9.7 Густина і тиск морської води

Морська вода відрізняється від прісної. Її густина збільшується під час зниження температури майже до точки замерзання, а температура замерзання морської води нижча, ніж прісної.

Густиною морської води називають її масу, що вміщується в 1 м³. Густина визначається як відношення маси одиниці об'єму морської води при даній температурі до маси чистої води такого самого об'єму при температурі +4 °С. Густина морської води залежить від температури й солоності однак вирішальне значення має температура. Наприклад, густина морської води при температурі 0 °С і солоності 35 ‰ складає 1,02813. Це означає, що 1 м³ солоної води важить на 28,13 кг більше, як такий самий об’єм дистильованої води.

Розподіл густини в океані залежить від атмосферних опадів, річкового стоку, танення льоду. Ці фактори зменшують густину, а випаровування, утворення льоду - збільшують її. На поверхні океану найменше значення густини (до 1,020) характерні для приекваторіа-льних широт. Із збільшенням широти густина зростає, досягаючи максимальних значень (1,0275) в приарктичних областях. Найбільшу густину (1,028) мають холодні води Норвезького та Ґренландського морів, найменшу - пригирлові акваторії, арктичних морів (1,005-1,010).

З глибиною густина води в океанах збільшується (пряма стратифікація), саме цим забезпечується вертикальна рівновага вод. При порушенні прямої стратифікації виникає конвекція і перемішування шарів. Зворотна стратифікація густини – зменшення густини води з глибиною, явище дуже короткочасне. Спостерігається іноді повна однорідність шарів – нейтральна рівновага.

В екваторіальній зоні найбільш різке зростання густини з глибиною відмічається на нижній межі верхнього опрісненого і найбільш прогрітого шару до глибини 100 - 200 м. У помірних широтах розподіл густини з глибиною рів-

На поверхню океану постійно діє тиск атмосферного повітря, який дорівнює 1,033 кг/см². Такий самий тиск чинить стовп морської води висотою 10,06 м. На кожні 10 м глибини тиск збільшується приблизно на 1 атмосферу. Під дією верхніх шарів вода стискається, хоч і дуже мало. При температурі 0 ˚С і солоності 35 %о коефіцієнт стискання дорівнює 0,0000442. Якби вода не піддавалась стисканню, об'єм води Світового океану збільшився б на 11 000 000 км³, а рівень його піднявся б на 30 м.

9.8 Термічний режим океанів і морів

Світовий океан нагрівається і охолоджується повільно. Основними факторами, які впливають на зміну температури води океанів і морів є:

- надходження тепла від Сонця;

- теплообмін з атмосферою (0,38 млрд Дж/м );

- вертикальний теплообмін (надходження тепла з вище і нижче розміщених шарів води);

- приплив тепла в результаті горизонтального переміщення повітряних і водних мас, або адвекції.

Тепловий баланс моря - це сума тепла, яка надходить у воду або витрачається нею в результаті всіх теплових процесів.

Річний хід температури залежить від співвідношення прибуткової і витратної частини теплового балансу протягом року.

Рівняння теплового балансу:

Q ± Q_еф ± Q_в ± Q_т.т + Q_л + Q_ст + Q_о + Q_адв = ±Q _t, (9.7)

де Q - сумарна сонячна радіація;

Q_еф - тепло, яке надходить або витрачається при ефективному випромінюванні;

Q_в - тепло, яке витрачається на випаровування або надходить при

конденсації;

Q_тт - тепло, яке надходить або віддається під час турбулентного теплообміну з повітрям;

Q_л - тепло на льодоутворення або танення;

Q _ст -тепло вод материкового стоку;

Q _о - тепло атмосферних опадів;

Q _адв - тепло внаслідок теплообміну;

± t – різниця між притоком та витратами тепла.

Середня температура води на поверхні Світового океану - 17,5 °С, Тихого - 19,4°С, Індійського - 17,3°С, Атлантичного - 16,5 °С, а у Північному Льодовитому - мінус 0,8°С. Максимальну температуру на поверхні Світового океану має вода в Перській затоці (35,6 °С) (рис. 9.4).

У північній півкулі температура води на поверхні вища, ніж на відповідних широтах південної півкулі.

Найбільші річні амплітуди (до 3-5° С) спостерігаються біля 40° пн. ш і 30° пд. ш, а найменші - у приекваторіальній зоні до (1° С).

