8. Принцип работы современных датчиков температуры воды. Их
преимущества по сравнению с ртутными термометрами.
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 оС.
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.
9. Температура наибольшей плотности. Понятие о температуре замерзания.
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/м3. 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 оС плотность составляет 1000 кг/м3, то в морской воде при той же температуре и солености 35‰ плотность равна 1027,81 кг/м3 (при атмосферном давлении 1013 гПа).
Зависимость температуры замерзания (1) и температуры наибольшей плотности (2) от солености (S)
Хорошо известно, что пресная вода замерзает при температуре около 0 оС, а наибольшую плотность (1000 кг/м3) имеет при температуре 4 оС. 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 оС. 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.
Понятие о температуре замерзания.
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.
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 оС 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.