Химические и физические свойства вод морей и океанов
Соленость и солевой состав. Важной химической особенностью морской воды являются ее соленость и солевой состав. Соленость определяется суммарным содержанием растворенных солей в морской воде и выражается в промилле (символ («промилле») означает частей на тысячу). Средняя соленость воды в современном океане составляет 35 промилле, или 3,5 % (35 г/л). Колебания солености в океанах и морях зависят от климатических особенностей региона (испарения и количества атмосферных осадков), а также притока пресных вод. Максимальная соленость — 41—43 промилле отмечается в водах Красного моря за счет непрерывного поступления в бассейн рассолов из глубоких недр по системе разрывных нарушений. В бассейнах Средиземноморья засушливого климатического пояса соленость составляет 37 промилле, а в бассейнах тропического пояса с обилием дождей она падает до 34 промилле. В ряде мест соленость значительно снижается в результате опреснения речными водами: в Черном море содержание солей составляет 18,5 промилле в Каспийском изменяется от 1 промилле близ устья р. Волги до 15 промилле на юге. В предустьевой части Невы вода практически пресная, а соленость вод Финского залива составляет 3—6 промилле. Солевой состав морских и океанических вод отличается разнообразием, но характеризуется преобладанием наиболее растворимых солей (табл. 19.2).
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в океанической воде резко преобладают хлориды, на втором месте — сульфаты, далее карбонаты и другие соединения.
Высокая концентрация солей и их состав обусловливают некоторые свойства морской воды: низкую химическую активность, что проявляется в ее слабой растворяющей способности; возрастание удельного веса воды из-за насыщенности солями приводит к увеличению ее транспортирующей способности; увеличение удельного веса (т. е. возрастание плотности) приводит к возникновению гравитационных течений (например, течение, возникающее на границе Черного и Мраморного морей).
Газовый состав. Велика роль различных газов, растворенных в морской воде. Самыми распространенными из них являются кислород и углекислый газ. Содержание кислорода в воде более чем в 1,5 раза превышает его содержание в воздухе (соответственно 36 % и 21 %). Кислород поступает из атмосферы, частично в процессе фотосинтеза, а также в результате глобальной океанической циркуляции океанических вод. Высокое содержание кислорода в воде резко повышает ее химическую активность, выражающуюся в окислительно-восстановительном потенциале — Eh, величина которого измеряется в милливольтах (мВ). В окислительных условиях поверхностных вод Eh достигает до +500 мВ, а на глубине, особенно при сероводородном заражении, он может приобретать отрицательный знак и доходить до -300 мВ. Растворимость кислорода обратно пропорциональна температуре и солености воды. Поэтому в высоких широтах обычно кислорода содержится больше — 8,3 мл/л, чем в низких широтах — 4,5 мл/л, а по вертикали минимальное содержание 2,0—2,5 мл/л отмечается на глубинах 200—750 м. Кислород активно участвует во всех биохимических и геохимических процессах в океане.
Углекислый газ отличается особенно высокой растворимостью в воде: если в воздухе его содержание составляет в среднем 0,03 %, то в воде доходит до 9 %, т. е. повышается в 300 раз. Углекислый газ находится в морской воде частью в растворенном, свободном состоянии, частью в химически связанной форме бикарбонатов (CaHCO3)2 или карбонатов (CaCO3). Растворимость CO2 в морской воде возрастает с понижением температуры. Высокое содержание его отмечается в придонных холодных водах на глубинах ниже 4000—5000 м. Углекислый газ определяет другой химический показатель агрессивности среды — щелочно-кислотный (pH). Углекислый газ поступает в океан из атмосферы в результате жизнедеятельности организмов, при извержениях вулканов и поствулканических процессах.
Сероводород. В некоторых бассейнах замкнутого типа (Черное, Мраморное моря) в придонных слоях воды за счет гниения отмерших морских организмов происходит заражение сероводородом, при этом его содержание достигает 5—6 см3/л. Это вызывает нарушение нормальной вертикальной циркуляции воды и ее расслоение. Такое заражение воды сероводородом приводит к возникновению на больших глубинах, обычно превышающих 200 м, восстановительной обстановки и появлению в осадках сульфидов железа, образующихся при взаимодействии оксидных соединений железа с сероводородом.
Температура поверхностных вод зависит от приуроченности бассейна к климатической зоне. Среднегодовая температура в высоких широтах измеряется от 0 до 1,8—2° Максимального значения до 28° она достигает вблизи термического экватора. Степень прогрева зональных вод зависит не только от широты местности, но также от направления преобладающих ветров и характера океанических течений, приносящих воды различной температуры. На глубинах свыше 200 м располагаются азональные воды, температура которых обычно не превышает 2—3 °С. Нижним пределом ее в полярных морях является температура — 1,6 °С.
