Tại Sao Nước Biển Lại Mặn Vật Lý 8

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

Độ mặn của nước biển có thay đổi dần theo thời gian hay không?

Thực chất, nghiên cứu chỉ ra cho thấy độ mặn của nước biển vẫn luôn có sự giao động. Vậy nước biển đang ngày càng mặn hơn hay ngày càng nhạt đi?

Thực chất, độ mặn của nước biển có lúc tăng lên, có lúc giảm đi. Độ mặn này phụ thuộc vào các yếu tố như sau:

Theo đánh giá của các chuyên gia, sự thay đổi về độ mặn của nước biển trong tương lai chắc chắn sẽ rất lớn. Khí hậu ngàng càng nóng lên sẽ khiến băng ở 2 cực, băng trôi nổi ở các đại dương tan ra, lượng mưa cũng tăng lên nhiều. Từ đó, việc thay đổi độ mặn của nước biển là điều tất yếu.

Được sinh ra từ đá và các lớp trầm tích nằm sâu dưới đáy biển, trên đất liền

Nguyên nhân đầu tiên khiến muối có rất nhiều trong nước biển là vì lượng muối sinh ra từ đá, các lớp trầm tích tự nhiên nằm sâu bên dưới đáy biển.

Khi nước mưa rơi xuống, nó sẽ làm tan một phần muối, khoáng chất có trên các núi đá, đá trên mặt đất. Theo dòng nước, phần lớn chúng sẽ được cuốn trôi ra sông rồi ra biển. Dần dần, lượng muối sẽ tích tụ lại và tạo được vị mặn cho nước biển.

Độ mặn của nước biển được tính dựa theo hàm lượng muối

Nước biển mặn như thế nào, mặn nhiều hay mặn ít là do hàm lượng muối có trong nước biển. Có phải nước biển ở đâu trên trái đất cũng có hàm lượng muối như nhau hay không?

Ảnh 3: Độ mặn của nước biển sẽ được tính dựa theo hàm lượng muối ở từng vùng đó

Gần như toàn bộ bề mặt của trái đất chúng ta đang sống được bao phủ bởi đại dương. Và độ mặn của nước ở từng vùng sẽ được tính toán dựa trên số gram muối có trong mỗi kilogram nước biển ở vùng đó. Và thực nghiệm cho thấy các đại dương trên trái đất có độ mặn không giống nhau và thay đổi theo từng vùng địa lý.

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.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ mặn của nước biển

Muối từ đất liền và núi lửa dưới biển là nguồn gốc ban đầu của độ mặn, nhưng quá trình bốc hơi nước biển cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nồng độ muối cao.

Khi ánh nắng mặt trời làm nước biển bốc hơi, chỉ có nước nguyên chất bay hơi, các ion muối vẫn còn lại trong nước biển. Điều này khiến cho muối tích tụ ngày càng nhiều trong biển. Quá trình này diễn ra liên tục hàng triệu năm khiến cho đại dương trở thành một bể muối khổng lồ như ngày nay.

Bên cạnh đó, vòng tuần hoàn nước tự nhiên giữa biển, sông và khí quyển giúp nước ngọt từ biển bốc hơi, tạo thành mây và mưa. Nước mưa tiếp tục phong hóa đá và cung cấp thêm muối cho biển. Quá trình này tạo ra một chu trình khép kín, nhưng nước biển vẫn luôn giữ được độ mặn của nó.

Độ mặn của nước biển không giống nhau trên toàn cầu. Trung bình, mỗi lít nước biển chứa khoảng 35 gram muối, tương đương 3,5% trọng lượng của nước biển. Tuy nhiên, độ mặn này có thể thay đổi tùy vào vị trí địa lý và điều kiện khí hậu.

Đại dương không chỉ là nơi chứa nước mặn mà còn là phần quan trọng trong hệ sinh thái toàn cầu. Muối trong nước biển giúp duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu trong các sinh vật biển, hỗ trợ quá trình trao đổi chất và cung cấp môi trường sống lý tưởng cho rất nhiều loài động, thực vật biển.

Bên cạnh đó, đại dương cũng đóng vai trò như một bộ điều chỉnh khí hậu tự nhiên. Khi nước biển bốc hơi, nó mang theo nhiệt từ bề mặt nước, giúp làm mát Trái đất. Hơn nữa, sự tuần hoàn của nước biển thông qua các dòng hải lưu cũng giúp phân phối nhiệt trên khắp hành tinh, ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu của các khu vực khác nhau.

Mặc dù quá trình bốc hơi và bổ sung muối vào đại dương đã diễn ra hàng triệu năm, các yếu tố khác như biến đổi khí hậu và sự can thiệp của con người vẫn có thể ảnh hưởng đến độ mặn của nước biển trong tương lai.

Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi chu trình bốc hơi và mưa, từ đó ảnh hưởng đến lượng nước ngọt đổ vào đại dương. Nếu nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng, lượng nước bốc hơi sẽ tăng lên và điều này có thể làm gia tăng độ mặn của biển ở một số khu vực. Ngược lại, ở những nơi khác, mực nước biển tăng do băng tan và lượng nước ngọt từ sông suối lớn đổ vào đại dương nên có thể giảm độ mặn.

Con người cũng ảnh hưởng đến độ mặn của nước biển thông qua hoạt động khai thác muối và can thiệp vào các nguồn nước ngọt. Việc sử dụng quá nhiều nước ngọt từ sông suối và hồ cho các mục đích nông nghiệp và công nghiệp có thể làm giảm lượng nước ngọt đổ vào biển, từ đó tăng độ mặn của các vùng biển gần bờ.

