М. Г.
Деев
,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Портал одного из залов Океанографического музея в Монако
Предыдущую публикацию см. в № 17
Современный солевой состав морской воды удалось достаточно точно определить после обработки результатов кругосветной британской экспедиции на корвете «Челленджер» (1872-1876 гг.). Тщательный химический анализ 77 проб морской воды, взятых в разных районах Мирового океана, привел к интересным выводам, из которых наиболее важный - о постоянстве солевого состава. Оказалось, что в пробах морской воды разной солености взаимные количественные соотношения основных ионов всегда остаются неизменными.
У многих из этих беспозвоночных было повреждено не только кальцификация, но и рост. 
В водном растворе хлористый водород диссоциирует в ионы водорода и ионы хлорида. Водный раствор называют соляной кислотой или соляной кислотой. Хлориды представляют собой соли соляной кислоты. Они состоят из положительно заряженных ионов металлов или аммония и отрицательно заряженных ионов хлорида. Хлориды могут быть образованы окислительно-восстановительной реакцией соляной кислоты с неблагородными металлами.
Постоянство солевого состава получило название закона Дитмара, по имени английского химика, доказавшего это важное свойство морской воды в 1884 г. Как писал известный советский гидрохимик О.А. Алёкин, «это положение установлено твердо и может считаться главнейшей закономерностью в химии океана, сформулированной следующим образом: в воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между концентрациями главных ионов всегда одинаковы».
Реакция соляной кислоты с магнием. Хлориды также образуются реакцией соляной кислоты с оксидами металлов или реакцией нейтрализации гидроксидами металлов. Хлориды обычно очень растворимы в воде, что приводит к сильным электролитам. Они диссоциируют на ионы металлов и ионы хлорида.
Диссоциация хлорида магния. Важными хлоридами являются хлорид натрия и хлорид калия. Существует много способов производства хлоридов. Важными производственными процессами неорганических хлоридов являются следующие реакции между. Щелочной металл и хлор, элемент и хлористоводородная кислота, оксид металла, углерод и хлор, гидроксид и хлористоводородная кислота, карбонат и хлористоводородная кислота. Обнаружение ионов хлорида можно проводить с помощью реакции осаждения.
Исследования, проведенные в области химии моря к настоящему времени, показывают, что в морской воде растворены все химические элементы, встречающиеся на Земле. При этом 99,9% всех растворенных в океане веществ могут быть составлены из первых 20 элементов таблицы Менделеева. Большинство солей присутствуют в морской воде в виде ионов, незначительная часть соединений находятся в коллоидной или суспензионной форме. К главным ионам принято относить такие, концентрация которых в морской воде превышает 0,001%, а именно: анионы Cl - , SO 4 2- , HCO 3 - , Br - , CO 3 2- , F - и катионы Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , K + и Sr 2+ .
Путем добавления раствора нитрата серебра в хлоридсодержащий раствор могут быть обнаружены ионы хлорида. Ионы серебра взаимодействуют с ионами хлорида с образованием почти нерастворимого белого хлорида серебра, который выпадает из раствора. Ионы бромида и иодидные ионы также могут быть обнаружены раствором серебра нитрата. Только осадки бледно-желтые или насыщенные желтым цветом.
Хлорид натрия в виде каменной соли или хлорида калия в виде сильвина. Большая часть хлоридов растворяется в морской воде и в крупных подземных соляных отложениях, образующихся при испарении вод первобытных океанов. Эти отложения являются основой для добычи или добычи различных хлоридов. Отделяя морскую воду в большом бассейне на побережье, соли получают путем испарения воды, особенно в странах с сильным солнечным излучением.
Для морской воды с соленостью близкой к средней океанской содержание главных ионов представлено в табл. 1. Доля всех остальных растворенных в морской воде элементов пренебрежимо мала, она составляет менее 0,01% от общего количества солей и потому для большинства морских гидрохимических исследований может считаться несущественной.
