Geochemia oceaniczna a bioaktywność mikroelementów w wodzie głębinowej

Geochemia oceaniczna to nauka, która wyjaśnia między innymi unikalny skład wód głębinowych względem powierzchniowych i słodkich. W głębinach oceanu zachodzą złożone procesy kształtujące skład wody morskiej, w tym profil mikroelementów i pierwiastków śladowych oraz ich bioaktywność. Forma jonowa elektrolitów i stabilność minerałów w wodzie morskiej zwiększają ich przyswajalność i pozytywnie wpływają na zdrowotność wody pozyskiwanej z oceanu. Dowiedz się, jak procesy geochemiczne wpływają na związki chemiczne obecne w wodzie, determinując ich skład i przyswajalność.

Czym jest geochemia oceaniczna?

Geochemia oceaniczna to dziedzina nauki zajmująca się składem chemicznym wody morskiej oraz procesami zachodzącymi w oceanach. Obszar ten obejmuje wiele zagadnień, m.in. interakcje między wodą morską a atmosferą, procesy zachodzące w dnie morskim, cykle biochemiczne oraz wpływ organizmów zamieszkujących oceany. 

Geochemia oceaniczna zajmuje się także obiegiem pierwiastków w środowisku morskim, z naciskiem na związki węgla, azotu czy fosforu. Bada również zawartość w wodzie morskiej mikroelementów oraz pierwiastków śladowych, składników odżywczych i gazów¹. Nauka ta ściśle wiąże się z takimi dziedzinami, jak: oceanografia, geologia, biologia, biochemia czy nauki o atmosferze.
W kontekście planktonowej wody morskiej BioOceanica należy podkreślić wpływ procesów geochemicznych na niezwykle bogaty skład pierwiastkowy, ale też na formę minerałów i składników odżywczych w niej zawartych. Koncentrat minerałów morskich BioOceanica w wersji Plasma zawiera nawet do 92 pierwiastków, w tym śladowych, we względnie stabilnych ilościach i łatwo przyswajalnej postaci².

Geochemia oceaniczna jako determinanta składu wody

Geochemia oceaniczna bada sposoby, w jakie różne procesy oddziałują na skład wody i mechanizmy w niej zachodzące. Przedmiotem zainteresowania ekspertów w tej dziedzinie są w szczególności:

• globalne cykle biogeochemiczne,
• cyrkulacja wód oceanicznych i prądy morskie,
• zanieczyszczenia antropogeniczne,
• zmiany klimatu,
• tektonika płyt,
• ekspansja dna oceanicznego (ang. spreading),
• procesy metamorfizmu (przebudowy skał),
• występowanie zmętnień wody i osadów dennych,
• skład atmosfery,
• deoksydacja i zakwaszanie oceanów³.

Wszystkie te procesy odgrywają ogromną rolę w przemianach systemów oceanicznych, a tym samym – wpływają na skład wody morskiej. Przykładowo, w planktonowej wodzie morskiej BioOceanica pozyskiwanej z rejonu Cabo de Gata znajduje się nawet o 34% więcej magnezu i o 30% więcej wapnia niż w innych wodach morskich. Można to zawdzięczyć specyfice geochemicznej regionu, ukształtowaniu dna morskiego i podwodnym wulkanom⁴.

Dlaczego wody głębinowe różnią się od powierzchniowych?

Wody głębinowe różnią się od wód powierzchniowych pod względem składu chemicznego, właściwości fizykochemicznych oraz procesów biogeochemicznych, które je kształtują. Różnice te wynikają z unikalnych warunków panujących w głębokim oceanie, globalnej cyrkulacji oraz długotrwałych procesów hydrotermalnych i geochemicznych. Dzięki temu wody morskie zawierają charakterystyczny zestaw pierwiastków śladowych i makroelementów, których proporcje znacząco odbiegają od tych obserwowanych w warstwach powierzchniowych.