Tất cả nước trên hành tinh của chúng ta, kể cả nước mưa, đều chứa những hợp chất hóa học mà các nhà khoa học gọi là "muối". Dù vậy, không phải loại nước nào cũng có vị mặn. Tất cả chúng ta đều biết rằng nước biển thì luôn có vị mặn trong khi nước mưa, nước ở ao hồ, sông suối thì không. Vậy có bao giờ bạn tự hỏi tại sao lại có sự khác nhau như vậy?

Hãy dùng một thí nghiệm nho nhỏ để xem nước biển mặn đến mức độ nào. Hãy lấy một cốc nước lọc bình thường, dĩ nhiên là bạn có thể uống cốc nước một cách ngon lành. Giờ hãy cho thêm vào đó một ít muối, bạn bắt đầu cảm thấy vị mặn những có thể vẫn uống được một ít do độ mặn chưa đạt đến ngưỡng chịu đựng của bạn. Giờ hãy tiếp tục cho thêm thật nhiều muối vào và chắc chắn ly nước bây giờ đã không thể nào uống được nữa.

Vị giác của bạn sẽ kịch liệt phản đối với bạn rằng ly nước này quá mặn để uống. Nước biển cũng tương tự như vậy, con người không thể nào uống được. Nước biển hoàn toàn đối lập với nước lọc mà chúng ta vẫn dùng hàng ngày. Nó có chứa rất nhiều loại hợp chất hòa tan bên trong và cơ thể con người không thể nào chấp nhận được.

Nước biển hoàn toàn đối lập với nước lọc mà chúng ta vẫn dùng hàng ngày.

Vậy nước biển mặn đến mức nào? Một vài nhà hóa học đã ước tính rằng các đại dương trên Trái đất có chứa hơn 50 triệu tỷ tấn chất hòa tan. Nếu muối trong nước biển có thể được tách ra và mang lên mặt đất, nó sẽ tạo ra một lớp dày tới 152 mét trải đều khắp các lục địa. Chiều cao này tương đương với một tòa nhà 40 tầng hiện nay.

Hãy thử so sánh lượng muối của nước biển so với lượng muối chứa trong nước tại ao hồ. Trong 28 lít nước biển có chứa khoảng 1kg muối. Trong khi đó, nước tại một hồ nước thông thường chỉ chứa khoảng 4,54 gram muối các loại. Do đó, về mặt tính toán thì chúng ta có thể suy ra rằng, nước biển mặn hơn nước ngọt trong hồ khoảng 220 lần.

Điều trên đã dấy lên một sự tò mò của các nhà khoa học: Tại sao nước ngọt trong sông suối khi chảy ra biển lại có vị mặn? Vậy nguồn gốc của biển và "muối" chứa trong nó từ đâu mà có? Làm cách nào để giải thích nguồn gốc các thành phần hóa học với trữ lượng khổng lồ trong nước biển? Tất cả đều này và các câu hỏi khác có liên quan đều được các nhà khoa học tìm kiếm câu trả lời.

Đại dương (hay biển) trên hành tinh của chúng ta bao gồm: Bắc và Nam Thái Bình Dương, Bắc và Nam Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương, Bắc Băng Dương và vùng biển Nam Cực. Dựa vào các hóa thạch sinh vật cổ đại được tìm thấy dưới đáy biển, các nhà khoa học đã dự đoán rằng đại dương có tuổi vào khoảng hơn 500 triệu năm. Cho đến nay vẫn có nhiều giả thuyết lý giải cho nguồn gốc của đại dương. Dù vậy, vẫn chưa có giả thuyết nào có thể lý giải toàn bộ các khía cạnh của vấn đề.

Nhiều nghiên cứu về Trái đất đồng ý với giả thuyết rằng, cả khí quyển và đại dương đều được tích lũy dần dần từ thời điểm kiến tạo địa chất thông qua quá trình "loại khí" của Trái đất. Theo lý thuyết này, các đại dương được bắt nguồn từ hơi nước và các loại khí khác thoát ra từ mắcma nóng chảy của Trái đất. Sau đó bay lên cao và được làm lạnh thành mây bao phủ bên trên.

Đại dương có tuổi vào khoảng hơn 500 triệu năm.

Sau khi bề mặt Trái đất nguội đi dưới điểm sôi của nước, mưa bắt đầu rơi và rơi liên tục trong nhiều thế kỷ tiếp theo. Sau khi toàn bộ lượng nước rơi xuống, nó bao phủ hầu như toàn bộ bề mặt Trái đất và đại dương nguyên sinh đầu tiên ra đời. Đồng thời, lúc bấy giờ nước cũng được trọng lực giữ lại nên không bị rơi ra khỏi Trái đất.

Nước biển là một hỗn hợp phức tạp của các loại muối khoáng và hợp chất từ xác sinh vật biển bị phân hủy. Hầu hết muối khoáng trên đại dương được tích tụ dần dần. Đây là kết quả từ các quá trình làm nguội mắcma trên vỏ Trái đất bởi phong hóa và xối mòn. Khi núi được hình thành, nước mưa, các dòng suối đã mang các loại khoáng chất từ trên đất liền đổ ra biển và tích tụ dần thành một lượng lớn như ngày nay.

Một số loại muối trong đại dương cũng có nguồn gốc từ trong đá và các trầm tích bên dưới đáy biển. Một nguồn muối khác của đại dương là từ các loại chất rắn và khí thoát ra khỏi vỏ Trái đất bằng các miệng núi lửa. Núi lửa sẽ mang các loại hợp chất bên trong lòng Trái đất thoát ra bên ngoài và tích tụ lại trong đại dương.