Каков состав морской воды

111. Химический состав и соленость морской воды

Морская вода отличается от вод суши количественным составом растворенных в ней веществ и поэтому все ее свойства оказываются отлич­ными от свойств пресной воды. Морская вода является слабым раствором и обладает всеми свойствами слабых растворов : пони­женной температурой замерзания, повышенной точкой кипения. В морской воде растворены все элементы, встречающиеся на Земле, но некоторые из них находятся в столь малых количествах, что их присутствие обнаруживается только в морских организмах, накап­ливающих их.

Все вещества, входящие в состав морской воды, подразделяются на пять групп:

— главные ионы, содержащиеся в наибольшем количестве;

Особое место занимают примеси и загрязнения в океане.

Содержание в морской воде Nа, К, Мg, Са обусловлено выветриванием горных пород и последующим их вы­носом реками. Содержание СI, SО₄, Вr обусловлено дегазацией ман­тии. Примерно 50 % солевой массы приходится на долю вывет­ривания, а 50 % — на долю дегазации мантии.

Среднее количество растворенных в океане твердых веществ составляет около 3,5 % по весу и лишь в отдельных морях может достигать 4 %. Больше всего в морской виде содержится хлора -1,9 %, т.е. более 50 % всех растворенных в воде твердых веществ. Затем следуют натрий — 1,6 %, магний — 0,13 %, сера — 0,338 %, каль­ций — 0,04 %. Они представляют главные ионы — вещества, содержащиеся в воде в наибольшем количестве. Они обычно находятся не в чистом виде, а в виде соединений (солей). Основными из них являются:

— хлориды (NаСI, МgСI₂)- 83,7 % всех растворенных в воде твердых веществ. Они обусловливают горько-соленый вкус морской воды;

Общее содержание твердых веществ, растворенных в морской во­де, выражается в тысячных долях весовых единиц — промилле — ‰.

Растворенные газы в морской воде образуются за счет обмена с атмосферой, биологической деятельности в воде, речного стока и других процессов. В основном эти газы представлены кислородом, азотом, небольшим количеством сероводорода и двуокисью углерода.

Биогенные вещества имеют особое значение для развития жизни в океа­не. К ним относятся соединения фосфора, азота и кремния. Значение биогенов в океане аналогично значению азотных и фосфорных удоб­рений для сельскохозяйственных культур. Накопление биогенных веществ происходит в глубинных слоях и вы­нос их в верхние слои осуществляется вертикальной циркуляцией вод — подъемом глубинных вод (апвеллинг).

Микроэлементы в воде океана представлены почти все. В наиболь­ших концентрациях находятся литий, рубидий, йод. В наименьших количествах содержится золото. Некоторые организмы способны концентрировать в себе микроэлементы. Например, известны моллюски, которые аккумулируют ванадий, цинк, медь.

Органические вещества непрерывно продуцируются в виде первичной продукции — зеленой массы растений. Одновременно происходит и потребление органического вещества, отмирание и разложение. Биохимический распад остатков организмов, главным образом, планктонных, является источником растворенных органи­ческих веществ. В них содержится важнейшие органические соеди­нения — пектиновые, гумусовые, аминокислоты, углеводы, антибио­тики и витамины.

В результате химических анализов проб морской воды, собранных в разных частях Мирового океана, явилось установление факта стабильности соотношения меж­ду растворенным в морской воде веществами, которое получило название постоянство солевого состава морской воды.

Благодаря этому можно вычислять общую соленость мор­ской воды по содержанию в ней хлора как элемента, содержащегося в наибольшем количестве.

Под соленостью понимается общий вес в граммах всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды. Количественно соленость выражается в граммах на ки­лограмм, т.е. в промилле (‰).

Источник

Химический состав морской воды.