На сегодняшний день добывается самое большое количество солей. Хлорид натрия из таких источников называют каменной солью. В мелкокристаллическом состоянии наша общая соль. Только небольшая часть экстрагированной каменной соли приправляется для нашей пищи, большая ее часть используется в качестве консерванта для рыб и мясных продуктов.
В химической промышленности хлорид натрия используется в качестве исходного материала для многих химических веществ и продуктов, например. В нем нет никаких заявлений о коррозионной стойкости материала. Все легирующие элементы входят в раствор, за исключением свинца в альфа-фазе смешанного кристалла, т.е. они являются металлографическими, за исключением свинца, который больше не распознается как отдельные элементы.
В открытом океане отношения Na: Cl, K: Cl, SO 4: Cl, Br: Clпрактически представляют собой константы. В отношениях к хлору магния, стронция, фтора и борной кислоты иногда регистрируются небольшие отклонения. Важно отметить, что постоянство солевого состава справедливо только для открытых районов океанов. Оно не соблюдается в устьевых областях крупных рек, а также в морях, имеющих слабый водообмен с океаном и потому заметно опресненных (как Черное и Балтийское), а также полностью изолированных (Каспийское).
В конце затвердевания элементный свинец осаждается на границах зерен и пустотах, образованных сокращением объема. Он представляет собой глобулярные, мелкие серые включения в красноватой альфа-матрице - никель, олово и цинк полностью растворяются в меди - раньше.
Рисунок. Это одна из важнейших предпосылок для недорогой промышленной обработки этих материалов. Они должны быть в состоянии быть разрезаны так быстро и автоматически, насколько это возможно, поскольку цена материала меньше и меньше из-за его стоимости. Они обматывают обрабатывающие инструменты и, следовательно, требуют частого ручного вмешательства операторов станка. Свинец в сплаве не имеет никаких дополнительных функций.
Таблица 1
Количественное содержание главных ионов в морской воде
(при общей концентрации 35,16‰)
Катионы (+) |
Анионы (–) |
||
название |
название |
||
Сульфаты Рисунок 3: Сравнение конструкции литья и куска. Никель добавляется к сплаву для равномерного и тонкого распределения свинца для больших разностей толщины стенки. На данный момент сплав нам неизвестен. По-прежнему необходимо провести расследование, которое предоставит отрасль. Хотя это очень сложно, но допускает окончательную форму компонента, приближающегося к конструкции литья, что требует мало дорогостоящей обработки. Это заметно контрастирует с компонентами из кованых или прессованных заготовок. Аргумент герметичных компонентов в кованых или прессованных деталях отвечает таким же образом путем 100% -ной проверки герметичности отливок. Значимость меди, а также санитария олова, легкость переработки свинца и низкая доля базового цинка привели к тому, что во многих областях жизни обнаружен бронзовый металл. Тесная связь с бронзой - бронзой также упоминается как многослойная бронза - указывает на существенные свойства этого сплава. Особое значение имеет коррозионная стойкость бронзы. Это также приводит к множеству возможных приложений. |
|||
Гидрокарбонаты |
|||
Стронций |
Борная кислота |
||
Более половины всех растворенных в морской воде компонентов, а именно 55%, составляет ион хлора. Учитывая постоянство солевого состава, можно, определив концентрацию хлора (хлорность ) в пробе морской воды, рассчитать затем не только общую концентрацию солей (соленость), но и массовую долю каждого из главных ионов. На этом принципе основан самый распространенный в первой половине прошлого века аргентометрический метод определения солености, названный так, потому что в качестве главного химического реактива в нем применяется раствор азотнокислого серебра. Зависимость между соленостью и содержанием хлора была определена в конце XIX в. специальной комиссией Международной конференции по исследованию морей и выражается уравнением
Благодаря этим выдающимся свойствам материала, использование арматуры варьируется от питьевой воды через агрессивную морскую воду до технологической воды. Аналогичным образом продукты нефтехимии, краски и лаки, а также газы и сжиженные газы пропускаются через компоненты этого материала. Это связано с тем, что арматура практически не подвергается измеримому охрупчиванию даже при таких низких температурах.
