Состав растворённых солей в океанических и речных водах
Гипсографическая кривая
Располагая гипсометрическими картами суши и батиметрическими картами Мирового океана, можно подсчитать площади участков суши и моря, расположенные между соответствующими изогипсами и изобатами. Эти данные позволяют построить гипсографическую кривую земного шара, которая показывает соотношение площадей этих участков относительно площади всего земного шара.
Средний уровень земной поверхности твёрдый (эллипсоида) составляет 2430 м.
Средний уровень земной поверхности (геоида) находится на 2600 м.
Средняя глубина океана равна 3880 м.
Средняя высота суши составляет 840 м.
Физико-химические свойства морской воды
Морская вода обладает рядом специфических особенностей. она является универсальным растворителем: в ней способен растворяться любой химический элемент. Вода имеет наибольшую среди жидкостей теплоёмкость, больше тепла требуется и на её испарение. Ниже описываются некоторые физико-химические характеристики морской воды.
Солёность
Солёность воды определяется количеством солей, содержащихся в 1000 г морской воды и исчисляется в промилле (промилле - это тысячная доля какой-либо величины, например, грамм в килограмме; обозначаются ┴). Сравнительная характеристика солености речных и морских вод дана в табл. 6.3.
Происхождение солей. Приход солей осуществляется за счёт растворения пород, слагающих дно океана, поступления с речным стоком. Расход происходит в результате поглощения солей водорослями и животными организмами, а также потерь их при разбрызгивании и испарении. Баланс солёности положителен: океан становится солонее. Но благодаря огромному объёму морских вод полный солевой обмен в океане совершается в 110 млн. лет. Поэтому практически воды океана имеют постоянный солевой состав: 35 г на 1 л. или 35┴ (3,5%) - средний состав морской воды.
Географическое распределение солёности. В различных частях океана солёность воды неодинакова. Она зависит: 1) от количества пресной воды, приносимой реками и атмосферными осадками; 2) от количества воды, испаряющейся с поверхности океана. Сильное испарение повышает солёность воды. У экватора солёность меньше средней (около 31 ┴): в этих частях океанов в течение всего года выпадают сильные дожди, а испарение уменьшено в связи с большой влажности воздуха и обычному в этих широтах облачному покрову. Наибольшая солёность наблюдается на 20-30 широтах, соответствующих зонам пустынь на материках. Здесь постоянно дуют сухие ветры (пассаты) и происходит сильное испарение, почти совершенно отсутствует облачный покров и осадки. Солёность морской воды в некоторых местах поднимается до 37,9 ┴. В умеренных и холодных поясах солёность меньше, чем в жарком, в полярных областях она падает до 32-30 ┴. В морях, соединённых с океаном широкими и глубокими проходами, солёность близка к солёности океана; во внутренних морях она может сильно колебаться. Наиболее солёную воду - 41 ┴ - имеет Красное море, лежащее в субтропических широтах между горячими пустынями Аравии и Северной Африки. Наоборот, Балтийское море, находящееся в умеренных широтах с большой облачностью и большим количеством осадков, получающее много пресной воды, имеет очень небольшую солёность. В западной части Балтийского моря солёность воды составляет 15 ┴, а в Финском заливе падает до 1-2 ┴.
Таблица 6.3
(по В.Н. Степанову)
| Химические вещества | Воды океана, в % | Речные воды, в % |
| NaCl | 77,8 | |
| MgCl2 | 10,9 | |
| всего хлориды | 88,7 | 5,2 |
| MgSO4 | 4,7 | |
| CaSO4 | 3,6 | |
| K2SO4 | 2,5 | |
| всего сульфаты | 10,8 | 9,9 |
| CaCO3 карбонаты | 0,3 | 60,8 |
| Прочие вещества | 0,2 | 24,8 |
Способы определения солёности. Физические: а) по плотности воды при определённой температуре (ареометрический); б) по измеренному коэффициенту преломления воды (оптический); в) по электропроводности. Химические: а) проведение химического анализа воды; б) измерение количества одного какого-нибудь химического элемента, обычно хлора, с дальнейшим вычислением по нему других элементов, имея в виду, что солевой состав вод океана постоянен.
Этот способ наиболее распространённый, поскольку содержание хлора определить проще, чем содержание других элементов. Эмпирическое соотношение между солёностью Мирового океана и содержанием хлора, установленное Международной Комиссией по изучению моря: S = 1,80655 Cl, где S - хлорный коэффициент. Для определения солёности по хлору используют специальную таблицу. Для внутренних морей эта формула непригодна. Нужны специальные формулы для каждого побережья отдельно.
Замерзание морской воды. Повышенная концентрация солей увеличивает плотность океанических вод и определяет различия в расслоении и перемешивании океанических вод и вод суши. В пресноводных бассейнах (реках, озёрах), как известно, температура воды при наибольшей плотности равна 4 ╟C, и поэтому при дальнейшем охлаждении перемешивание воды не происходит, а при достижении 0 ╟C начинается замерзание и образование ледяного покрова. Отсюда становится понятной причина того, что озёра и реки обыкновенно не промерзают до дна. В солоноватоводных бассейнах по мере увеличения количества растворённых солей понижается температура наибольшей плотности. При солёности 24,7 ┴ она становится равной температуре замерзания - в данном случае 1,3 ╟C. Поэтому в водах с меньшей солёностью процессы протекают так же, как и в пресных водоёмах. Такая солёность наблюдается в Чёрном, Азовском, Каспийском, Белом, южных частях Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирском морях. При солёности, превышающей 24,7 ┴, точка замерзания воды оказывается выше температуры воды при наибольшей плотности.
Таблица 6.4
Соотношение температуры замерзания, солёности и плотности морской воды
| Солёность воды, ┴ | t замерзания, ╟C | t наибольшей плотности, ╟C |
| -1,1 | -0,3 | |
| 24,7 | -1,35 | -1,35 |
| -1,35 | -1,4 | |
| -1,6 | -1,5 | |
| -1,9 | -3,5 | |
| -2,2 | -4,5 |
Следовательно, ледообразование в океане начинается значительно раньше достижения водой наибольшей плотности. А раз так, то перемешивание вод способно распространяться на любую глубину, и происходит проветривание (насыщение кислородом) огромной их толщи.
При отсутствии перемешивания воды и при недостатке кислорода не могло бы происходить окисление органических и неорганических веществ глубинных и придонных вод, а также в донных осадках. Жизнь в океане была бы возможна только в самых верхних слоях.
Активное перемешивание вод океана приводит к тому, что в планетарный обмен энергии и веществ вовлекается вся толща его вод. Поглощая или выделяя тепло, влагу и газы, она поддерживает динамичное равновесие в природе, свойственное каждому данному циклу развития планетарных процессов.
Цвет морской воды колеблется между зелёным, голубым и яркосиним. Цвет воды зависит от физических свойств. Так, более солёная и тёплая вода имеет более интенсивный голубой цвет, тогда как холодная и менее солёная - более зеленоватый. Над глубокими местами цвет воды голубой, над менее глубокими - зелёный.
Синий цвет воды объясняется тем, что красные и оранжевые лучи спектра поглощаются преимущественно на незначительной глубине. Голубые и фиолетовые лучи проникают на большую глубину, а когда отражаются от поверхности, вода кажется синей. При незначительной глубине наряду с голубыми лучами отражаются также красные и оранжевые лучи, дающие совместно зелёный цвет.