W głębokich wodach występują znacznie podwyższone stężenia składników odżywczych: azotanów, fosforanów, krzemianów czy amonu, a także pierwiastki śladowe czy związki uwalniane ze skał i transportowane przez procesy cyrkulacji. Globalna cyrkulacja powoduje, że skład wody głębinowej jest stabilny i globalnie uśredniony. Na wody słodkie duży wpływ ma natomiast geologia lokalna czy pogoda.

Skąd więcej minerałów i mikroelementów w głębinach? 

W wodach śródlądowych stężenie rozpuszczonej materii organicznej (DOM, dissolved organic matter) jest zwykle wysokie, ponieważ dopływa ona do zbiorników wraz ze spływami powierzchniowymi, wodami gruntowymi czy opadami. Sytuacja wygląda inaczej, jeśli chodzi o oceany. W warstwie powierzchniowej DOM jest stosunkowo niewiele, gdyż jest szybko wykorzystywana i rozkładana przez fitoplankton oraz mikroorganizmy.

W głębokich wodach morskich obserwuje się natomiast podwyższone stężenia wielu składników odżywczych i mikroelementów. Wynika to z zachodzącej tam remineralizacji. Bakterie rozkładają opadającą materię organiczną i uwalniają związane w niej pierwiastki z powrotem do wody. Prowadzi to do ich stopniowej akumulacji w głębinach. W powierzchniowych wodach są one natomiast intensywnie wykorzystywane przez fitoplankton, co prowadzi do ich deficytu⁵.

Co to oznacza w praktyce? Przede wszystkim to, że w głębinach woda jest dużo bogatsza w składniki mineralne i odżywcze, a ich skład jest stabilny, co ułatwia standaryzację produkcji wody morskiej. Dzięki zjawisku upwellingu w odpowiednich rejonach – jak Cabo de Gata – możliwe jest pobieranie wody o profilu zbliżonym do głębinowego z mniejszych głębokości. W przypadku BioOceanica jest to 38 m, co pozwala na zachowanie bioaktywności wody powierzchniowej przy zyskaniu bogactwa wody z głębin.

Charakterystyka wód głębinowych

Oceany gromadzą około 97% zasobów wody na Ziemi. Zawierają ok. 3,5% soli i średnio ponad 70-80 różnych pierwiastków (a nawet wszystkie 92 pierwiastki), często w śladowych ilościach. W składzie wody morskiej dominują związki chloru, sodu, magnezu, siarki, wapnia oraz potasu. Pierwiastki śladowe wykazują różne stężenia. Mogą one być:

• obecne w podobnym stężeniu w każdym basenie,
• wykazywać różnice stężeń pomiędzy Pacyfikiem a Atlantykiem (na skutek  globalnej cyrkulacji oceanicznej),
• występować w większych stężeniach, im bliżej do powierzchni wody, 
• występować w większych stężeniach, im bliżej dna oceanu⁶.

Woda morska przeznaczona do spożycia jako DSW jest zazwyczaj pobierana z głębokości powyżej 200 m. Na tej głębokości panują specyficzne warunki: 

• stała, niska temperatura (ok. 2-4°C), 
• wysokie ciśnienie, 
• brak światła,
• niska zmienność chemiczna,
• mała ilość zanieczyszczeń, 
• mała ilość mikroorganizmów. 

Ograniczona fotosynteza, niski pobór składników odżywczych przez fitoplankton i procesy remineralizacji na dużych głębokościach skutkują wysoką zawartością pożądanych substancji i minerałów w wodzie⁷. W procesie remineralizacji zyskują one przy tym postać łatwo przyswajalną dla organizmu człowieka.

Choć koncentrat minerałów morskich BioOceanica nie jest typową DSW, zyskuje jej właściwości funkcjonalne poprzez mieszanie wód powierzchniowych z wznoszonymi ku powierzchni masami wody głębinowej. Dzięki temu uzyskujemy coś więcej niż standardową DSW. Zostaje ona wzbogacona o większą ilość pierwiastków i korzystne substancje bioaktywne produkowane przez fitoplankton. Nadaje to wodzie upwellingowej jeszcze większy potencjał zdrowotny.

