Фізичні властивості морської води - студопедія
Лекція № 2 Тема Хіміко - фізичні властивості
УДК: 656.62.052.4:551.5 (075) Кузнецов Ю.М. к.т.н. доцент,
1. Хімічний склад морської води
2. Фізичні властивості морської води.
3. Колір і прозорість, світіння і цвітіння моря, морське обростання.
Морська вода є дуже розведеним і майже повністю іонізованим розчином. У ній крім твердих речовин. складових за вагою не більше 4%, розчинені гази: азот, кисень, вуглекислий газ і в деяких випадках сірководень (Чорне, Каспійське море).
Морська вода складається з 96,5% прісної води і 3,5% солей, розчинених газів і суспензій. Вважається, що в морській воді в різній концентрації містяться понад 72 елементів таблиці Менделєєва.
За своїм сольовим складом морська вода різко відрізняється від річкової (табл.1)
Таблиця 1 Сольовий склад води
До фізичних властивостей морської води відносяться: солоність, температура щільність, оптичні та акустичні властивості.
Морська вода має гірко-солоним смаком і великим, ніж у прісної води, питомою вагою. Солоний смак морській воді надає хлористий натрій (кухонна сіль), а гіркий - хлористий магній.
Солоністю називається кількість солей в грамах, розчинених в кілограмі морської води. Середня солоність води Світового океану 35г на 1 кг води або 35% О (проміле). В окремих районах в залежності від гідрологічних і кліматичних умов солоність може різко відхилятися від середньої. Солоність Чорного моря біля поверхні состаляет18% О, на глибині> 1км - 22% О. Азовського - 12% Про Середземного 38-39% О. Перської затоки 38-40% О.
Мінімум солоності розташований у високих широтах (на широті 10º-34,72% О), максимум на широті 30 ° -35,56% О.
Встановлено зв'язок між солоністю і відносної електропровідністю морської води:
R15 - відносна електропровідність при температурі 15 о С.
Під відносної електропровідністю розуміється відношення питомої електропровідності проб морської води до питомої електропровідності води, що має солоність 35% О.
На основі залежності (1) сконструйовані суднові солеміри
ГМ-55, ГМ-56, ГМ-65, які визначають солоність води по її відносної електропровідності.
Основними причинами зменшення солоності морської води за рахунок її опріснення є випадання атмосферних опадів і інтенсивні танення льоду у високих широтах. а збільшення її солоності відбувається внаслідок випаровування частинок чистої води з поверхні морів і океанів.
Зміна солоності з глибиною залежить в основному від перемішування водних мас при русі. Істотне збільшення солоності з глибиною відбувається до 1000-5000м. Нижче - коливання солоності малі. Наприклад, в полярних областях, починаючи з глибини 200 м і до дна, солоність не змінюється. У морях величина солоності, як на поверхні, так і на глибині, змінюється в значно більших межах, ніж в океанах.
Температура морської води. Основними факторами, які безперервно змінюють температуру морської води є: сумарна дія прямий і розсіяної сонячної радіації, ефективне випромінювання системи водо- атмосфера, конвекція і випаровування. У прибережній зоні на температуру морської води впливає ще й стік річкових вод.
Підвищенню температури морської води сприяють:
- поглинання морем прямий і розсіяної сонячної радіації,
- випромінювання з більш теплої атмосфери в більш холодний океан.
- конденсація вологи з атмосфери над більш холодним океаном,
- випадання опадів, більш теплих, ніж поверхневі шари океанів.
Зниження температури води відбувається за рахунок:
- випромінювання океану в атмосферу,
- конвекції в атмосфері,
- випадання на поверхню океанів більш холодних опадів.
У східних частинах океану обох півкуль в тропічній зоні ізотерми сходяться до екватора, в західних частинах - відходять від нього. Таке розташування ізотерм пов'язує з режимом поверхневих течій води - зі сходу на захід на північ і на південь - пасатні течії. Тут температура поверхневих вод океану становить в середньому 28 °, на півдні і півночі знижується до 0 на широтах 60º Ю.Ш. і 75 ° С.Ш.
Середня температура океану влітку + 18 °, взимку +10. Температура замерзання морської води при S = 35% Про дорівнює - 1,9 ° С, кипіння 100,53 °.
У північній півкулі температура вище на відповідних висотах. Різниця пояснюється постійним охолоджуючим впливом Антарктики, льоди якої доходять до помірних широт всіх 3 х океанів.
В Атлантичному океані помітний вплив на режим температури показує тепла течія Гольфстрім. в Тихому океані Куро-Сіо.
Зміна температури води з глибиною залежить як від променевої енергії сонця (пряма теплопередача) так і від вертикального перемішування води при штормовий погоді.