Наша кровь - и то, что она сочетает с морской водой
Поэтому материал также используется в основном в качестве материала клапана при сжижении газа. В моей недавней книге несколько примеров показывают одно: много явлений не имеет ни малейшего смысла без предположения об эволюции; альтернативных объяснений не под рукой. Как следует из названия, это доказательство буквально в нашей крови. Кровь, в общем, внеклеточная тканевая жидкость, является жидкостью организма, которой обладают только многоклеточные животные. Простейшие и Венигзеллеры не имеют крови.
S‰ = 0,030 + 1,805Cl‰.
Представленное соотношение часто называют формулой Кнудсена, по имени председателя комиссии. При определении хлорности аргентометрическим методом в итоге получают содержание всех галогенов, присутствующих в морской воде, то есть сумму ионов хлора, брома и йода, но количество хлора в этой сумме составляет 99,9%.
Они могут удалять питательные вещества непосредственно из окружающей воды, а также от отходов, без существенного изменения состава их окружающей среды. Океан - это внеклеточная жидкость, в которой они плавают, и из-за исчезающе малого объема содержимого клеток по отношению к объему океана одна клетка не нуждается в беспокойстве по поводу загрязнения окружающей ее окружающей среды.
Однако в ходе эволюции многоклеточной клетки клетки нового типа организма, лежащие внутри тела, все больше лишались средств к существованию. Они внезапно перестали существовать практически неограниченный объем океана, чтобы избавиться от своих отходов и обеспечить пищей и ионами, но только небольшой промежуток жидкости, который отделял их от соседних клеток. Результирующие проблемы были огромными. Таким образом, среда клеток внутри тела была бы враждебной клоакой, если бы в ходе эволюции было бы невозможно поддерживать условия внешней среды, которые более или менее постоянны в течение миллиардов лет, чем объем внеклеточной жидкости размеров моря мира сократилась до менее половины содержимого ячейки.
Формула Кнудсена и составленные по ней таблицы использовались для определения солености океанологами всего мира более шестидесяти лет, пока в 1963 г. не было предложено новое, более компактное соотношение между соленостью и хлорностью:
S‰ = 1,80655Cl‰.
Аргентометрический метод достаточно прост и, как показывает многолетний опыт, может применяться на любых научных судах. Метод обеспечивает точность до 0,02‰, что отвечает требованиям многих океанологических задач, но не свободен от некоторых недостатков. Во-первых, чтобы определить соленость этим методом, нужно поднять пробу воды на борт судна в гидрохимическую лабораторию, а это технически ограничивает число обрабатываемых образцов. Во-вторых, основной применяемый реактив, азотнокислое серебро, весьма дорогое вещество. Но главное заключается в том, что метод определения солености по хлорности сегодня не отвечает требованиям быстроты, массовости и непрерывности измерений.
Природа решила задачу на несколько сотен миллионов лет. Особый состав нашей крови, а также эффективная система специализированных органов, таких как фильтры крови и концентрация наших почек, являются ответами на проблемы многоклеточной. Но природа может в любой момент работать только с элементами, которые были ранее доступны. Ни одна из клеток, которая породила многоклеточные организмы в ходе эволюции, не смогла смягчить требования в значительной степени согласованной океанической среды, к которой люди адаптировались с самого начала жизни.
В последние десятилетия гидрологические работы в океа-нах и морях приобрели массовый характер, когда число производимых в море измерений выросло в сотни и тысячи раз. Стали широко применяться зондирующие устройства, непрерывно передающие на борт экспедиционного судна регистрируемые параметры морской воды. В современных погружаемых приборах-зондах для определения солености используется электрометрический метод, который основан на способности морской воды проводить электрический ток. Это свойство морской воды определяется тем, что растворенные соли большей частью присутствуют в воде в виде ионов, несущих электрические заряды. По степени концентрации растворенных солей морская вода относится к слабым электролитам. Величина электропроводности изменяется пропорционально изменениям солености.
