作為設(shè)想原始海水化學(xué)組成背景的一個重要的想法是由戈德施密特所提倡的“元素的地球化學(xué)平衡”,就是依據(jù)關(guān)于“供給海水的元素量和從海水中除去的量之間的平衡”的研究(北野,1967,1969)。
戈德施密特作了如下的考慮:在地球歷史最初的某個時期,地球表面上一開始有了液態(tài)水,就立即反復(fù)進(jìn)行著由蒸發(fā)、凝聚所構(gòu)成的循環(huán);水對與其接觸的巖石進(jìn)行風(fēng)化,巖石本身變成碎屑巖,而元素溶于水中,這就形成了海水。而且,通過無機化學(xué)的或生物的二次作用,從該海水中生成化學(xué)沉淀物??梢哉J(rèn)為,在整個地球歷史過程中,化學(xué)元素就一直這樣地運動著。這就是:地球歷史上被風(fēng)化的巖石物質(zhì)量=海水中的溶存物質(zhì)量十沉積物的物質(zhì)量即碎屑巖和化學(xué)沉淀物的物質(zhì)量。
已知海水中元素的總量,而且,若被風(fēng)化的原巖為火成巖,則可知有關(guān)火成巖和沉積物中化學(xué)元素的含量。如果我們再進(jìn)一步作一簡單的假定,即能夠推測迄今為止被風(fēng)化的巖石總量、以及由風(fēng)化而產(chǎn)生的碎屑巖的量,此外,如果從海水中沒能生成次生的沉淀物,則海水中所生成的化學(xué)沉淀物以及海水中應(yīng)含的各種化學(xué)元素的量,都能簡單地計算出來。
從該計算結(jié)果可知,就大部分元素而言,從巖石溶出量的大部分都在海中以次生化學(xué)沉淀物的方式被用掉,而在海水中僅僅留下極少部分。但是就某一系列元素(相當(dāng)于海水中的陰離子)Cl,Br,I,F(xiàn),B,S,C和Ar等來說,現(xiàn)在海水中所含有的量,比預(yù)料從巖石中溶出而供給海水的量大得多。海水中的這些元素不只是從巖石溶出而來的,還有另外的來源途徑,不得不認(rèn)為它們的一部分是由地幔通過火山和溫泉的途徑供給海水的。如后所述,海水中溶存的元素看來反復(fù)進(jìn)行著溶存元素→沉積物→成巖→(巖漿巖)這一過程,迄今已近20次,即使算它是反復(fù)進(jìn)行了20次,也很難認(rèn)為上述一系列元素在海水中的溶存量僅是從巖石溶出的。上述元素的平衡本來就應(yīng)該考慮如下:整個地球歷史時期被風(fēng)化的巖石量+通過火山和溫泉從地球內(nèi)部最初逸出地表的物質(zhì)量=海水中的水和溶存物質(zhì)量+沉積物=碎屑巖+化學(xué)沉淀物量+生物物質(zhì)量+大氣中物質(zhì)的量+逸失到地球大氣圈外的物質(zhì)量。
當(dāng)考慮到上述一系列元素構(gòu)成的酸在高溫下都是揮發(fā)性物質(zhì),則以上推論也就容易理解了。
必須注意作為海水主體的水,也屬于這一系列揮發(fā)性物質(zhì)的。水不以氫和氧分存,而以H2O形式存在,茲將現(xiàn)存于地球表層的揮發(fā)性物質(zhì)的元素量列于表4.1(P.J.Branca-zio和A.G.W Cameron,1963;W.W.Rubey,1955)。這些元素在火山之類的1000℃以上高溫狀態(tài)下,以揮發(fā)性化合物的形式,通過巖石間隙而逸出。關(guān)于這些問題容后另述。而且或許可以認(rèn)為,這些揮發(fā)性物質(zhì)即H2O,HCl,Ar逸出的速度,大致都是相等的。按迄今所知,認(rèn)為原始海水鹽分濃度極低,而在地質(zhì)時代中,物質(zhì)從巖石溶出并濃縮了的見解是不正確的。因為相當(dāng)于溶存在海水中的陰離子的元素,無論如何也不能用硅酸鹽巖石的溶解來說明,如認(rèn)為是由揮發(fā)性物質(zhì)向地表供給的,則從宏觀來看,可認(rèn)為涌出到地球表層的水即海水中CI的濃度從最初的原始海水到現(xiàn)在的海水是相等的。