Pourquoi la mer est-elle salée ?

Considérons d'abord le cas des cations. La mer contient 10 g/L de Na, 1,2 g/L de Mg, et 0,4 g/L de Ca et de K. Les fleuves ont une concentration moyenne de 1 mg/L de chacun de ces 4 cations (ce qui fait que l'on peut dire que l'eau des fleuves est 1.000 fois moins concentrée que l'eau de mer).

Les fleuves amènent environ 2 milliards de tonnes/an de cations à la mer. Ces cations proviennent de l'altération des silicates contenant Na, Ca, Mg, K (plagioclase, feldspath potassique, mica et amphibole, pyroxène…).

Un rapide calcul (qui tient compte du volume de la mer, de sa concentration et de l'apport des fleuves) montre qu'en quelques dizaines de millions d'années pour le Na, et quelques millions d'années pour les autres cations, les fleuves amènent à la mer la totalité des cations qui s'y trouvent actuellement.

Comme les fleuves coulent depuis au moins 4 milliards d'années, la concentration de la mer devrait être énorme ! Si elle ne l'est pas, et si elle est constante au moins depuis le début du primaire (d'après des études sédimentologiques), c'est que l'apport des fleuves est compensé par un départ équivalent de cations.

Pas par l'évaporation de la mer (qui exporte de l'eau "distillée") et très peu par les embruns... Beaucoup pensent à la vie : une algue absorbe du magnésium Mg pour fabriquer ses molécules de chlorophylle et les poissons absorbent du potassium K pour leur métabolisme. Mais outre le fait que ces phénomènes sont négligeables, les êtres vivants rendent à l'océan Mg et K au moment de leur mort, en se décomposant.

Le calcium, Ca²⁺, apporté par les fleuves se trouve piégé efficacement dans les calcaires. Le potassium, K⁺, apporté par les fleuves est adsorbé par les argiles sédimentant en abondance dans la mer.

Quant à Mg²⁺ et Na⁺, ils sont piégés au niveau des dorsales. Ici, 3.10¹² tonnes/an d'eau pénètrent dans la lithosphère par les fissures ouvertes, et ressortent par des fumeurs noirs : c'est l'hydrothermalisme océanique. Dans son cheminement dans les fractures de la lithosphère chaude, il y a échange de Mg²⁺ et de Na⁺ entre l'eau de mer et les roches de la croûte océanique. La serpentinisation et l'argilisation des pyroxènes et des olivines retiennent le Mg de la mer (la serpentine et les argiles magnésiennes sont plus riches en Mg que l'olivine et les pyroxènes).

Il y a également substitution de Ca par Na lors de l'altération des plagioclases (plagioclase calcique + ion Na⁺ → plagioclase sodique + ion Ca²⁺). On appelle ce phénomène l'albitisation des plagioclases. Pour se rendre compte de ces échanges, il suffit de comparer les teneurs moyennes en ppm dans l'eau de mer et dans les sources hydrothermales sous-marines.

Une dorsale est donc une véritable pompe à Mg et à Na. Le piégeage du Ca et K par les calcaires et argiles étant très "efficace", la concentration de la mer est faible pour ces 2 ions. Le piégeage du Mg étant moyennement efficace, la concentration de la mer en Mg est moyenne. Pour le Na, dont le piégeage est très peu efficace, sa concentration dans l'eau de mer est y forte.

Les 2 anions principaux de la mer sont Cl^- et HCO₃^-. Le HCO₃^- de l'océan, amené par les fleuve et l'atmosphère, est en échange permanent avec l'atmosphère, les carbonates, la biosphère ... et ce sont ces échanges qui régulent sa teneur dans la mer. En ce qui concerne le Cl^-, on peut pour simplifier dire qu'il ne rentre dans aucun cycle géologique (hormis l'évacuation par les embruns, et par la sédimentation des évaporites, ce que l'on peut négliger quantitativement, en approximation). Contrairement au Ca²⁺, Na⁺, K⁺ ou Mg²⁺, Cl^- n'est quasiment fixé par aucun sédiment, aucune roche... et ne peut que rester dans la mer. À l'opposé, très peu présent dans les roches continentales, les fleuves n'en amènent quasiment pas à la mer.

On pense que le chlore était un des volatils (minoritaires) qui ont composé l'atmosphère primitive avec (CO₂, H₂O et N₂ surtout). Ce chlore s'est dissout dans l'eau de mer dès que celle-ci est devenu liquide, et y est resté depuis cette époque...