Выраженный метафорически, он должен был управлять эволюцией, морской водой, в которой последние обыкновенные, низкоэлементные предки сегодняшнего Вейльзеллера росли, как бы беря в себя тело. Некоторые данные о составе нашей крови показывают, насколько невероятно точной. Мы фокусируемся на молярном отношении между биологически важными ионами натрия, калия, кальция и хлорида. Более или менее точно сбалансированное соотношение этих четырех ионов важно для клеток, потому что концентрация этих ионов существенно влияет на электрические свойства клеточных мембран и, следовательно, на их качество фильтра.
Напомним, что электропроводность есть величина обратная электрическому сопротивлению, удельная электропроводность измеряется в сименсах на метр (См/м). Электропроводность морской воды увеличивается при увеличении солености, температуры и (в малой степени) гидростатического давления. Инструментальная точность (ошибка прибора) измерения солености по электропроводности составляет 0,005‰.
Это означает, что каждый из 94 ионов натрия содержит 2 иона калия, 2 иона кальция и 100 ионов хлорида. «Избыток» натрия и хлорида можно объяснить химическим путем тем, что калий и кальций гораздо сильнее связаны в горной породе, чем натрий и хлор, поэтому пропорционально больше хлорида натрия вымывается и транспортируется через реки в океаны.
Как концентрации веществ этих четырех веществ в плазме крови связаны друг с другом? Абсолютные концентрации ионов сравнимы; абсолютные значения для морской воды в три раза выше концентрации ионов в сыворотке крови. Другими словами: вплоть до последней детали состав внеклеточной жидкости нашего тела по-прежнему соответствует составу морской воды!
Введение в практику океанологических измерений нового метода определения солености по электропроводности повлекло за собой разработку шкалы практической солености (ШПС-78), рекомендованной к использованию в 1978 г.Практическая соленость по этой шкале определяется как отношение электропроводности пробы морской воды к электропроводности эталонного раствора хлористого калия, определенное при температуре 15 о С и давлении 1013 гПа.Практическая соленость, таким образом, есть величина безразмерная, и при ее написании знак промилле (‰) опускается. В научной отечественной литературе вместо него обычно используется аббревиатура епс (единицы практической солености), в англоязычных изданиях - psu или PSS-78 .
На первый взгляд этот факт является неожиданным, поскольку конкретная доступность натрия, калия, кальция и хлора в океанах не имеет ничего общего с биологическими требованиями клетки. Условия в морской воде обусловлены только условиями сцепления в силикатных породах и значением рН морской воды. Состав крови не может быть объяснен природой нашей питьевой воды, потому что оба они совершенно разные: в питьевой воде кальций доминирует над натрием и бикарбонатом над хлоридом.
Рисунок 1: Соотношения веществ наиболее важных ионов в морской воде и сыворотке крови. Поскольку почти одинаковые молярные отношения в крови и морской воде не могут быть основаны на совпадении, переписку можно объяснить только тем фактом, что многоклеточные организмы исходят из моря в кембрии. Это яркое доказательство того, что мы буквально взяли морскую воду наших кембрийских предков в интерьер камеры, потому что иначе она не сработала бы. Соответственно, в сыворотке крови встречаются очень похожие концентрации электролита.
Океанографический музей в Монако. В аквариуме содержится одна из богатейших в мире коллекций обитателей глубин . Многие годы руководителем музея был Жак Ив Кусто.
Для большинства районов Мирового океана изменения солености заключены в пределах 33-37‰, средняя соленость составляет 34,72‰. Самый «соленый» океан - Атлантический, средняя соленость в его северной части - 35,06‰, самый «пресный» - Тихий, где в северной части средняя соленость - 34,58‰.