Procesy geochemiczne wpływające na skład mikroelementów

Skład mikroelementów w wodzie oceanicznej jest rezultatem złożonych procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w kolumnie wodnej. Niektóre pierwiastki (np. selen, chrom) mogą występować w różnych stężeniach zależnie od formy chemicznej, w jakiej są obecne. To z kolei jest zależne od natleniania i temperatury wody oraz ilości materii organicznej. Niektóre z kolei (np. ołów) są zależne od działalności człowieka, a ich rozkład stężeń zmienia się w czasie.

Pierwiastki o charakterze składników odżywczych (azotany, fosforany, a także pierwiastki śladowe, jak cynk) wykazują stopniowy wzrost stężenia od powierzchni ku wodom głębinowym. Wskazuje to na ich udział w biogeochemicznym cyklu pobierania w wodach powierzchniowych i regeneracji w wodach głębokich poprzez remineralizację opadającej materii organicznej przez żyjące tam bakterie.

Inne pierwiastki z kolei, np. kobalt czy glin, mogą wykazywać odwrotną tendencję – wzbogacenie w warstwach powierzchniowych oraz zubożenie w wodach głębokich. Wynika to z silnej reaktywności ich cząsteczek i szybkiego usuwania z kolumny wody wskutek sorpcji na cząstkach mineralnych osadu, tworzenia agregatów z materią organiczną i opadania takich cząstek na dno. Pierwiastki te są często usuwane w procesach filtracji⁸.

Na ostateczny skład wody morskiej wpływ mają również warunki i procesy zachodzące w konkretnym miejscu, w tym działalność człowieka, prądy morskie czy skład skał magmowych skorupy ziemskiej⁹ oraz procesy hydrotermalne¹⁰.

Ciekawym zjawiskiem związanym z cyrkulacją wody jest wspomniany już upwelling. Polega on na wynoszeniu głębokich, zimnych i bogatych w składniki odżywcze wód ku powierzchni oceanu. Pozwala to na odżywienie powierzchniowych warstw i łatwiejsze pobieranie wody o charakterze wody głębinowej – przy czym jest ona w tym przypadku dodatkowo wzbogacona o substancje obecne w wyższych warstwach. Mikroelementy transportowane są także na większe odległości pomiędzy akwenami poprzez dyfuzję i prądy morskie, które wyrównują globalną dystrybucję pierwiastków w wodach oceanicznych. 

Hydrotermalne źródła wulkaniczne a skład wody morskiej

Podwodne wulkany oraz hydrotermalne kominy odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu geochemii oceanicznej, w szczególności wody głębinowej. W miejscach, gdzie gorąca, bogata w minerały woda hydrotermalna miesza się z zimną wodą głębinową, zachodzą procesy, które prowadzą do uwalniania lub transformacji dużych ilości mikroelementów, m.in. magnezu, manganu, żelaza, cynku, miedzi oraz selenu. Mogą być one wymywane ze skorupy oceanicznej, lecz powstają również na skutek kontaktu wody morskiej z rozgrzanym bazaltem czy precypitacji i dyfuzji. 

Aktywne formy mikroelementów są też wytwarzane przez mikroorganizmy. W hydrotermalnych kominach i podobnych środowiskach liczne żyjące tam bakterie ekstremofilne pozyskują energię poprzez chemoautotrofię, czyli wykorzystanie związków chemicznych uwalnianych z kominów hydrotermalnych (jak: siarka i jej związki, wodór, żelazo, mangan czy metan). Bakterie chemoautotroficzne tworzą unikalne ekosystemy z wieloma typami metabolizmu. Najczęściej przeprowadzają reakcje oksydacji czy redukcji siarki, żelaza, metanu czy azotu, które przekształcają w ten sposób w lepiej przyswajalne formy. Możliwe jest również tworzenie organicznych związków węgla (węglowodanów, kwasów tłuszczowych czy aminokwasów) z CO₂. W głębinowych środowiskach hydrotermalnych powstają także inne związki o wysokiej aktywności biologicznej, jak przeciwutleniacze czy substancje chelatujące metale ciężkie¹¹.

