31. Физико-химические свойства вод Мирового океана. Их географические закономерности.

газы, а также взвеси органического и неорганического происхождения.

Вола обладает множеством различных физических и химических свойств. Прежде всего они зависят оглавления и температуры окружающей среды. Дадим краткую характеристику некоторым из них.

Вода — это растворитель. Поскольку вода является растворителем, можно судить о том, что все воды — это газо-солевые растворы различного химического состава и различной концентрации.

Соленость океанской, морской и речной воды

Соленость морской воды (табл. 1). Концентрация растворенных в воде веществ характеризуется соленостью, которая измеряется в промилле (%о), т. е. в граммах вещества на 1 кг воды.

Линии на карте, соединяющие точки с одинаковой соленостью, называют изогалинами.

Соленость пресной воды (см. табл. 1) в среднем равна 0,146 %о, а морской — в среднем 35 %о. Растворенные в воде соли придают ей горько-соленый вкус.

Около 27 из 35 граммов составляет хлористый натрий (поваренная соль), поэтому вода соленая. Соли магния придают ей горький вкус.

Поскольку вода в океанах образовалась из горячих соленых растворов земных недр и газов, соленость ее была изначальной. Есть основания предполагать, что на первых этапах формирования океана его воды по солевому составу мало отличались от речных. Различия наметились и стали усиливаться после преобразования горных пород в результате их выветривания, а также развития биосферы. Современный солевой состав океана, как показывают ископаемые остатки, сложился не позже протерозоя.

Помимо хлоридов, сульфитов и карбонатов в морской воде обнаружены почти все известные на Земле химические элементы, в том числе и благородные металлы. Однако содержание большинства элементов в морской воле ничтожно, например, золота в кубометре воды выявлено лишь 0,008 мг, а на наличие олова и кобальта указывает их присутствие в крови морских животных и в донных осадках.

Соленость океанских вод — величина не постоянная (рис. 1). Она зависит от климата (соотношения осадков и испарения с поверхности океана), образования или таяния льдов, морских течений, вблизи материков — от притока пресных речных вод.

В открытом океане соленость колеблется в пределах 32- 38%; в окраинных и средиземных морях колебания ее значительно больше.

Особенно сильно на соленость вод до глубины 200 м влияет количество выпадающих атмосферных осадков и испарение. Исходя из этого можно говорить, что соленость морской воды подвержена закону зональности.

В экваториальных и субэкваториальных районах соленость составляет 34 %с, потому что количество выпадавших осадков больше воды, затраченной на испарение. В тропических и субтропических широтах — 37 так как осадков мало, а испарение велико. В умеренных широтах — 35 %о. Наименьшая соленость морской воды наблюдается в приполярных и полярных областях — всего 32 так как количество осадков превышает испарение.

Морские течения, сток речных вод и айсберги нарушают зональную закономерность солености. Например, в умеренных широтах Северного полушария соленость вод больше около западных берегов материков, куда с помощью течений приносятся более соленые субтропические воды, меньшая соленость воды — у восточных берегов, куда холодные течения приносят менее соленую воду.

Сезонное изменение солености воды происходит в приполярных широтах: осенью за счет образования льда и уменьшения силы речного стока соленость увеличивается, а весной-летом за счет таяния льда и усиления речного стока соленость уменьшается. Вокруг Гренландии и Антарктиды в летний период соленость становится меньше в результате таяния близлежащих айсбергов и ледников.

Самый соленый из всех океанов — Атлантический океан, наименьшую соленость имеют воды Северного Ледовитого океана (особенно у азиатского побережья, близ устьев сибирских рек — менее 10 %о).

Среди частей океана — морей и заливов — максимальная соленость наблюдается в областях, ограниченных пустынями, например, в Красном море — 42 %с, в Персидском заливе — 39 %с.

От солености воды зависят ее плотность, электропроводность, образование льда и многие другие свойства.

Газовый состав океанской воды

Кроме различных солей, в водах Мирового океана растворены разные газы: азот, кислород, диоксид углерода, сероводород и др. Как и в атмосфере, в океанских водах преобладают кислород и азот, но в несколько других пропорциях (например, общее количество свободного кислорода в океане 7480 млрд т, что в 158 раз меньше, чем в атмосфере). Несмотря на то что газы занимают сравнительно мало места в воде, этого достаточно, чтобы оказывать влияние на органическую жизнь и различные биологические процессы.

Количество газов определяется температурой и соленостью вод: чем выше температура и соленость, тем меньше растворимость газов и ниже их содержание в воде.