Давление и плотность. Плотность морской воды зависит от солености, температуры, давления. Средняя плотность воды составляет 1,025 г/см3, в холодных полярных областях она увеличивается до 1,028 г/см3, а в теплых тропических уменьшается до 1,022 г/см3. Давление с глубиной возрастает, на каждые 10 м давление столба воды увеличивается на 0,1 МПа, т. е. на глубине 3 км оно составляет 30 МПа. Наибольшей величины оно достигает в глубоководных желобах и в котловинах ложа Мирового океана. При таких высоких давлениях ускоряется процесс диссоциации карбонатных соединений с образованием угольной кислоты, подкисляющей воду и способствующей растворению карбонатных осадков. Поэтому на глубинах свыше 3—4 км карбонатная седиментация прекращается.
Источник
Разбираем химический состав морской воды
Морская вода – многоэлементное вещество. Начиная с XIX века, ученые с большим вниманием относятся к ее изучению.
Современный состав элементов океанических вод сформировался миллионы лет назад, с тех же времен известно и благотворное влияние на человека.
Из чего состоит?
В водах мирового океана растворены в большей или меньшей степени все элементы периодической системы Менделеева.
В процентном соотношении воды 96,5, оставшиеся 3,5 – примеси.
Химический состав морской воды разнится в зависимости от ее происхождения.
На заметку! В природном варианте химический состав подразделяют на пять основных групп. Первая ответственна за солевой состав, оставшиеся четыре – за концентрацию примесей.
Главные ионы
В данную подгруппу, занимающую 99,98 % от общей массы примесей, входят 11 элементов:
- Хлор (Cl).
- Натрий (Na).
- Сульфат.
- Магний (Mg).
- Кальций (Ca).
- Калий (K).
- Бикарбонат, иное название карбо уголь.
- Бром (Br).
- Барит.
- Стронций (Sr).
- Фтор (F).
Некоторые элементы представлены в виде минералов.
Растворенные газы
Группа инертных газов:
Справка! Соотношение кислорода к азоту в морской воде равно пропорции 1 к 2, а не 1 к 4 в отличии от воздуха.
Биогенные составляющие
В состав подгруппы входят:
- Углерод (С).
- Водород (Н).
- Фосфор (Р).
- Кремний (Si).
- Железо (Fe).
- Марганец (Mn).
Перечисленные элементы как в чистом виде, так и в виде соединений, составляют морские организмы.
Микроэлементы
Подгруппа составляющих в концентрации менее 1*10 -6 . Сюда входит большинство элементов периодической системы.
Органические вещества
Данная подгруппа состоит из особых элементов – результатов естественных биологических процессов в океане, и аллохтонных составляющих.
Последняя группа возникает при влиянии сторонних факторов, в том числе человеческого воздействия.
Морская вода, созданная в домашних условиях, представлена аналогичным составом, но в меньшей концентрации. Основой служит пресный аналог с растворенной в нем солевой смесью.
Важно! Морскую воду можно как приобрести в аптеке, так и создать в домашних условиях. Однако разница с оригиналом существенна и, при возможности, стоит использовать природный вариант.
Хим. состав, перечисленный выше, усреднен. В зависимости от географического положения водоема, а так же природных факторов, концентрация примесей может меняться.
Отличается ли в разных морях?
С учетом среднегодового климатического фона, в каждом море свой химический состав.
Процентное различие солености морей относительно океанических вод по мере убывания:
В зависимости от места забора пробы, состав элементов и их концентрация может разниться.
Каспийское море более насыщено сульфатами калия и магния, Мертвое — отличается максимальной концентрацией брома, Балтийское содержит большее количество воды и меньшее примесей. Черное море отличается богатством сероводородными соединениями. Эти воды наиболее схожи с составом крови человека.
Азовское море опреснено благодаря большим объемам поступающих речных вод. Поэтому его состав обогащен ионами натрия — 3,496, калия — 0,132, магния — 0,428, кальция — 0,172, хлора — 6,536, брома — 0,021, сульфат — 0,929, гидрокарбонат — 0,169.
Физические свойства
В зависимости от температурного режима и солености, разнятся и показатели физических свойств.
В усредненном диапазоне температуры и солености, получают следующие данные:
- 1020 — 1030 кг/м³;
- Скорость звука 1500 м/с.
- Вязкость 9,02 миллипуаз;
- Замерзание -1,9 C o ;
- Кипение 100,53 C o .
Справка! Чем больше концентрация соли, тем сильнее увеличивается плотность, ниже температура замерзания и выше кипения.
Влияние на человека
Благодаря химическому составу, морская вода благотворно воздействует на все отделы человеческого организма. Под ее влиянием ослабевают боли, улучшается циркуляция лимфы и крови, укрепляется опорно-двигательный аппарат, эндокринная, нервная и сердечно-сосудистая системы.
Концентрация элементов в морской воде придает ей антибактериальное свойство. Повышается эластичность кожи, проходят угревые высыпания и другие последствия аллергических реакций.
Благодаря содержанию солей, организм легко и комфортно ощущает себя в морской воде. Минимизируется нагрузка на суставы, а кровообращение равномерно циркулирует по всем отделам.
Заключение
Морская вода – природный кладезь химических элементов. В зависимости от ее агрегатного состояния, химического состава будут разниться и физические свойства.
Спектр применения соленой воды широк: от промышленной сферы до индустрии красоты и здоровья. Географическое расположение, климатические условия и глубина – также немаловажные факторы, влияющие на составляющие и, соответственно, свойства воды.
Источник