Duże znaczenie dla składu wody głębinowej ma także proces spreadingu dna morskiego. Na skutek rozsuwania się płyt tektonicznych tworzą się grzbiety śródoceaniczne, gdzie zachodzi intensywna hydrotermalna wymiana jonowa między wodą morską a gorącymi skałami bazaltowymi. Woda morska wnika w głąb skorupy, ogrzewa się i reaguje z minerałami, co prowadzi do usuwania magnezu z wody morskiej i jego wiązania w skałach oraz uwalniania wapnia ze skał bazaltowych do wody. Zjawiska ekspansji dna oceanicznego i jego szybkość mają znaczący wpływ na stosunek magnezu do wapnia w wodzie morskiej¹².

Bioaktywność mikroelementów obecnych w wodzie głębinowej

Wody głębinowe charakteryzują się stabilnym, chłodnym i słabo utlenionym środowiskiem. Sprzyja ono obecności mikroelementów w formach jonowych oraz kompleksach chemicznych o wysokiej biodostępności. 

Przykładem są przyswajalne formy makroelementów niezbędnych dla funkcjonowania człowieka: Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺ i Na⁺, które w wodzie morskiej występują właśnie w postaci jonowej – najłatwiej przyswajalnej przez komórki. Jony te są kluczowe dla utrzymania równowagi elektrolitowej i przebiegu wielu procesów fizjologicznych dotyczących przewodnictwa nerwowego, kurczliwości mięśni czy funkcjonowania układu krążenia. Są one także kofaktorami dla wielu enzymów biorących udział w procesach metabolicznych – szczególną rolę odgrywa tu magnez¹³.

Inne pierwiastki, szczególnie mikroelementy w postaci metali śladowych, mogą tworzyć kompleksy z ligandami. Stabilizują one te pierwiastki, chroniąc przed sorpcją i wytrącaniem, a także zwiększają ich rozpuszczalność i przyswajalność, ułatwiając transport przez błony komórkowe¹⁴. W formie kompleksów często występują: żelazo, kobalt, miedź czy selen. W zimnych, słabo utlenionych wodach głębinowych stabilne są również rozpuszczone, biologicznie aktywne formy jonowe metali, które na powierzchni szybko ulegałyby utlenieniu lub przekształceniu, m.in.: Fe²⁺, Co²⁺, Se(-II) i Se(IV), Mn²⁺.

Kluczowym procesem w głębinach jest wspomniana już remineralizacja, czyli mikrobiologiczny rozkład materii organicznej. Bakterie głębinowe przetwarzają cząstki opadające z powierzchni i uwalniają łatwo przyswajalne, jonowe formy wielu pierwiastków, m.in.: azotanów (NO₃⁻), fosforanów (PO₄³⁻), siarczanów (SO₄²⁻), Zn²⁺, Cd²⁺, Ba²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺ i innych biologicznie aktywnych form składników mineralnych¹⁵.

Jakie ma to znaczenie w praktyce? Planktonowa woda morska BioOceanica zawiera właśnie takie pierwiastki – w formie najlepiej przyswajalnej przez organizm. Choć nie jest pobierana dużych głębokości, drogą upwellingu minerały są wznoszone ku powierzchni, przyczyniając się do produktu mogącego być wygodnym wsparciem podaży elektrolitów w diecie.