Тепло сонячної радіації поширюється на глибину до 100м (глибше темрява), а вітрове перемішування захоплює шари води не більше 200м. Добове коливання температури простежуються до глибини не більше 30м від поверхні, а річні коливання до глибини 350-450м. Нижче температура постійна.
На глибині 3000-4000м температура в різних місцях океанів знаходиться в межах від +2 до -1 °.
Тепловий режим океану істотно впливає на річний хід температури повітря над океаном і материками.
Щільність морської води. Під щільністю розуміється відношення маси речовини до його об'єму, тобто це маса одиниці об'єму.
У океанографії і судноводінні для вирішення практичних завдань використовується відносна щільність d. під якою розуміють відношення маси одиниці об'єму води при температурі t ° С до маси одиниці об'єму дистильованої води при 4 ° С, позначається S.
Відносна плотностьморской води залежить від солоності і температури. При t = 0 ° C, S = 35% Про # 961; = 1.028г / м 3. Щільність зменшується від полюсів до екватора. Найменша щільність в тропіках, там же і найменша солоність.
Для зручності запису застосовують величину умовної щільності
Так, наприклад, якщо по «океанологічних таблиць» відносна щільність морської води d при t = 20 о С і солоності S = 35% О в повному вираженні становить 1,0247781, то умовна щільність в цьому випадку буде мати вигляд 24,7781.
Щільність має велике значення при розрахунку зміни осадки суден у водах різної щільності. Для цього використовується формула:
де # 8710; d - зміна опади,
# 8710; - об'ємне водотоннажність,
# 961; 1 і # 961; 2 - відносні щільності морської води.
У Світовому океані зустрічаються такі характерні зміни відносної щільності морської води і відповідні осадки суден.
1. Вода малої солоності (<5 ‰) летом при температуре> 20 о С, відносна щільність d = 1.0009, характерна для гирла річок. Осадка суден в таких районах найбільша.
2. Вода малої солоності (<5 ‰) осенью при температуре 1-3 о С. Относительная плотность пониженная d = 1,0032, характерно для районов портов в устьях рек. Осадка судов близка к наибольшей.
3. Вода високої солоності (> 30 ‰) і сильно прогріта, d = 1,0217. Такі умови спостерігаються в тропічній і екваторіальній зонах океанів. Осадка суден близька до мінімальної.
4. Вода має високу солоність (> 30 ‰) і низьку температуру (1-3 о С). Відносна щільність максимальна - d = 1,0264. Такі умови зустрічаються у Харцизького узбережжя в осінньо-зимовий період. Осадка суден мінімальна.
5. Вода має солоність менше 20 ‰ і високу температуру близько 20-30 о С.
Відносна щільність близька до середнього значення. Такі умови характерні для Азовського і Чорного морів. Осадка суден середня.
Відомості про щільність води у відкритих морях зняти з карток №19 і№20 2-го тому Морського Атласу або з карт «Атласов океанів».
У портах відомості про фактичну щільності морської води можуть бути отримані на портової гідрометеостанції.
Оптичні властивості морської води відрізняються тим, що морська вода далеко від берегів прозоріша, ніж прісна річкова. Однак, навіть в найбільш чистій океанічній воді тільки 1% світлової енергії проникає нижче 100м. Сонячне світло можна побачити тільки в верхньому 100 метровому шарі океану; понад 97% обсягу Світового океану знаходиться в стані вічної темряви.
У міру занурення в глиб океану сонячне світло швидко зникає, і колір його змінюється від білого до блакитного. Багато з мешканців морського дна пофарбовані в яскраві кольори. Однак вони невидимі при денному освітленні і виявляються тільки при штучному освітленні.
Поглинання світла значно обмежує видимість з підводних човнів. У чистій океанічній води можна отримати виразні фотографії предметів тільки на відстані 5-7м від камери, а на відстані до 10м картина різко погіршується. У багатьох прибережних районах оптичні спостереження практично неможливі.
У 10 метровому шарі морської води спостерігається повне поглинання 100% коротких (ультрафіолетових) і довгих (інфрачервоних) хвиль. Мінімальна поглинання спостерігається поблизу 0,47мкн (вікно прозорості), в блакитній частині спектра, але навіть енергія блакитного світла зменшується вдвічі на глибині 47м.
Акустичні властивості морської води дещо відрізняються від акустичних властивостей прісної води. Так, якщо швидкість звуку в прісній воді в середньому становить при температурі 15 0 С -1462 м / с, то в морській воді -1500м / с. Залежно від тиску, температури і солоності вона змінюється в такий спосіб:
- при збільшенні глибини на 1км на + 11%,
- при збільшенні температури на 1 ° С на + 0,3%,
- при збільшенні солоності на 1% О на + 0,09%.
Для вимірювання глибини використовуються ехолоти. принцип дії яких заснований на вимірюванні часу проходження ультразвукового сигналу від випромінювача до приймача, що позначилась від дна океану.