Простейшие и примитивные многоклеточные организмы в принципе могут адаптироваться к различным солям. Например, цианобактерии широко распространены в щелочных соляных озерах. Также у членистоногих иногда встречаются разные концентрации в гемолимфе. Но как только свойства клеточных мембран многоклеточных организмов были адаптированы к условиям солей в морской воде, последующая «корректировка» стандартных значений стала невозможной без дальнейших церемоний. Слишком сложной была сеть многообразия, взаимно влияющая друг на друга механизмами контроля обратной связи, которые позволяют, например, удерживать ионы натрия и в то же время легче устранять ионы калия, помимо влияния концентрации наших почек, влиять на функцию нервных клеток и т.д. неудивительно, что тогда мы уже регистрируем небольшие отклонения в концентрации и в молярном отношении ионов как значительное ухудшение нашего благосостояния.
Распределение солености на поверхности океанов хорошо согласуется с зональным распределением разности (осадки - испарение). В районах преобладания осадков соленость понижена относительно средних величин, а там, где преобладает испарение, - повышена. Наибольшие значения солености наблюдаются в так называемых бассейнах осолонения, где испарение существенно превышает количество атмосферных осадков, что и приводит к повышению солености. Типичные моря этого типа - Средиземное и Красное, в них соленость достигает 38-42‰. В районах впадения крупных рек (Амазонка, Конго, Янцзы, Ориноко и др.), особенно в период половодья, в приповерхностных слоях океанических вод наблюдается сильное опреснение.
Наряду с соленостью одним из главных параметров морской воды является температура, измерение которой производится при любых океанологических исследованиях. Температура есть показатель интенсивности движения молекул вещества, в данном случае молекул воды. Высокоточные измерения температуры необходимы для расчета потоков тепла в океане, процессов перемешивания морских вод, сезонных изменений теплосодержания деятельного слоя и еще многих других важных характеристик.
Температура изображается прописной буквой Т , в океанологии обычно измеряется по стоградусной шкале Цельсия (о С), в некоторых странах употребляется шкала Фаренгейта (о F):
о С = 5/9(о F - 32).
Для отдельных расчетов необходимо, чтобы температура была представлена в абсолютной шкале Кельвина (о К).Напомним, что 1 о К = 1 о С, но в «кельвинах» исчисление идет от абсолютного нуля, равного –273,15 о С. Тогда
Т о К = Т о С + 273,15.
Диапазон изменений температуры океанской воды относительно невелик и в среднем находится в пределах от –2 до 30 о С. Приведенные значения лимитируются, с одной стороны, температурой замерзания, а с другой - теплообменом между океаном и атмосферой. В основной своей массе вода в океане холодная, средняя температура ее составляет 3,73 о С. Воды с температурой выше 20 о С наблюдаются только в экваториальном и тропических поясах, но и там лишь в приповерхностном слое примерно до глубины 200 м. Высокая температура поверхностного слоя с ростом глубины убывает очень быстро и на горизонте 1000 мв среднем составляет 4,2 о С, а в слое от 2000 до 5000 мизменяется соответственно от 2,3 до 1,2 о С
Для измерения температуры морской воды изначально использовался хорошо известный ртутный термометр. Однако океанологам пришлось проявить большую изобретательность, чтобы приспособить его для точного измерения температуры на больших глубинах. Температуру воды на поверхности измерить нетрудно. В простейшем случае зачерпывают воду ведром и, подняв его на палубу, производят измерения. Труднее измерить температуру воды на глубине, так как, пока прибор поднимается на поверхность, он проходит через слои воды с иной температурой, что неопределенным образом искажает его первоначальные показания.
Важным изобретением в этой области стало создание глубоководного опрокидывающегося термометра . Этот прибор принимает температуру воды в месте измерения, после чего переворачивается, столбик ртути в его капилляре отрывается от основного объема и в дальнейшем мало изменяет свои показания в зависимости от окружающей температуры. Дополнительно вмонтированный в прибор вспомогательный термометр позволяет вычислить поправку и получить окончательный результат с точностью до 0,02 градуса. Глубоководные термометры в специальных оправах устанавливаются на батометрах , последние через определенные промежутки (расстояния между горизонтами наблюдений) крепятся к тросу и с помощью гидрологической лебедки опускаются на нужную глубину. Через несколько минут запускается механизм опрокидывания, при котором батометры с пробами воды закрываются, а термометры фиксируют измеренную температуру, после чего вся серия приборов поднимается на палубу.