Woda głębinowa jako surowiec prozdrowotny

Woda głębinowa budzi rosnące zainteresowanie wśród producentów i konsumentów produktów prozdrowotnych i dietetycznych ze względu na stabilny profil mikroelementów, wysoką czystość oraz obecność jonowych form minerałów o wysokiej biodostępności. Właściwości chemiczne wody morskiej odróżniają ją od wód powierzchniowych i wielu wód mineralnych, czyniąc ją atrakcyjnym surowcem do produkcji żywności funkcjonalnej, suplementów oraz napojów wspierających regenerację i nawadnianie. Woda upwellingowa, taka jak BioOceanica, podziela właściwości wody głębinowej, oferując nawet więcej pierwiastków substancji o dobroczynnym działaniu.

W literaturze opisano szereg potencjalnych korzyści wynikających z regularnej konsumpcji lub stosowania wody głębinowej. Jest to m.in. wspomaganie:

• równowagi wodno-elektrolitowej,
• prawidłowej pracy mięśni i przewodnictwa nerwowego,
• utrzymania prawidłowego poziomu lipidów we krwi,
• kontroli glikemii,
• optymalnego ciśnienia tętniczego,
• redukcji stresu oksydacyjnego i stanów zapalnych,
• regeneracji powysiłkowej,
• funkcji skóry,
• procesów immunologicznych¹⁶.

Kto więc konkretnie może skorzystać z wody morskiej – głębinowej, a w szczególności upwellingowej? Każdy, kto chce uzupełnić poziomy swoich minerałów, wzmocnić organizm i przywrócić jego homeostazę. Konkretne przykłady zastosowania:

• rozcieńczona woda morska to znakomita alternatywa dla gotowych napojów elektrolitowych, szczególnie po wysiłku fizycznym lub przy zwiększonej utracie płynów;
• świetnie uzupełni codzienną dietę o niezbędne mikroelementy – szczególnie, jeśli jest to dieta eliminacyjna lub uboga w rośliny czy produkty pochodzenia morskiego;
• może wspierać osoby narażone na przewlekły stres, który zwiększa zapotrzebowanie na magnez i potas – w dużych ilościach zawarty w wodzie morskiej.

Bezpieczeństwo morskiej wody głębinowej

Wody głębinowe są uznawane za jeden z najczystszych naturalnych zasobów wodnych na Ziemi – zarówno pod względem mikrobiologicznym, jak i chemicznym. Wynika to z warunków panujących na dużych głębokościach oceanu oraz ze specyfiki obiegu wody w tych strefach. 

Głębokość poboru zapewnia niewielką obecność mikroorganizmów patogennych oraz brak zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego. Wody te charakteryzują się stabilnym natlenieniem, niewielką zawartością materii organicznej oraz stałą temperaturą, co minimalizuje ryzyko namnażania bakterii. Ich skład mineralny jest przy tym wyjątkowo stabilny i powtarzalny, zapewniając korzystny stosunek Mg:Ca i obecność mikroelementów typowych dla środowiska morskiego, np. jodu, selenu, litu czy cynku. 

Dla zwiększenia bezpieczeństwa dystrybutorzy wody morskiej poddają ją wielokrotnym procesom mikrofiltracji i badaniom jakościowym. Z tego względu ważne jest, by spożywać wodę morską pochodzącą od zaufanych producentów, posiadającą odpowiednie certyfikaty jakości – tak jak BioOceanica. Mimo, iż nie jest ona typową wodą z głębin, cechuje się niezwykłą czystością. Jest to skutkiem pozyskiwania z obszaru objętego ochroną, a także głębokości i odległości od brzegu, które minimalizują ryzyko ewentualnych zanieczyszczeń. Bezpieczeństwo wody morskiej jest potwierdzone badaniami.

