Вода світового океану, її склад, властивості і температура
Вода - найпростіше хімічна сполука водню з киснем, проте океанська вода - універсальний однорідний іонізований розчин, до складу якого входять 75 хімічних елементів. Це тверді мінеральні речовини (солі), гази, а також суспензії органічного та неорганічного походження.
Вола має безліч різних фізичних і хімічних властивостей. Перш за все вони залежать змісту і температури навколишнього середовища. Дамо коротку характеристику деяким з них.
Вода - це розчинник. Оскільки вода є розчинником, можна судити про те, що все води - це газо-сольові розчини різного хімічного складу і різної концентрації.
Солоність океанської, морської і річкової води
Солоність морської води (табл. 1). Концентрація розчинених у воді речовин характеризується солоністю, яка вимірюється в проміле (% о), т. Е. В грамах речовини на 1 кг води.
Хлориди (NaCI, MgCb)
Сполуки азоту, фосфору, кремнію, органічні та інші речовини
Лінії на карті, що з'єднують точки з однаковою солоністю, називають ізогалінамі.
Солоність прісної води (див. Табл. 1) в середньому дорівнює 0,146% о, а морський - в середньому 35% о. Розчинені у воді солі надають їй гірко-солоний смак.
Близько 27 з 35 грамів становить хлористий натрій (кухонна сіль), тому вода солона. Солі магнію надають їй гіркий смак.
Оскільки вода в океанах утворилася з гарячих солоних розчинів земних надр і газів, солоність її була початкової. Є підстави припускати, що на перших етапах формування океану його води по сольовому складу мало відрізнялися від річкових. Відмінності намітилися і стали посилюватися після перетворення гірських порід в результаті їх вивітрювання, а також розвитку біосфери. Сучасний сольовий склад океану, як показують викопні рештки, склався не пізніше протерозою.
Солоність океанських вод - величина не постійна (рис. 1). Вона залежить від клімату (співвідношення опадів і випаровування з поверхні океану), освіти або танення льодів, морських течій, поблизу материків - від припливу прісних річкових вод.
Мал. 1. Залежність солоності вод від широти
У відкритому океані солоність коливається в межах 32- 38%; в окраїнних і Середземному морях коливання її значно більше.
Особливо сильно на солоність вод до глибини 200 м впливає кількість атмосферних опадів і випаровування. Виходячи з цього можна говорити, що солоність морської води схильна до закону зональності.
В екваторіальних і субекваторіальних районах солоність становить 34% с, тому що кількість випадали опадів більше води, витраченої на випаровування. У тропічних і субтропічних широтах - 37 так як опадів мало, а випаровування велике. У помірних широтах - 35% о. Найменша солоність морської води спостерігається в приполярних і полярних областях - всього 32 так як кількість опадів перевищує випаровування.
Морські течії, стік річкових вод і айсберги порушують зональну закономірність солоності. Наприклад, в помірних широтах Північної півкулі солоність вод більше близько західних берегів материків, куди за допомогою течій приносяться більш солоні субтропічні води, менша солоність води - у східних берегів, куди холодні течії приносять менше солону воду.
Сезонне зміна солоності води відбувається в приполярних широтах: восени за рахунок утворення льоду і зменшення сили річкового стоку солоність збільшується, а навесні-влітку за рахунок танення льоду і посилення річкового стоку солоність зменшується. Навколо Гренландії і Антарктиди в літній період солоність стає менше в результаті танення прилеглих айсбергів і льодовиків.
Самий солоний з усіх океанів - Атлантичний океан, найменшу солоність мають води Північного Льодовитого океану (особливо у азіатського узбережжя, поблизу гирла сибірських річок - менше 10% о).
Серед частин океану - морів і заток - максимальна солоність спостерігається в областях, обмежених пустелями, наприклад, в Червоному морі - 42% с, в Перській затоці - 39% с.
Від солоності води залежать її щільність, електропровідність, утворення льоду і багато інших властивостей.
