Waarom is de zee zout?

Waarom is de zee zout? Het lijkt een eenvoudige vraag, maar het antwoord is helemaal niet zo simpel. In dit artikel geven we eerst een korte algemene uitleg, en daarna gaan we in op de specifieke details. Dit doen we aan de hand van de volgende vragen: hoeveel zout en andere opgeloste stoffen bevat zeewater precies, wat is de samenstelling van regenwater en rivierwater, en hoe komt het dat meren zoet zijn en zeewater zout?

1. Inleiding: waarom is de zee zout?

Voor het overzicht beginnen we met een algemeen principe: de waterkringloop. Regen bevat nauwelijks opgeloste stoffen; het is bijna puur water. Als het op het land valt, spoelt het water via rivieren naar de zee. Door verwering van het landoppervlak bevat het rivierwater al meer opgeloste stoffen, waaronder zouten. Dat komt in zee terecht. Doordat vervolgens weer zeewater verdampt en de zouten achterblijven, wordt de zee steeds zouter. Iedere stap bespreken we hieronder in meer detail, met als laatste de hamvraag: waarom is de zee zout?

2. Waarom is regenwater niet zout?

Regenwater ontstaat doordat vocht op het aardoppervlak onder invloed van de warmte van de zon (al of niet direct) verdampt, hoog in de atmosfeer condenseert in druppeltjes en weer terugvalt op aarde. Als water verdampt, blijven bijna alle stoffen die in water zijn opgelost achter. De waterdamp is dan bijna enkel water. In de atmosfeer lossen er meestal weer enkele andere stoffen in het water op (met name bijvoorbeeld zwaveldioxide en koolstofdioxide, die voor zure regen zorgen), maar dit is nog altijd verwaarloosbaar weinig ten opzichte van rivier- en zeewater (zie voor een vergelijking de tabel onder punt 4).

Dit proces kun je bijvoorbeeld goed waarnemen bij alle keukenapparaten waarin water wordt gekookt, zoals een koffiezetapparaat of een waterkoker. Kalk, één van de belangrijkste opgeloste stoffen in kraanwater, verdampt niet mee en hoopt zich dus na verloop van tijd op. Dat zorgt dan weer voor ketelsteen en dan moet je ontkalken, terwijl het kraanwater helemaal niet zo kalkrijk was.

Een extreem voorbeeld in de natuur zijn de zoutvlakten in bijvoorbeeld Utah en Nevada in de VS. Dat zijn drooggevallen meren, waarvan enkel de vaste stoffen (voornamelijk zout) over zijn gebleven.

3. Wat is verwering en waarom bevat rivierwater meer opgeloste stoffen dan regenwater?

Rivierwater is bij lange na niet zo zout als zeewater, maar het bevat wel meer opgeloste stoffen dan regenwater (zie de tabel onder punt 4). De reden hiervoor is verwering. Water dat over rotsen en aarde stroomt, lost de steen stukje bij beetje op en/of slijt ze af. Een overduidelijke illustratie zijn de enorme dalen die grote rivieren in de bergen hebben gevormd. Door dit type erosie bevat dergelijk water dus meer opgeloste stoffen dan het bijna pure regenwater.

Dit is ook goed te zien bij grondwater, dat in de regel veel langzamer stroomt en dus langer op rotsen kan inwerken. Grondwater bevat daarom veel meer opgeloste stoffen dan regenwater; denk bijvoorbeeld aan minerale bronnen.

4. Wat is de samenstelling van zeewater, regenwater en rivierwater?

Tabel 1: samenstelling regenwater, rivierwater, grondwater en zeewater ( in milligram per liter)

N.B.: behalve silica zijn alle genoemde stoffen ionen.

Een paar opmerkingen bij de bovenstaande tabel: de verbindingen van calcium en in mindere mate magnesium noemen we meestal kalk; natriumchloride is zout en silica is het hoofdbestanddeel van zand. Wat dus opvalt is dat rivier- en vooral grondwater erg kalkrijk zijn, en zeewater vooral rijk is aan zout. Iedere liter zeewater bevat zo’n 30 gram zout. Dat zou betekenen dat je met al het zout in alle zeeën en oceanen de wereld onder een zoutlaag van meer dan 40 meter kunt bedekken.

Overigens hebben we heel veel opgeloste stoffen weggelaten, omdat het zeewater daar slechts sporen van bevat. Zo bevatten alle oceanen samen immense hoeveelheden goud, maar de concentratie is zo laag dat dit niet commercieel te winnen is (zoals de Duitsers na de Eerste Wereldoorlog ontdekten in een poging de herstelbetalingen uit zeewater te vergaren).

5. Waarom is zeewater zout?

Het algemene model onder punt 1 is dus niet afdoende om de samenstelling van zeewater te verklaren, want anders zou men verwachten dat zeewater bovenal kalkrijk zou zijn, en niet zozeer zout. Het zeeleven speelt hierin een belangrijke rol. Schelpen en koraal bestaan voornamelijk uit calciumzouten en andere kalkverbindingen. Ook schaaldieren gebruiken het in belangrijke mate. Diatomeeën of kiezelwieren, een belangrijke planktonsoort, hebben een extern skelet dat voornamelijk uit silica bestaat. En bepaalde zeeorganismen hopen ook sporenelementen in zich op, zoals bijvoorbeeld zeekreeften, die kobalt en koper concentreren in hun lichamen.

Verder slaan sommige onoplosbare of slecht oplosbare stoffen neer op de zeebodem. Bij met name natrium is echter geen van beide het geval; het is prima oplosbaar en er bestaat niet één bekend biologisch proces dat het uit zeewater verwijdert. Het zeewater blijft dus zout, terwijl de concentraties van de meeste andere stoffen enkel afnemen.

Ten slotte is ook de verbinding van rivierwater naar zeewater niet direct te maken. Onder meer onderzeese vulkanische bronnen dragen ook bij aan de minerale samenstelling van zeewater en aan de mate waarin zeewater zout is.

6. Waarom zijn meren niet zout? En wordt zeewater steeds zouter?

Deze twee ogenschijnlijk losse vragen kennen een gemeenschappelijk antwoord. De samenstelling van zeewater varieert op de menselijke tijdschaal zo weinig dat sommigen zelfs van mening zijn dat er een evenwicht is. Dat komt omdat de oceanen al 500 miljoen jaar geleden werden gevormd, en de zoutconcentratie zich over die schier oneindig lange tijdschaal heeft kunnen opbouwen.

De meeste meren zijn echter relatief jong en mogen bovendien niet worden beschouwd als een afvoerput, omdat de verhouding van het volume van instromend water ten opzichte van het totale volume veel groter is dan bij de oceanen.

Het is dan ook eigenlijk niet waar dat er enkel zoetwatermeren bestaan. De Dode Zee is eigenlijk een meer, net als bepaalde superzoute meren in onder meer de Verenigde Staten, Afrika en Antarctica, waarbij de verdamping groter is dan de toevoer van vers, zoet water.

7. Conclusie: waarom is de zee zout?

Zeewater is zout omdat door de waterkringloop stoffen van het land in de zee spoelen. De processen die deze stoffen van het land wegspoelen zijn verwering en andere vormen van erosie. Vervolgens bepalen voornamelijk biologische processen de precieze samenstelling van zeewater. Het kalkrijke rivierwater wordt zo van de meeste kalk ontdaan, zodat vooral zout in het zeewater overblijft. De samenstelling van zeewater is op de menselijke tijdschaal nagenoeg constant.