Так, например, при 25 °С в воде может раствориться до 4,9 см /л кислорода и 9,1 см3/л азота, при 5 °С — соответственно 7,1 и 12,7 см3/л. Из этого вытекают два важных следствия: 1) содержание кислорода в поверхностных водах океана значительно выше в умеренных и особенно полярных широтах, чем в низких (субтропических и тропических), что сказывается на развитии органической жизни — богатстве первых и относительной бедности вторых вод; 2) в одних и тех же широтах содержание кислорода в водах океана зимой выше, чем летом.

Суточные изменения газового состава воды, связанные с колебаниями температуры, невелики.

Наличие в океанской воде кислорода способствует развитию в ней органической жизни и окислению органических и минеральных продуктов. Главным источником кислорода в океанской воде является фитопланктон, называемый «легкими планеты». В основном кислород расходуется на дыхание растений и животных в верхних слоях морских вод и на окисление различных веществ. В интервале глубин 600-2000 м расположен слой кислородного минимума. Небольшое количество кислорода здесь сочетается с повышенным содержанием углекислого газа. Причина — разложение в этом слое воды основной массы поступающего сверху органического вещества и интенсивное растворение биогенного карбоната. Оба процесса нуждаются в свободном кислороде.

Количество азота в морской воде гораздо меньше, чем в атмосфере. Этот газ в основном попадает в воду из воздуха при распаде органических веществ, но также вырабатывается при дыхании морских организмов и их разложении.

В толще воды, в глубоких застойных котловинах, в результате жизнедеятельности организмов происходит образование сероводорода, который является ядовитым и тормозит биологическую продуктивность вод.

Теплоемкость океанских вод

Вода — одно из самых теплоемких тел в природе. Теплоемкость только десяти метрового слоя океана в четыре раза больше теплоемкости всей атмосферы, а слой воды в 1 см поглощает 94 % солнечного тепла, поступающего на ее поверхность (рис. 2). Благодаря этому обстоятельству океан медленно нагревается и медленно отдает тепло. Вследствие высокой теплоемкости все водные объекты являются мощными аккумуляторами тепла. Охлаждаясь, вода постепенно отдает свое тепло в атмосферу. Поэтому Мировой океан выполняет функцию терморегулятора нашей планеты.

Самую низкую теплопроводность имеет лед и особенно снег. Вследствие этого лед является предохранителем воды на поверхности водоема от переохлаждения, а снег защищает от промерзания почву, озимые культуры.

Теплота испарения воды — 597 кал/г, а теплота плавления — 79,4 кал/г — эти свойства очень важны для живых организмов.

Температура океанских вод

Показатель теплового состояния океана — температура.

Средняя температура океанских вод — 4 °С.

Несмотря на то что поверхностный слой океана выполняет функции терморегулятора Земли, в свою очередь, температура морских вод зависит от теплового баланса (прихода и расхода тепла). Приход тепла складывается из солнечной радиации, а расход — из затрат на испарение воды и турбулентный теплообмен с атмосферой. Несмотря на то что доля тепла, расходуемого на турбулентный теплообмен, не велика, его значение огромно. Именно с его помощью через атмосферу происходит планетарное перераспределение тепла.

На поверхности температура океанских вод колеблется в пределах от -2 °С (температура замерзания) до 29 °С в открытом океане (35,6 °С в Персидском заливе). Среднегодовая температура поверхностных вод Мирового океана составляет 17,4°С, причем в Северном полушарии она примерно на 3 °С выше, чем в Южном. Наибольшая температура поверхностных океанских вод в Северном полушарии — в августе, а наименьшая — в феврале. В Южном полушарии все наоборот.

Поскольку Мировой океан имеет тепловые взаимосвязи с атмосферой, температура поверхностных вод, как и температура воздуха, зависит от широты местности, т. е. подчинена закону зональности (табл. 2). Зональность выражается в постепенном уменьшении температуры воды от экватора к полюсам.

В тропических и умеренных широтах температура воды в основном зависит от морских течений. Так, благодаря теплым течениям в тропических широтах на западе океанов температуры на 5-7 °С выше, чем на востоке. Однако в Северном полушарии вследствие теплых течений на востоке океанов температуры весь год положительные, а на западе из-за холодных течений вода зимой замерзает. В высоких широтах температура во время полярного дня составляет около 0 °С, а во время полярной ночи подо льдом — около -1,5 (-1,7) °С. Здесь на температуру воды в основном влияют ледовые явления. Осенью выделяется теплота, смягчающая температуру воздуха и воды, а весной на таяние льда затрачивается тепло.