Розподіл температур в морях і океанах. Середня температура води на поверхні Світового океану – 17,5 °С, Тихого – 19,4 °С, Індійського – 17,3 °С, Атлантичного – 16,5 °С, а у Північному Льодовитому - мінус 0,8 °С. Максимальну температуру на поверхні Світового океану має вода в Перській затоці (35,6 °С) (рис. 9.4).

Рисунок 9.4 - Середня річна температура води на поверхні Світового океану (за В.М. Степановим)

У північній півкулі температура води на поверхні вища, ніж на відповідних широтах південної півкулі.

Найбільші річні амплітуди (до 3-5 °С) спостерігаються біля 40° пн. ш і 30° пд. ш, а найменші - у приекваторіальній зоні до (1 °С).

Добовий хід температури води пов’язаний з відповідною зміною надходження сонячної радіації: максимум через 2,5-3 годин після полудня, а мінімум – перед сходом Сонця. Амплітуда добових коливань температур дуже мала – 0,2-0,3°, біля тропіків – 0,3-0,4°.

Найбільш висока температура води на поверхні Світового океану спостерігається в екваторіальному поясі, декілька на північ від екватора. Лінія найвищої температури води (27-28°С) називається термічним екватором.

Загальний зональний розподіл температури порушується течіями, річками та льодом. З глибиною температура води в океанах і морях знижується. Тому, глибинні води Світового океану мають температуру значно нижчу ніж поверхневі, за винятком полярних областей і районів океанів, де існує приплив глибинних вод ззовні.

В реальному розподілі температури води в товщі вод океану виділяють кілька типів (табл. 9.2).

Сезонні коливання температури охоплюють тільки тонкий поверхневий шар (зазвичай не більше 200-400 м). Нижче розташовуються відносно холодні води з температурою від –1 до + 2 °С.

Таблиця 9.2 - Середньорічні значення температури води за кліматичними типами

Кліматичний тип	Глибина, м
	0	100	200	500	1 000	3 000	5000
Екваторіально-тропічний	26,6	19,5	13,0	8,1	4,93	2,00	1,6
Тропічний	26,06	23,48	18,06	8,82	4,62	1,87	1,51
Субтропічний	20,3	17,15	14,87	10,0	4,93	2,0	1,55
Субполярний	8,2	5,76	4,83	3,56	2,77	1,40	0,86
Полярний	1,7	0,55	1,29	1,83	1,55	0,44	0,57

Між верхнім шаром перемішування з найбільш високою температурою і глибинною холодною водою лежить шар скачка температури, шар з найбільшими вертикальними градієнтами. Шари скачка створюються переважно сезонним літнім прогрівом поверхневого шару. Шар найбільших градієнтів температури називається головним термоклином. Сезонні коливання температури в морях зростають із віддаленням від океану. Так, у Чорному морі різниця літньої і зимової температури становить 14-20⁰ С, в Азовському – 25-28 °С.

Надходження води з більш глибоких шарів до поверхні моря – дуже поширене явище у Світовому океані. Воно називається апвелінгом. В районах апвелінгу утворюються області зниженої температури на поверхні – від’ємні температурні аномалії, в яких температура води нижче, причому інколи на декілька градусів, ніж середня температура на цій широті. Аномалії пов’язані також і з районами притоку більш холодних вод (із більш високих широт у більш низькі). Райони апвелінгу існують біля західних берегів материків: Перуансько-Чилійський - біля Південної Америки, Каліфорнійський – біля Північної Америки, Бенгальський – біля Південно-Західної Африки, Канарський – біля Західної Африки.

Існують аномалії й позитивні. У таких районах температура води вище середньої для тієї же широти. Позитивні аномалії пов'язані з припливом теплих вод, що приносять теплі течії із низьких широт в більш високі. Найбільш значні аномалії температури в районі Гольфстріму в Атлантичному океані, Куросіо – у Тихому, Шпіцбергена – у Північному Льодовитому. Аномалії мають відносне, а не абсолютне значення. Так, тепла аномалія біля Шпіцбергена (біля 80° пн. ш.) має температуру 3 °С, а холодна біля берегів Перу (біля 5°пд. ш.) – 22-24 °С. Температура води на поверхні океанів і морів вимірюється звичайним ртутним термометром або дистанційними термографами, які безперервно фіксують температуру води в будь-якій точці. Для вимірювання температури води на глибинах використовують глибоководні (перекидні) термометри. Ці термометри вставляють у спеціальну рамку й опускають на задану глибину, де тримають 5-7 хв., а потім посилають по тросу важок і перекидають їх, ртуть при цьому розривається. Висота розриву відповідає заміряній температурі, яка відлічується по шкалі термометра.