Вода Мирового океана
3 /л азота, при 5 °С — соответственно 7,1 и 12,7 см 3 /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.
Рис. 2. Зависимость теплоемкости волы от температуры
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 О °С, а во время полярной ночи подольдом — 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.
Таблица 2. Средние годовые температуры поверхностных вод океанов
Средняя годовая температура, ‘С
Средняя годовая температура, °С
Источник
Калькулятор плотности пресной и соленой воды
Плотность воды — величина, которая определяется как отношение массы жидкости к ее объему. В зависимости от состава воды ее плотность может значительно различаться.
Морская вода
Морская вода содержит в своем составе разные минералы, в том числе магний, марганец, золото, медь и даже уран. Но не только сама вода отличается таким минерализованным составом. Морские жители — это основной источник минералов для воды. Ламинарии накапливают йод, моллюски — медь, радиолярии — стронций, асцидии — ванадий, а медузы — олово, цинк и свинец. В результате разложения подводных жителей морская вода получает минералы, которые затем накапливают новые поколения ламинарий или радиолярий. Такой дикий минеральный состав делает морскую воду непригодной для питья, ведь для выведения химических элементов из организма потребуется больше воды, чем ее выпитое количество.
Соленость
Если попробовать морскую воду на вкус, то она кажется горько-соленой. На 1 литр морской воды приходится в среднем 25 грамм хлорида натрия, а горечь ей придают 3,8 г хлористого магния и 1,7 г сернокислого магния. В целом в морской воде содержится около 35 г различных солей, благодаря чему ее плотность всегда выше, чем у пресной. Соленость воды выражается в промилле. Фраза «соленость 16 ‰» эквивалентна записи «соленость 16 PSU» или «соленость 1,6%». Это означает, что в одном литре жидкости содержится 16 грамм солей.
Средняя соленость морских вод колеблется от 7 PSU для Балтийского моря до 40 PSU для Красного моря. Мертвое море стоит особняком, так как его соленость зашкаливает и составляет в среднем 265 PSU. Благодаря высокому содержанию солей воды Мертвого моря характеризуются плотностью на уровне 1,3 кг/м³.
Плотность
В целом литр морской воды содержит 2 столовые ложки солей. Благодаря этому плотность такой жидкости всегда больше пресной и в среднем составляет 1,025 грамм на кубический сантиметр. На плотность воды влияет не только состав, но и температура. При охлаждении морская вода сжимается, и ее плотность увеличивается.
Изменчивая плотность воды оказывает большое влияние не только на подводную жизнь, но и на морские перевозки. При переходе кораблей из океанических вод в пресные реки или переходе из тропических вод в холодные воды Атлантики, осадка судна может изменяться до 30 см, что является большой проблемой для судов, заходящих в порт. На современных грузовых судах на корпусе выполняются отметки осадки судна, которая зависит от температуры и солености воды. При прочих равных такие отметки позволяют легко определить, насколько изменилась плотность морской воды.
Пресная вода
В отличие от морской воды, пресная в своем составе практически не имеет примесей, и содержание солей в такой жидкости не превышает 0,1%. Пресная вода занимает всего 3% от общего объема воды на планете и содержится в ледниках, айсбергах, реках, подземных водах, пресных озерах и даже облаках. В целом подавляющая часть пресной воды существует на Земле в виде льда.
Интересно, что пресные айсберги курсируют по соленому океану, и возникает вопрос, как они туда попадают? Все дело в том, что морская вода испаряется, при этом теряя все соли и преснея, и скапливается в виде облаков. После этого пресная вода выпадает в виде осадков, а снег уплотняется под собственным весом и образует ледник. Айсберги — не что иное, как отколовшиеся куски ледника. Более интересно то, что когда морская вода замерзает, а это происходит при температуре минус 2 градуса, то в ней образуются тонкие ледяные кристаллы, не содержащие соль. Если выбрать эти кристаллы из океанской воды и растопить, то можно получить чистую пресную воду.
Плотность пресной воды
Плотность пресной воды зависит только от температуры. При нуле градусов по Цельсию плотность пресного льда составляет 999,8000 кг/м3, а при 100 градусов плотность пара снижается до 958,4000 кг/м3. Это табличные значения, полученные в идеальных условиях. Для определения плотности речных или озерных вод, ученые используют стандарты IPTS-68 и ITS-90. Шкала температур ITS-90 пришла на смену IPTS-68 в 1990 году в связи с пересчетом ключевых точек замерзания пресных вод. Плотность пресной воды по разным стандартам легко выражается одна через другую по формуле:
Разница небольшая, но именно ITS-90 используется в современных гидрологических расчетах.
Калькулятор плотности воды
Наша программа позволяет определить плотность пресной воды в зависимости от ее температуры тремя способами:
- найти табличное значение;
- рассчитать по формуле, использующей стандарт IPTS-68;
- вычислить по формуле ITS-90.
Температуру в калькуляторе вы можете задать в Кельвинах, Цельсиях или градусах Фаренгейта.
Плотность соленой воды зависит и от температуры, и от ее солености, которая в нашем калькуляторе указывается в PSU (Practical Salinity Units), что идентично понятию промилле. Рассмотрим пример.
Вычисление плотности при помощи калькулятора
Давайте вычислим плотность питьевой дистиллированной воды при комнатной температуре 20 градусов по шкале Цельсия. Для определения плотности требуется выбрать шкалу температуры и метод вычисления. Используем все три метода и получим:
- табличное значение — 998,2000 кг/м3;
- стандарт IPTS-68 — 997,9355 кг/м3;
- стандарт ITS-90 — 997,6699 кг/м3.
Как видите, различия минимальны, но при точных расчетах неверный выбор значения может привести к ошибкам.
Теперь подсчитаем плотность воды Красного моря, соленость которого составляет 40 PSU при температуре 30 градусов Цельсия. Введите эти данные в соответствующие ячейки и вычислите результат: 1 028,5825 кг/м3.
Заключение
Плотность воды — важный параметр, который используется в химии, физике, гидрологии и мореплавании. Используйте наш калькулятор для быстрого вычисления плотности воды в зависимости от ее температуры и солености.
Источник