Самый холодный из всех океанов — Северный Ледовитый, а самый теплый — Тихий океан, гак как основная его площадь располагается в экваториально-тропических широтах (средняя годовая температура поверхности вод -19,1 °С).

Немаловажное влияние на показатель температуры океанической воды оказывает климат окружающих территорий, а также время года, так как от этого зависит солнечное тепло, нагревающее верхний слой Мирового океана. Наибольшая температура воды в Северном полушарии наблюдается в августе, наименьшая — в феврале, а в Южном — наоборот. Суточные колебания температуры морской воды на всех широтах составляют около 1 °С, наибольшие значения годовых колебаний температур наблюдаются в субтропических широтах — 8-10 °С.

Температура океанской воды изменяется и с глубиной. Она понижается и уже на глубине 1000 м практически всюду (в среднем) ниже 5,0 °С. На глубине 2000 м температура воды выравнивается, снижаясь до 2,0-3,0 °С, а в полярных широтах — до десятых градуса выше нуля, после чего она или понижается очень медленно, или даже несколько повышается. Например, в рифтовых зонах океана, где на больших глубинах существуют мощные выходы подземных горячих вод, находящихся под большим давлением, с температурой до 250-300 °С. В целом в Мировом океане по вертикали выделяют два основных слоя воды: теплый поверхностный и мощный холодный, простирающийся до дна. Между ними расположен переходный слой температурного скачка, или главный термоклип, в пределах него происходит резкое понижение температуры.

Изменение объема воды при изменении температуры

Резкое увеличение объема воды при замерзании — это своеобразное свойство воды. При резком понижении температуры и ее переходе через нулевую отметку происходит резкое увеличение объема льда. При увеличении объема лед становится более легким и всплывает на поверхность, становясь менее плотным. Лед предохраняет глубинные слои воды от промерзания, так как является плохим проводником тепла. Более чем на 10 % увеличивается объем льда по сравнению с исходным объемом воды. При нагревании происходит процесс, обратный расширению, — сжатие.

Плотность воды

Температура и соленость — главные факторы, обусловливающие плотность воды.

Для морской воды чем ниже температура и выше соленость, тем больше плотность воды (рис. 3). Так, при солености 35 %о и температуре 0 °С плотность морской воды составляет 1,02813 г/см3 (масса каждого кубометра такой морской воды на 28,13 кг больше, чем соответствующего объема дистиллированной воды). Температура морской воды наибольшей плотности не +4 °С, как у пресной, а отрицательная (-2,47 °С при солености 30 %с и -3,52 °С при солености 35 %о

Способность воды к самоочищению

Это важное свойство воды. В процессе испарения вода проходит через грунт, который, в свою очередь, является естественным фильтром. Однако при нарушении предела загрязнения процесс самоочищения нарушается.

Цвет и прозрачность зависят от отражения, поглощения и рассеяния солнечного света, а также от наличия взвешенных частиц органического и минерального происхождения. В открытой части цвет океана синий, у побережья, там, где много взвесей, — зеленоватый, желтый, коричневый.

В открытой части океана прозрачность воды выше, чем у побережья. В Саргассовом море прозрачность воды — до 67 м. В период развития планктона прозрачность уменьшается.

В морях возможно такое явление, как свечение моря (биолюминесценция). Светятся в морской воде живые организмы, содержащие фосфор, прежде всего такие, как простейшие (ночесветка и др.), бактерии, медузы, черви, рыбы. Предположительно свечение служит для отпугивания хищников, для поисков пиши или для привлечения особей противоположного пола в темноте. Свечение помогает рыболовным судам находить косяки рыб в морской воде.

Звукопроводимость - акустическое свойство воды. В океанах обнаружен звукорассеивающий мой и подводный «звуковой канал», обладающий звуковой сверхпроводимостью. Звукорассеивающий слой ночью поднимается, а днем опускается. Он используется подводниками, так как гасит шум от двигателей подлодок, и рыболовными судами для обнаружения косяков рыб. «Звуковой

сигнал» применяется для краткосрочного прогноза волн цунами, в подводной навигации для сверхдальней передачи акустических сигналов.

Электропроводность морской воды высокая, она прямо пропорциональна солености и температуре.

Естественная радиоактивность морских вод мала. Но многие животные и растения обладают способностью концентрации радиоактивных изотопов, поэтому улов морепродуктов подвергается проверке на радиоактивность.

Подвижность — характерное свойство жидкой воды. Под действием силы тяжести, под влиянием ветра, притяжения Луной и Солнцем и других факторов происходит движение воды. При движении вода перемешивается, что позволяет равномерно распределяться водам разных солености, химического состава и температуры.