水中のCl-濃度はほとんど変わってきてはいないと考えて構わないらしいです。http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/ES_E_U1.html
海水中のCl-は、大気中の塩酸ガス(HCl)が溶け込んだものでしょう。海水中のClの量からHClに換算すると、HClがそのまま海水中に残っている場合、HClの濃度は2.0%となります。HClの3.65%溶液はPH0.1、2%の溶液はPH0.36ほどですから、一瞬に大気からHClが海洋に溶けた場合にはpH0.3程度になったと計算することが可能です。

ポイントは、HClを高濃度に含んだ熱水が降下する年間の量と、地表での岩石による年間中和量と、液体の中に残るHCl量(H+イオンの量)、次第にその海水が増えて海と言えるほどの水量になったときの海水中のH+の量(HClの量)で、pHが決まります。何せ、38億年前の状況を確認するデータが不足なように思います。
38億年前にはそれなりに生物がいたらしいので、さほど強い酸性(pH0.3のようにとても低い)ではなかった可能性もあると思います。
地球最古の鉱物は、西オーストラリアYilgarn地塊の西縁部Narryer Gneiss Complex、Jack Hills礫岩中の42.76億年前の砕屑性ジルコンである。最古の鉱物は、地表に固体が形成されたことと、約43億年前に後に証拠として残る地殻が形成されていたことを示している。
最古の火成岩は、カナダ北部Slave Province、Acasta地方の39.67億年前のトーナル岩質～花崗岩質片麻岩である。最古の火成岩は、地表に大陸地殻が形成されたことを示す。火成岩の年代は、最古の鉱物の年代である約43億年前くらいまでさかのぼれる可能性がある。（「大陸地殻の形成＝海から大陸の出現」ではない。大陸地殻は地下深くに出来る。マグマの分化の証拠　http://www1.tecnet.or.jp/lecture/chapter4/4_06_1.html　海洋地殻は次々新しいモノが出来て、古いモノはなくなっていく　http://www1.tecnet.or.jp/lecture/chapter4/4_06_2.html　）
最古の堆積岩は、西グリーンランドのIsuaにある約38億年前の地層である。最古の堆積岩は、地表において、海、大陸、そして大気が、安定して存在したことを示す。炭素同位体組成から、海洋のバイオマスがすでにかなりの量の有機炭素をつくり出していたと考えられている。

「海の科学 海洋学入門(第2版)柳哲雄」P9には「原始の海は大気中に存在していた塩酸を溶解していたために、強い酸性(pH3～4)であったと推定されています。それが地表の玄武岩などと反応してカルシウム、マグ８ネシウム、カリウムなどを溶かし出し、中和(pH8)されました。原始の海が中和されると、大気中のCO2が海水に溶け込み、海水中のカルシウムと反応して炭酸カルシウムとなって沈殿しました。このような一連の反応は少なくとも最初の10億年以内に起こり、その後30億年の間海水の組成はほとんど変化していないと考えられています」と記載されています。

原始の海洋はpH0.3～0.4(あり得ない？)ではなくて、pH3～4であったのか、あるいはpH5～6とか、pH7に近いところだったのかは、まだわかっていないのではないでしょうか。
35億年前にはpH6.68という人もいます。
http://www.shiojigyo.com/a040encyclopedia/encyclopedia4/encyclopedia4_1/post_297.html
海洋の水の起源や海が出来た時期、海水の量に関しても、色々の見解があるようですから。
http://www1.tecnet.or.jp/lecture/chapter3/3_06_1.html

～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
別件　http://okwave.jp/qa/q7561373.html
「土壌とは火山灰や腐植物が混合されており、風化こ通じて形成されたものですね。
そんな土壌に雨水が吸収されることで雨水のpHが低くなる、つまり酸性にになるのですね。」
良くある説明ではこのようになります。「雨水中には多少とも酸が溶け込んでいる。雨水中の酸のH+イオンが土壌粒子表面の陽イオンに置換し、H+イオンが土壌粒子表面に付着される。弱い酸でも長い期間土壌を洗うと土壌中のH+イオンが増加し、pHが下がり、酸性化する」
ところで、回答に書いたように東南アジアの降雨量の多い地域の水田はpHが高く酸性化していません。http://www.sotozen-net.or.jp/wp/wp-content/uploads/2010/12/sannseiu2.pdf　降雨で酸性が強いのは中国、近畿で、九州、北海道は強い酸性雨ではありません。　土壌のH+イオン量は、降雨そのものの問題よりは、植物が腐食しH+を多く放出するか、H+が置換できる状態の陽イオンが土粒子にどう存在するのかにかかっています。
何百万年と続く降雨で際限なく土壌が酸性化することはありません。堆積地層の1m、3m下のところは、昔降雨に洗われたところです。１～2m深くてもほとんどpHに変化がなく、pH6.0～6.5になっているのは、降雨でpHが高くなるというものではないのを示していると考えていいと思います。
http://www.agrinet.pref.tochigi.lg.jp/81_area-desaki/10_nousi/04_kenkyuuseika/g31_seika01/seika/kenhou/kp_052/kp_052_06.pdf
むしろ他の事情でH+イオンが過剰に存在しても、雨水が押し流して、一定レベルのpHに保つ動きをしているのでしょう。雨水は、腐食物を溶かしたり、他の塩類と反応したり、途中色々あって、河川水はほとんどPH7前後になります。　土壌のPHも基本的には安定していると思います。

回答No.1

moto_koukousei

「原始海水のpHがたいへん小さいと考えられる」というのは、どこから得た情報ですか。
このサイトでは、原始海水も現状の海水も、化学的成分やPHはほとんど同じと推定するのが妥当であると云っているようです。
http://www.oceanochemistry.org/publications/TRIOC/PDF/trioc_2007_20_77.pdf
「表10 計算による海水の主要化学成分濃度と観測による現海水の主要化学成分濃度との比較」では、他のイオンに関しては2倍程度の違いがあり、H+に関しても7.95と7.89の違いを示されていますが、1桁違うという濃度差ではないので、ほとんど同じレベルの化学組成、イオン濃度と考えているのではないでしょうか。

お礼

回答ありがとうございました。

補足

大学の教科書に掲載されていた問いです。
地球ははじめ火の玉のように高温だったそうです。それが急激に温度が下がったことにより、大量の雨が降り注いだ。しかしその雨はpH0.3の強酸性で生物が住めるような環境ではなかったそうです。
強酸性の原始海水はその後、海洋性地殻と接することで、pHが急速に上がっていきました。
そして約38億前に現在と同じくらいのpHとなったそうです。