Газовий склад океанської води
Крім різних солей, в водах Світового океану розчинено різні гази: азот, кисень, діоксид вуглецю, сірководень та ін. Як і в атмосфері, в океанських водах переважають кисень і азот, але в дещо інших пропорціях (наприклад, загальна кількість вільного кисню в океані 7480 млрд т, що в 158 разів менше, ніж в атмосфері). Незважаючи на те що гази займають порівняно мало місця в воді, цього достатньо, щоб впливати на органічне життя і різні біологічні процеси.
Добові зміни газового складу води, пов'язані з коливаннями температури, невеликі.
Кількість азоту в морській воді набагато менше, ніж в атмосфері. Цей газ в основному потрапляє в воду з повітря під час розпаду органічних речовин, але також виробляється при диханні морських організмів і їх розкладанні.
У товщі води, в глибоких застійних улоговинах, в результаті життєдіяльності організмів відбувається утворення сірководню, який є отруйним і гальмує біологічну продуктивність вод.
Теплоємність океанських вод
Вода - одне з найбільш теплоємних тел в природі. Теплоємність тільки десяти метрового шару океану в чотири рази більше теплоємності всієї атмосфери, а шар води в 1 см поглинає 94% сонячного тепла, що надходить на її поверхню (рис. 2). Завдяки цій обставині океан повільно нагрівається і повільно віддає тепло. Внаслідок високої теплоємності всі водні об'єкти є потужними акумуляторами тепла. Охолоджуючись, вода поступово віддає своє тепло в атмосферу. Тому Світовий океан виконує функцію терморегулятора нашої планети.
Мал. 2. Залежність теплоємності воли від температури
Найнижчу теплопровідність має лід і особливо сніг. Внаслідок цього лід є запобіжником води на поверхні водойми від переохолодження, а сніг захищає від промерзання грунт, озимі культури.
Теплота випаровування води - 597 кал / г, а теплота плавлення - 79,4 кал / г - ці властивості дуже важливі для живих організмів.
Температура океанських вод
Показник теплового стану океану - температура.
Середня температура океанських вод - 4 ° С.
Незважаючи на те що поверхневий шар океану виконує функції терморегулятора Землі, в свою чергу, температура морських вод залежить від теплового балансу (приходу і витрати тепла). Прихід тепла складається з сонячної радіації. а витрата - з витрат на випаровування води і турбулентний теплообмін з атмосферою. Незважаючи на те що частка тепла, що витрачається на турбулентний теплообмін, не велика, його значення величезне. Саме з його допомогою через атмосферу відбувається планетарне перерозподіл тепла.
Оскільки Світовий океан має теплові взаємозв'язку з атмосферою, температура поверхневих вод, як і температура повітря, залежить від широти місцевості, т. Е. Підпорядкована закону зональності (табл. 2). Зональність виражається в поступовому зменшенні температури води від екватора до полюсів.
У тропічних і помірних широтах температура води в основному залежить від морських течій. Так, завдяки теплим течіям в тропічних широтах на заході океанів температури на 5-7 ° С вище, ніж на сході. Однак в Північній півкулі внаслідок теплих течій на сході океанів температури весь рік позитивні, а на заході через холодних течій вода взимку замерзає. У високих широтах температура під час полярного дня становить близько Про ° С, а під час полярної ночі подольдом - близько -1,5 (-1,7) ° С. Тут на температуру води в основному впливають льодові явища. Восени виділяється теплота, яка пом'якшує температуру повітря і води, а навесні на танення льоду затрачається тепло.
Таблиця 2. Середні річні температури поверхневих вод океанів
Найхолодніший з усіх океанів - Північний Льодовитий, а найтепліший - Тихий океан, гак як основна його площа розташовується в екваторіальній-тропічних широтах (середня річна температура поверхні вод -19,1 ° С).