Таким способом с борта научного судна можно получить до 20-25 значений температуры воды на разных горизонтах, от поверхности до дна и соответствующее число проб воды. Подобные измерения требуют напряженной работы на палубе в течение нескольких часов, а затем еще не меньшее время занимает обработка и оформление первичных данных. В настоящее время данная методика наблюдений уже не удовлетворяет океанологов.
Для замены ртутных термометров в океанологической практике на более современные устройства предложено много конструкций датчиков температуры. Наилучшими показателями (инерционность, точность, стабильность) сегодня обладают металлические термометры сопротивления , принцип работы которых основан на измерении сопротивления морской воды электрическому току. В лучших образцах инструментальная точность этих приборов при измерении температуры воды достигает 0,001 о С.
Стандартный океанологический зонд снабжен датчиками температуры, электропроводности и гидростатического давления (необходимо для определения глубины, на которой производятся измерения). Могут быть добавлены датчики иных характеристик, например, скорости звука, прозрачности, содержания кислорода и др.
Важнейшим параметром морской воды является ее плотность. Малейшие изменения плотности в океане вызывают движение воды, приводя к возникновению вертикальных (конвекция) и горизонтальных (плотностные течения) потоков. Поэтому плотность воды всегда учитывается при любых океанологических расчетах. Количественно эта характеристика представляет массу единичного объема вещества и в системе СИ измеряется вкг/м 3 . В морской воде плотность рассчитывается по температуре и солености, определенным в какой-либо точке тем или иным способом. Плотность морской воды из-за присутствия солей всегда превышает плотность пресной. Так, если в пресной воде при температуре 4 о С плотность составляет 1000 кг/м 3 , то в морской воде при той же температуре и солености 35‰ плотность равна 1027,81 кг/м 3 (при атмосферном давлении 1013 гПа).
В океанологических расчетах величина плотности должна быть известна с точностью не менее 0,01. Плотность воды в океане увеличивается при понижении температуры, возрастании солености, росте гидростатического давления и, соответственно, уменьшается при обратном изменении перечисленных характеристик. Изменения плотности в океанах относительно невелики, и на поверхности ее значения обычно не выходят за пределы интервала 1025-1033 кг/м 3 ,так что первые две цифры в величине плотности воды всегда остаются неизменными. Поэтому в океанологии в большинстве случаев используется условная плотность, иначе называемая аномалией плотности. В физике плотность принято обозначать греческой буквой ρ, условная плотность в океанологии обозначается буквой σ:
Поэтому вместо истинного значения плотности 1027,81 записывается величина условной плотности, равная 27,81.
Большое значение имеет распределение плотности по вертикали. В большинстве случаев плотность с ростом глубины увеличивается, но нередко, особенно в верхних слоях океана, возникает иная картина. В результате интенсивного испарения, сезонного охлаждения, а также в процессе льдообразования происходит осолонение верхнего слоя воды, что приводит к увеличению плотности. При этом более плотная, «тяжелая» поверхностная вода начинает погружаться, а на смену ей поднимается «легкая», менее плотная вода. Возникает плотностная конвекция, приводящая к вертикальному перемешиванию и восстановлению равновесного состояния.
С распределением плотно-сти по вертикали связано понятие устойчивости. Эта характеристика дает представление о поведении некоей частицы, помещенной в наблюдаемый слой воды, а именно: останется ли она в покое, будет ли тонуть или всплывать в зависимости от плотности воды выше и ниже горизонта ее расположения. Если частица не перемещается по вертикали, следовательно, она находится в равновесном положении, ее плотность равна плотности окружающей воды.
