Физические свойства морской воды

Химический состав морской воды.

План

Морской воды

Лекция № 2 Тема Химико - физические свойства

 

УДК: 656.62.052.4:551.5 (075) Кузнецов Ю.М. к.т.н., доцент,

кафедры «Судовождение»

 

1. Химический состав морской воды

2. Физические свойства морской воды.

3. Цвет и прозрачность, свечение и цветение моря, морское обрастание.

 

Морская вода является очень разбавленным и почти полностью ионизированным раствором. В ней кроме твердых веществ , составляющих по весу не более 4 %, растворены газы: азот, кислород, углекислый газ и в некоторых случаях сероводород (Черное, Каспийское море).

Морская вода состоит из 96,5 % пресной воды и 3,5 % солей, растворенных газов и взвесей. Считается, что в морской воде в различной концентрации содержатся более 72 элементов таблицы Менделеева.

Общее содержание растворенных минеральных веществ в единице массы морской воды в зависимости от притока речных вод, выпадения атмосферных осадков, испарения и таяния льдов может изменяться в довольно широких пределах (от 2 до35 г/кг), но процентное содержание солевого состава воды остается постоянным (закон постоянства солевого состава морской воды).

По своему солевому составу морская вода резко отличается от речной (табл.1)

Таблица 1- Солевой состав воды

Вещества	Морская, %	Речная, %
Хлориды Сульфаты Карбонаты Соединения азота, фосфора, кремния и органическое вещество	88.7 10,8 0,3 0,2	5,2 9,9 60,1 24,8

 

Химический состав главнейших растворенных в морской воде ионов приведен в табл. 2.

Таблица 2 -Процентное содержание ионов в морской воде

Катионы	Содержание, %	Анионы	Содержание, %
Натрий	38,7	Хлор	45,1
Магний	8,8	Сульфат-ион	4,6
Кальций	1,7	Карбонат-ион	0,2
Калий	0,8	Бром	0,1

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 ^оС.

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 температурыморской 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 температурыводы 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/м³ (2).

В океанографии и судовождении для решения практических задач используется относительная плотность d , под которой понимают отношение массы единицы объема воды при температуре t ^оС к массе единицы объема дистиллированной воды при 4 ^оС, обозначается S .

Относительная плотностьморской воды зависит от солёности и температуры. При t=0°C, S=35 %О ρ=1.028г/м³. 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)10³ (3)

Так, например, если по «Океанологическим таблицам» относительная плотность морской воды d при t = 20 ^оС 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 (<5 ‰) летом при температуре > 20 ^оС, относительная плотность d = 1.0009, характерна для устьев рек. Осадка судов в таких районах наибольшая.

2. Вода малой солености (<5 ‰) осенью при температуре 1-3^оС. Относительная плотность пониженная d = 1,0032, характерно для районов портов в устьях рек. Осадка судов близка к наибольшей.

3. Вода высокой 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 ^оС). 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 ^оС.

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 15⁰ 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%Она +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.