Ця картина вертикального розподілу температури води в океані порушується в високих широтах, де на глибині 300 800 м простежується шар теплішою і солоної води, що надійшла з помірних широт (табл. 3).
Таблиця 3. Середні величини температури води океану, ° С
Зміна обсягу води при зміні температури
Різке збільшення обсягу води при замерзанні - це своєрідне властивість води. При різкому зниженні температури і її перехід через нульову позначку відбувається різке збільшення обсягу льоду. При збільшенні обсягу лід стає більш легким і спливає на поверхню, стаючи менш щільним. Лід оберігає глибинні шари води від промерзання, так як є поганим провідником тепла. Більш ніж на 10% збільшується обсяг льоду в порівнянні з початковим об'ємом води. При нагріванні відбувається процес, зворотний розширенню, - стиснення.
щільність води
Температура і солоність - головні чинники, що обумовлюють щільність води.
Для морської води чим нижче температура і вище солоність, тим більше щільність води (рис. 3). Так, при солоності 35% о і температурі 0 ° С щільність морської води становить 1,02813 г / см 3 (маса кожного кубометра такої морської води на 28,13 кг більше, ніж відповідного обсягу дистильованої води). Температура морської води найбільшою щільністю +4 ° С, як у прісній, а негативна (-2,47 ° С при солоності 30% з і -3,52 ° С при солоності 35% о
Мал. 3. Зв'язок щільності морської воли з її солоністю і температурою
Завдяки наростання солоності щільність води збільшується від екватора до тропіків, а в результаті зниження температури - від помірних широт до Полярним колам. Взимку відбувається опускання полярних вод і їх рух в придонних шарах до екватора, тому глибинні води Світового океану в цілому холодні, але збагачені киснем.
Виявлено залежність щільності води і від тиску (рис. 4).
Мал. 4. Залежність щільності морської воли (Л '= 35% о) від тиску при різних температурах
Здатність води до самоочищення
Це важлива властивість води. В процесі випаровування вода проходить через грунт, який, в свою чергу, є природним фільтром. Однак при порушенні меж забруднення процес самоочищення порушується.
Колір і прозорість залежать від відображення, поглинання і розсіяння сонячного світла, а також від наявності зважених часток органічного та мінерального походження. У відкритій частині колір океану синій, біля узбережжя, там, де багато суспензій, - зеленуватий, жовтий, коричневий.
У відкритій частині океану прозорість води вище, ніж біля узбережжя. У Саргасовому морі прозорість води - до 67 м. В період розвитку планктону прозорість зменшується.
У морях можливо таке явище, як світіння моря (біолюмінесценція). Світяться в морській воді живі організми, що містять фосфор, перш за все такі, як найпростіші (ночесветка і ін.), Бактерії, медузи, черви, риби. Імовірно світіння служить для відлякування хижаків, для пошуків пиши або для залучення осіб протилежної статі в темряві. Світіння допомагає рибальським суднам знаходити косяки риб в морській воді.
Звукопровідність - акустичне властивість води. В океанах виявлений звукорассеівающіх мій і підводний «звуковий канал», що володіє звуковий надпровідність. Звукорассеівающіх шар вночі піднімається, а вдень опускається. Він використовується підводниками, так як гасить шум від двигунів підводних човнів, і рибальськими судами для виявлення косяків риб. «Звуковий
сигнал »застосовується для короткострокового прогнозу хвиль цунамі, в підводному навігації для наддалекої передачі акустичних сигналів.
Електропровідність морської води висока, вона прямо пропорційна солоності і температури.
Природна радіоактивність морських вод мала. Але багато тварин і рослини мають здатність концентрації радіоактивних ізотопів, тому улов морепродуктів піддається перевірці на радіоактивність.
Рухливість - характерна властивість рідкої води. Під дією сили тяжіння, під впливом вітру, тяжіння Місяцем і Сонцем і інших чинників відбувається рух води. При русі вода перемішується, що дозволяє рівномірно розподілятися водам різних солоності, хімічного складу і температури.