Такое состояние обычно называют безразличной стратификацией, во втором случае (частица тонет) налицо неустойчивая стратификация, а в случае всплытия частицы - стратификация устойчивая. Расчет величины устойчивости обычно производится на каждой океанологической станции и дает представление о наличии или отсутствии процесса вертикальной конвекции в данном районе.
Зависимость температуры замерзания (1) и температуры наибольшей плотности (2) от солености (S)
Хорошо известно, что пресная вода замерзает при температуре около 0 о С, а наибольшую плотность (1000 кг/м 3) имеет при температуре 4 о С. Если температура воды выше или ниже этого значения, вода имеет меньшую плотность. Для пресных водоемов средних и высоких широт (в районах сезонного замерзания) это имеет большое значение. При осеннем понижении температуры вертикальная конвекция в них прекращается, когда в глубинных слоях температура всюду опустится до отметки 4 о С. Иначе говоря, бассейн заполнится водой наибольшей плотности. В дальнейшем до точки замерзания будет охлаждаться только тонкий поверхностный слой, который в результате и замерзнет. Глубокие пресноводные бассейны по этой причине никогда не промерзают до дна. Иная картина наблюдается в океане.
Из общего курса физики известно, что точка замерзания есть такая температура, при которой упругости насыщающего пара жидкой (вода) и твердой (лед) фаз одинаковы. В то же время упругость насыщающего пара над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем, а это обстоятельство ведет к понижению точки замерзания раствора. В случае морской воды мы имеем дело со слабым раствором, температура замерзания которого постепенно понижается с ростом концентрации растворенных солей, как это видно из табл. 2.
Одновременно с увеличением солености растет плотность морской воды и понижается температура наибольшей плотности. Если проследить изменение температур замерзания и наибольшей плотности в зависимости от величины солености, то получится картина, изображенная на рисунке. Видно, что графики температур наибольшей плотности и замерзания пересекаются в точке с координатами: температура –1,33 о С и соленость 24,7‰, следовательно, замерзание воды с соленостью выше указанного значения наступает раньше, чем будет достигнута наибольшая плотность.
Для большинства морских водоемов это означает, что возникшая с началом осеннего охлаждения конвекция будет продолжаться непрерывно на протяжении всего холодного сезона, даже после начала льдообразования. Наибольшая плотность морской воды будет иметь разные значения в зависимости от температуры замерзания и солености, при которой началось льдообразование.
Соленость 24,7‰ разграничивает воды соленые , или собственно морские, и так называемые солоноватые , занимающие нишу между пресными и солеными. Отсюда следует, что такие моря, как Азовское, Балтийское, Каспийское, относятся к солоноватым бассейнам и осенне-зимняя конвекция в них протекает по типу пресных водоемов.
Вода обладает еще одним важным свойством, от которого существенно зависят ее физические характеристики и даже некоторые процессы в океане. Речь идет о сжимаемостиморской воды, которая проявляется на глубинах под давлением вышележащих слоев. В привычных для человека условиях атмосферного давления, т.е. на поверхности океана, сжимаемость воды незаметна. Но в глубинах океана давление составляет сотни атмосфер. Так вот, если бы вода была несжимаема, уровень океана поднялся бы на 30 м по сравнению с тем, который мы наблюдаем.
Сжатие воды на большой глубине приводит, таким образом, к уменьшению объема, что вызывает адиабатическое повышение температуры, пропорциональное коэффициенту теплового расширения. Теперь посмотрим, что произойдет, если воду с большой глубины адиабатически (без теплообмена с окружающей средой) поднять на поверхность. Предположим, что с глубины 3938 м, где измерена температура 1,52 о С и определена соленость 34,68‰, вода поднята на поверхность. Ее объем увеличится, что приведет к адиабатическому понижению температуры до 1,2 о С. Такая температура носит название потенциальной.
