1.2. Физико-химические параметры морской водной среды

Большинство химических соединений, которые содержатся в морской воде, определяются только в лабораторных условиях на специальных установках. Тем не менее, существуют надежные инструментальные методы и средства определения содержания хлорофилла, растворённых органических веществ, мутности, концентраций растворенного кислорода, водородного показателя (рН), окислительно-восстановительного (редокс - REDOX) потенциала (Eh), микроэлементов и групп биогенных веществ с достаточной точностью и быстродействием.

1.2.1. Солёность ??

1.2.2. Растворенный кислород

Из всех газов, растворенных в морских водах, наибольший интерес представляет кислород, так как с ним связана интенсивность химических и особенно биохимических процессов, а, следовательно, и развития жизни. Проникая через всю водную толщу, он создает высокий окислительный потенциал раствора морской воды, определяя активность окислительно-восстановительных процессов в водах и донных отложениях.

   Несмотря на активный обмен газов между атмосферой и океаносферой, в каждой среде сохраняется постоянство соотношения кислорода и азота. Если в атмосфере азота (по объему) в 4 раза больше, чем кислорода, то в океане - только в 2 раза. Такое различие объясняется тем, что в воде растворимость кислорода больше, чем азота.

   Насыщение вод газами находится в большой зависимости от температуры. Однако при этом остается постоянным соотношение между основными газами. Так, при 25° в воде может раствориться до 4,9 см³/л кислорода и 9,1 см³/л азота, при 15° соответственно - 5,8 и 10,6 см³/л, при 5° - 7,1 и 12,7 см³/л.

Растворенный в морской воде кислород заимствуется из атмосферы на контакте воды с воздухом. Он образуется также при фотосинтезе морских растений. С другой стороны, кислород потребляется при дыхании живых организмов и при окислении различных органических (главным образом детрита) и неорганических веществ естественного и антропогенного происхождения. Растворимость кислорода в морской воде зависит от температуры и солености; эта зависимость может быть выражена формулой Якобсона:

V(O₂)=10,062-0,2822·T-0,006144·T²-0,000061·T³-Cl·(0,1073-0,003586·T+0,000055·T²),

(1.19)

где V(O₂) - растворимость кислорода, выраженная в 1 см³ на 1 л морской воды при нормальных температуре и давлении в условиях равновесия воды и воздуха при нормальном давлении; Cl- хлорность; Т- температура воды, °С.

Содержание кислорода в поверхностном слое почти всегда близко к 100%-ному насыщению при данных температуре, солености и давлении. В зоне интенсивного фотосинтеза (в фотическом слое) часто наблюдается значительное пересыщение морской воды кислородом (иногда до 120 - 125% и выше). Его перенос по вертикали осуществляется при конвективном и турбулентном перемешивании, а также при динамическом опускании и подъеме вод. Поэтому, как правило, содержание кислорода в морской воде с глубиной уменьшается. Особенно мало его бывает в глубинных течениях, которые были долго лишены контакта с поверхностью.

В прибрежных водах значительный дефицит кислорода часто связан с их загрязнением органическими веществами (нефтепродуктами, детергентами и др.).

Определение концентрации кислорода в морской воде имеет важное значение при изучении гидрологического и гидрохимического режимов морских акваторий. Растворенный кислород в отобранных пробах морской воды определяют обычно методом Винклера. Применяют также физико-химические методы: электрохимические, газохроматографический, масс-спектрометрический и газометрический. В измерительных комплексах используют датчики гидрооптические, либо полярографические. Они дают возможность непрерывно, автоматически и практически мгновенно регистрировать малейшие изменения концентрации растворенного кислорода.

В различных литературных источниках и технических спецификациях (особенно в зарубежных) на датчики кислорода приводятся их характеристики, выраженные в различных единицах. Такая ситуация иногда может способствовать неправильному выбору оптимального варианта датчика для выполнения определенных задач.

Как правило, абсолютная концентрация растворенного в воде кислорода измеряется в мг/л или мл/л:

1мг/л=1,42903 мл/л. (1.20)

Причем величины его концентрации в природных водах обычно варьируют в пределах от 0 до 24 мг/л, максимальные величины могут быть в период цветения водорослей.

Иногда более удобно выражать концентрацию через моль/л:

1 мл/л=0,04466·10^-3 моль/л. (1.21)

Для расчетов химических и биохимических процессов, протекающих в морской среде, удобно пользоваться содержанием растворенного кислорода, выраженного в микро-грамм-Атомах на литр:

1 μгр-Ат/л = 89,3 мл/л. (1.22)

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах от его нормального содержания, называется степенью насыщения кислородом. Эта величина зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вода, имеющая 100%-ное насыщение кислородом при 20 С, содержит 9,1 мг/л кислорода.

За рубежом часто используют еще два вида единиц измерения концентрации кислорода:

ррm - содержание растворенного кислорода в миллионных частях веса, что соответствует мг/л, так как l л воды (в зависимости от температуры) весит 1000 гр;

ррb - содержание растворенного кислорода в миллиардных частях веса μг/л (микрограмм на литр).