К физическим свойствам морской воды относятся: соленость, температура плотность, оптические и акустические свойства. Морская вода обладает горько-солёным вкусом и большим, чем у пресной воды, удельным весом. Соленый вкус морской воде придает хлористый натрий (поваренная соль), а горький – хлористый магний. Соленостью называется количество солей в граммах, растворённых в килограмме морской воды.Средняя солёность воды Мирового океана 35г на 1кг воды или 35%О (промилле). В отдельных районах в зависимости от гидрологических и климатических условий соленость может резко отклоняться от средней. Солёность Чорного моря у поверхности состаляет18%О, на глубине > 1км — 22%О, Азовского — 12%О Средиземного 38-39%О , Персидского залива 38-40%О.Минимум солёности расположен в высоких широтах (на широте 10º–34,72%О), максимум на широте 30°–35,56%О. Установлена связь между соленостью и относительной электропроводностью морской воды: S = ∑ ƒ (R₁₅) (1) где S — соленость. %О. R_{15 —} относительная электропроводность при температуре 15 о С. Под относительной электропроводностью понимается отношение удельной электропроводности проб морской воды к удельной электропроводности воды, имеющей соленость 35 %О. На основе зависимости (1) сконструированы судовые солемеры ГМ-55, ГМ-56, ГМ-65, которые определяют соленость воды по ее относительной электропроводности. Основными причинами уменьшения солености морской воды за счет ее опреснения являются выпадение атмосферных осадков и интенсивные таяния льда в высоких широтах , а увеличение ее солености происходит вследствие испарения частиц чистой воды с поверхности морей и океанов. Изменение солёности с глубиной зависит в основном от перемешивания водных масс при движении. Существенное увеличение солёности с глубиной происходит до 1000–5000м. Ниже – колебание солёности малы. Например, в полярных областях, начиная с глубины 200м и до дна, солёность не меняется. В морях величина солености, как на поверхности, так и на глубине, меняется в значительно больших пределах, чем в океанах. Температура морской воды. Основными факторами, которые непрерывно изменяют температуру морской воды являются: суммарное действие прямой и рассеянной солнечной радиации, эффективное излучение системы вода- атмосфера, конвекция и испарение. В прибрежной зоне на температуру морской воды оказывает влияние еще и сток речных вод. Повышению температуры морской воды способствуют:

• поглощение морем прямой и рассеянной солнечной радиации,
• излучение из более теплой атмосферы в более холодный океан.
• конденсация влаги из атмосферы над более холодным океаном,
• выпадение осадков, более теплых, чем поверхностные слои океанов.

Понижение температуры воды происходит за счет:

• излучения океана в атмосферу,
• испарения,
• конвекции в атмосфере,
• выпадения на поверхность океанов более холодных осадков.