Каждая морская экспедиция начинается с определения вышеперечисленных характеристик. Средние значения температуры, солености и других параметров уже достаточно хорошо известны, в чем можно убедиться, листая страницы Атласа океанов. Сегодня важно как можно лучше исследовать изменчивость разных параметров - пространственную и временную, понять, какие причины вызывают изменение свойств в океане и как это отражается на всей географической оболочке Земли.
Старый порт Ниццы (Франция)
Батометр – прибор для взятия проб воды из глубинных слоев водоема.
Станция – остановка научного судна в океане для производства океанологических наблюдений.
Адиабатическим называется физический процесс, проходящий без обмена теплом с окружающей средой.
Морская вода отличается от вод суши количественным составом растворенных в ней веществ и поэтому все ее свойства оказываются отличными от свойств пресной воды. Морская вода является слабым раствором и обладает всеми свойствами слабых растворов: пониженной температурой замерзания, повышенной точкой кипения. В морской воде растворены все элементы, встречающиеся на Земле, но некоторые из них находятся в столь малых количествах, что их присутствие обнаруживается только в морских организмах, накапливающих их.
Все вещества, входящие в состав морской воды, подразделяются на пять групп:
Главные ионы, содержащиеся в наибольшем количестве;
Растворенные газы;
Биогенные вещества;
Микроэлементы;
Органические вещества.
Особое место занимают примеси и загрязнения в океане.
Среднее количество растворенных в океане твердых веществ составляет около 3,5 % по весу и лишь в отдельных морях может достигать 4 %. Больше всего в морской виде содержится хлора -1,9 %, т.е. более 50 % всех растворенных в воде твердых веществ. Затем следуют натрий - 1,6 %, магний - 0,13 %, сера - 0,338 %, кальций - 0,04 %. Они представляют главные ионы - вещества, содержащиеся в воде в наибольшем количестве. Они обычно находятся не в чистом виде, а в виде соединений (солей). Основными из них являются:
Хлориды (NаСI, МgСI 2)- 83,7 % всех растворенных в воде твердых веществ. Они обусловливают горько-соленый вкус морской воды;
Сульфаты (МgSO 4 , CaSО 4 , К 2 SО 4) - 10,8 %;
Карбонаты (СаСО 3) - 0,3 %.
Растворенные газы в морской воде образуются за счет обмена с атмосферой, биологической деятельности в воде, речного стока и других процессов. В основном эти газы представлены кислородом, азотом, небольшим количеством сероводорода и двуокисью углерода.
Биогенные вещества имеют особое значение для развития жизни в океане. К ним относятся соединения фосфора, азота и кремния. Значение биогенов в океане аналогично значению азотных и фосфорных удобрений для сельскохозяйственных культур. Накопление биогенных веществ происходит в глубинных слоях и вынос их в верхние слои осуществляется вертикальной циркуляцией вод - подъемом глубинных вод (апвеллинг).
Микроэлементы в воде океана представлены почти все. В наибольших концентрациях находятся литий, рубидий, йод. В наименьших количествах содержится золото. Некоторые организмы способны концентрировать в себе микроэлементы. Например, известны моллюски, которые аккумулируют ванадий, цинк, медь.
Органические вещества непрерывно продуцируются в виде первичной продукции - зеленой массы растений. Одновременно происходит и потребление органического вещества, отмирание и разложение. Биохимический распад остатков организмов, главным образом, планктонных, является источником растворенных органических веществ. В них содержится важнейшие органические соединения - пектиновые, гумусовые, аминокислоты, углеводы, антибиотики и витамины.
В результате химических анализов проб морской воды, собранных в разных частях Мирового океана, явилось установление факта стабильности соотношения между растворенным в морской воде веществами, которое получило название постоянство солевого состава морской воды.
Благодаря этому можно вычислять общую соленость морской воды по содержанию в ней хлора как элемента, содержащегося в наибольшем количестве.
Под соленостью понимается общий вес в граммах всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды. Количественно соленость выражается в граммах на килограмм, т.е. в промилле (‰).