Stabilny i unikalny skład wody oceanicznej jest determinowany w dużej mierze przez geochemiczne procesy zachodzące w jego głębokich warstwach. Istotna jest przede wszystkim remineralizacja, cykle redoks czy wpływ źródeł hydrotermalnych. Mikroelementy występują w tych wodach głównie w łatwo przyswajalnych formach jonowych i kompleksach, co zwiększa ich biodostępność. Dzięki temu wody głębinowe stanowią atrakcyjny surowiec o właściwościach prozdrowotnych stanowiący stabilne, bezpieczne i funkcjonalne źródło wartościowych mikroelementów.

Uwaga! Osoby z chorobami nerek, na dietach niskosodowych, kobiety w ciąży oraz osoby przyjmujące leki wpływające na gospodarkę elektrolitową powinny skonsultować się z lekarzem lub dietetykiem przed regularnym stosowaniem wody morskiej. Pamiętaj, że woda morska powinna być stosowana zgodnie z zaleceniami producenta. Może wspierać funkcje organizmu, ale nie jest produktem medycznym i nie zastąpi leczenia zaleconego przez lekarza.

Bibliografia

1. Pilson, M. E. Q. (2012). An Introduction to the Chemistry of the Sea (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9781139047203 ↩︎
2. Auditoría completa de los análisis químicos del agua de mar de Vizmaraqua ↩︎
3. Pilson, M. E. Q. (2012). An Introduction to the Chemistry of the Sea (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9781139047203 ↩︎
4. Auditoría completa de los análisis químicos del agua de mar de Vizmaraqua ↩︎
5. Hansell, D. A., & Carlson, C. A. (Eds.). (2002). Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. Academic Press ↩︎
6. Nozaki, Y. (2001). Elemental distribution: Overview. In Encyclopedia of Ocean Sciences (pp. 840–845). Academic Press. https://doi.org/10.1006/rwos.2001.0402 ↩︎
7. Nani, S. Z. M., Majid, F. A. A., Jaafar, A. B., Mahdzir, A., & Musa, M. N. (2016). Potential health benefits of deep sea water: A review. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2016, Article 6520475. https://doi.org/10.1155/2016/6520475 ↩︎
8. Nozaki, Y. (2001). Elemental distribution: Overview. In Encyclopedia of Ocean Sciences (pp. 840–845). Academic Press. https://doi.org/10.1006/rwos.2001.0402 ↩︎
9. Li, Y.-H. (1991). Distribution patterns of elements in the ocean: A synthesis. Geochimica et Cosmochimica Acta, 55, 3223–3240 ↩︎
10. German, C. R., & Von Damm, K. L. (2006). Hydrothermal processes. In Treatise on Geochemistry (Vol. 6: The Oceans and Marine Geochemistry). Elsevier ↩︎
11. Sievert, S. M., & Vetriani, C. (2012). Chemoautotrophy at deep-sea vents: Past, present, and future. Oceanography, 25(1), 218–233. https://doi.org/10.5670/oceanog.2012.21 ↩︎
12. Stanley, S. M., & Hardie, L. A. (1999). Hypercalcification: Paleontology links plate tectonics and geochemistry to sedimentology. GSA Today, 9(2), 1–7 ↩︎
13. Nani, S. Z. M., Majid, F. A. A., Jaafar, A. B., Mahdzir, A., & Musa, M. N. (2016). Potential health benefits of deep sea water: A review. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2016, Article 6520475. https://doi.org/10.1155/2016/6520475 ↩︎
14. Nozaki, Y. (2001). Elemental distribution: Overview. In Encyclopedia of Ocean Sciences (pp. 840–845). Academic Press. https://doi.org/10.1006/rwos.2001.0402 ↩︎
15. Hansell, D. A., & Carlson, C. A. (Eds.). (2002). Biogeochemistry of Marine Dissolved Organic Matter. Academic Press ↩︎
16. Nani, S. Z. M., Majid, F. A. A., Jaafar, A. B., Mahdzir, A., & Musa, M. N. (2016). Potential health benefits of deep sea water: A review. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2016, Article 6520475. https://doi.org/10.1155/2016/6520475 ↩︎