В восточных частях океана обоих полушарий в тропической зоне изотермы сходятся к экватору, в западных частях – отходят от него. Такое расположение изотерм связывает с режимом поверхностных течений воды – с востока на запад к северу и к югу — пассатные течения. Здесь температура поверхностных вод океана составляет в среднем 28°, к югу и северу понижается до 0 на широтах 60º Ю.Ш. и 75° С.Ш. Средняя температура океана летом +18°, зимой +10. Температура замерзания морской воды при S=35%О равна – 1,9°С, кипения 100,53°. В северном полушарии температура выше на соответствующих высотах. Разница объясняется постоянным охлаждающим влиянием Антарктики, льды которой доходят до умеренных широт всех 3 х океанов. В Атлантическом океане заметное влияние на режим температуры показывает тёплое течение Гольфстрим, в Тихом океане Куро-Сио. Суточные колебания температуры воды редко превышают 1°С. Наибольшая температура в северном полушарии наблюдается в августе, в южном — в феврале. Изменение температуры воды с глубиной зависит как от лучистой энергии солнца (прямая теплопередача) так и от вертикального перемешивания воды при штормовой погоде. Тепло солнечной радиации распространяется на глубину до 100м (глубже темнота), а ветровое перемешивание захватывает слои воды не более 200м. Суточное колебание температуры прослеживаются до глубины не более 30м от поверхности, а годовые колебания до глубины 350–450м. Ниже температура постоянна. На глубине 3000–4000м температура в разных местах океанов находится в пределах от +2 до -1°. Тепловой режим океана оказывает существенное влияние на годовой ход температуры воздуха над океаном и материками. Плотность морской воды. Под плотностью понимается отношение массы вещества к его объему, т.е это масса единицы объема. кг/м 3 (2). В океанографии и судовождении для решения практических задач используется относительная плотностьd , под которой понимают отношение массы единицы объема воды при температуре t о С к массе единицы объема дистиллированной воды при 4 о С, обозначается S . Относительная плотность морской воды зависит от солёности и температуры. При t=0°C, S=35 %О ρ=1.028г/м 3 . Плотность уменьшается от полюсов к экватору. Наименьшая плотность в тропиках, там же и наименьшая солёность. Для удобства записи применяют величину условной плотности σ_t = (d — 1)10 3 (3) Так, например, если по «Океанологическим таблицам» относительная плотность морской воды d при t = 20 о С и солености S = 35 %О в полном выражении составляет 1,0247781, то условная плотность в этом случае будет иметь вид 24,7781. Плотность имеет большое значение при расчете изменения осадки судов в водах различной плотности. Для этого используется формула: ∆d = , (4) где ∆d — изменение осадки, ∆ — объемное водоизмещение, ρ₁ и ρ_{2 —} относительные плотности морской воды. В Мировом океане встречаются следующие характерные изменения относительной плотности морской воды и соответствующие осадки судов. 1. Вода малой солености ( 20 о С, относительная плотность d = 1.0009, характерна для устьев рек. Осадка судов в таких районах наибольшая. 2. Вода малой солености (30 ‰) и сильно прогретая, d =1,0217. Такие условия наблюдаются в тропической и экваториальной зонах океанов. Осадка судов близка к минимальной. 4. Вода имеет высокую соленость (>30 ‰) и низкую температуру (1-3 о С). Относительная плотность максимальная — d = 1,0264. Такие условия встречаются у Мурманского побережья в осенне- зимний период. Осадка судов минимальная. 5. Вода имеет соленость менее 20 ‰ и высокую температуру порядка 20-30 о С. Относительная плотность близка к среднему значению. Такие условия характерны для Азовского и Черного морей. Осадка судов средняя. Сведения о плотности воды в открытых морях снять с карт №19 и№20 2-го тома Морского Атласа или с карт «Атласов океанов». В портах сведения о фактической плотности морской воды могут быть получены на портовой гидрометеостанции. Оптические свойства морской воды отличаются тем, что морская вода вдали от берегов более прозрачна, чем пресная речная. Однако, даже в наиболее чистой океанической воде только 1% световой энергии проникает ниже 100м. Солнечный свет можно увидеть только в верхнем 100 метровом слое океана; более 97% объёма Мирового океана находится в состоянии вечной темноты. По мере погружения в глубь океана солнечный свет быстро исчезает, и цвет его изменяется от белого к голубому. Многие из обитателей морского дна окрашены в яркие цвета. Однако они невидимы при естественном освещении и обнаруживаются только при искусственном освещении. Поглощение света значительно ограничивает видимость с подводных лодок. В чистой океанической воды можно получить отчётливые фотографии предметов только на расстоянии 5–7м от камеры, а на расстоянии до 10м картина резко ухудшается. Во многих прибрежных районах оптические наблюдения практически невозможны. В 10 метровом слое морской воды наблюдается полное поглощение 100% коротких (ультрафиолетовых) и длинных (инфракрасных) волн. Минимальное поглощение наблюдается вблизи 0,47мкн (окно прозрачности), в голубой части спектра, но даже энергия голубого света уменьшается вдвое на глубине 47м. Акустические свойства морской воды несколько отличаются от акустических свойств пресной воды. Так, если скорость звука в пресной воде в среднем составляет при температуре 15 0 С –1462 м/с, то в морской воде –1500м/с. В зависимости от давления, температуры и солёности она изменяется следующим образом: — при увеличении глубины на 1км на +11%, — при увеличении температуры на 1°С на +0,3%, — при увеличении солёности на 1%О на +0,09%. Для измерения глубины используются эхолоты, принцип действия которых основан на измерении времени прохождения ультразвукового сигнала от излучателя до приёмника, отразившегося от дна океана.

Источник