Военно-морской флот. Из чего состоит морская вода: состав в процентах и плотность Если к морю съездить не удалось
Несмотря на огромные водные ресурсы Земли, пригодными для употребления являются лишь 3% общего жидкости. Состав и физические свойства воды морей и океанов имеют очень мало общего с составом и свойствами пресной воды. Тем не менее, об уникальных лечебных свойствах морской воды хорошо известно всем. Почему же вода, приносящая организму столько пользы, совершенно . Для ответа прежде всего необходимо вспомнить, из каких элементов она состоит.
В отличие от пресной, не содержащей посторонних примесей, вода из морей и океанов состоит из огромного количества различных химических элементов и соединений, которые обусловливают ее пользу для человека.
Морскую воду можно сравнить с крепким рассолом: ведь на каждый ее литр приходится 34 г разных солей. Вот почему такая вода имеет очень соленый вкус и является главным источником для добычи поваренной соли.
Другими составными частями являются хлористый и сернокислый магний, калий, кальций, йод, железо, цинк, сера и другие полезные для здоровья минералы, а также сероводород, витамины и аминокислоты.
Физические свойства
Большинство физических свойств морской воды определяется ее необычайно богатым различными элементами и соединениями составом.
Соленость
Слишком высокая концентрация соли делает воду в океанах и морях абсолютно непригодной для питья. Чтобы вывести огромное количество солей, потребуется столько воды, сколько не может выпить ни один человек. Поэтому, несмотря на изобилие влаги вокруг, морякам приходится брать с собой большие запасы питьевой воды.
В регионах, где количество осадков превышает испарения (ближе к экватору), вода менее соленая, а в районах с интенсивными испарениями и малым количеством осадков (например, в тропиках), она солонее.
Не все моря характеризуются одинаковой соленостью. Первенство в этой области принадлежит Красному, Мертвому и Средиземному морям.
Плотность
Морская вода намного плотнее пресной. Именно поэтому в морях не тонут айсберги, а плавать гораздо легче, чем в реке. Этот показатель прямо пропорционален солености воды. Так, в самом соленом в мире Мертвом море можно не опасаться за свою жизнь даже тому, кто совсем не умеет плавать.
Оптические свойства и звукопроницаемость
Несмотря на кажущуюся полную тишину, вода является одним из лучших проводников звука, скорость которого в морской жидкости в 4,5 раза выше, чем в воздухе. Такое свойства используют в своей работе военные для отслеживания пути подводных лодок и определения глубины.
Помимо звука, вода из моря или океана отлично пропускает свет, благодаря чему местных обитателей можно рассмотреть даже на большой глубине.
Польза воды соленых водоемов
Купание в море не только приятно, но и полезно. Многие стремятся провести отпуск на морском побережье, чтобы поправить здоровье и укрепить иммунитет с помощью теплого климата, целительного воздуха и воды. Богатый целебными веществами состав морской воды делает ее настоящим природным лекарством, оказывающим благотворное воздействие на здоровье и общее состояние человека.
Чем же именно полезна морская вода? Во время принятия морских ванн кожа впитывает все соли, минералы и микроэлементы, содержащиеся в воде. Через кожный покров все это эти ценные вещества постепенно поступают в организм.
Благодаря своим уникальным свойствам, она способствует:
- закаливанию и повышению жизненного тонуса;
- похудению;
- укреплению сердца и сосудов;
- нормализации артериального давления;
- улучшению кровоснабжения внутренних органов;
- активизации всех жизненно важных для организма процессов;
- укреплению мышц;
- укреплению нервной системы;
- нормализации обменных процессов;
- активизации работы мозга;
- повышению иммунитета;
- профилактике вирусных и воспалительных заболеваний.
Необычайно благотворно вода из моря воздействует на кожу лица и тела:
- питает кожаные покровы необходимыми веществами;
- повышает упругость кожи;
- заживляет мелкие ранки;
- оказывает укрепляющий и увлажняющий эффект;
- способствует прекращению воспалительных процессов;
- активизирует кровообращение;
- выравнивает кожу;
- помогает бороться с целлюлитом;
- способствует регенерации клеток.
Воздействие морской воды на кожу можно сравнить с гидромассажем. Однако не забывайте, что она повышает чувствительность кожи к воздействию ультрафиолетовых лучей, и всегда берите с собой на пляж качественный защитный крем.
Вода из моря очень полезна для волос и ногтей . Ногтевая пластина благодаря соленой воде укрепляется, растет быстрее, перестает слоиться и ломаться. На здоровые ногти всегда идеально ложится любой маникюр.
Что касается волос, то, питая их необходимыми микроэлементами, вода из моря помогает сохранить их красоту и здоровье. Защитная маска из полезных веществ, обволакивающая волосы при купании в море, создает эффект укладки для мягких и тонких волос.
Однако у некоторых людей после принятия морских ванн волосы теряют блеск, становятся жесткими и ломкими. Чтобы избавиться от такого нежелательного влияния, достаточно ополоснуть волосы пресной водой, но, если вода слишком соленая, то следует купаться в шапочке или применять специальные средства защиты волос.
Купание в холодной воде отлично тонизирует и является хорошей гимнастикой для сосудов, а с помощью подогретой воды лечат стрессы и заболевания суставов.
Необычайно полезна такая вода и для людей с варикозным расширением вен .
Морская вода является отличным средством профилактики таких заболеваний, как хронический бронхит, ангина, ларингит, ринит, фарингит, синусит, тонзиллит и аденоидит. Не случайно после пары недель, проведенных у моря, даже люди с хроническими заболеваниями, к примеру, с обостряющейся каждую зиму ангиной, надолго забывают о своих недугах.
Действуя подобно антибиотику, морская вода способствует быстрому заживлению ссадин, порезов, укусов насекомых.
А знаете ли вы, почему моряки всегда отличались отменным зрением? Секрет прост: один из лучших видов тренировки для глаз - разглядывание далекого морского горизонта.
Вред
Преимуществом морской воды является то, что она крайне редко вызывает аллергию. Но, если такое случается, чаще всего проявляется она в виде крапивницы. Причиной такой реакции может стать слабый иммунитет, болезнь почек, печени. В таком случае купание в море является вредным.
Иногда, из-за высокой концентрации соли, морская вода иногда вызывает зуд, который проходит после принятия душа. Если не просушить кожу полотенцем, она может стать чрезмерно сухой. Слишком соленая вода при попадании в глаза может вызвать болезненные ощущения, связанные с раздражением слизистой оболочки.
Активное воздействие солнца и соленой воды представляют опасность для людей с онкологическими заболеваниями и гиперфункцией щитовидной железы.
Способы применения морской воды для организма
Выше уже подробно говорилось о том, как благотворно воздействуют на состояние человеческого организма морские ванны. Но что делать, если нет возможности поехать к морю? Целебную воду можно приготовить и в домашних условиях. Разведя 500 г морской соли в ванне, вы сделаете настоящий подарок своему телу.
Благодаря сильным противовоспалительным свойствам, океаническая вода способна уничтожать огромное количество болезнетворных микроорганизмов. Поэтому врачи советуют использовать ее для полоскания горла и промывания носа во время простуды.
Чтобы приготовить состав для полоскания горла, смешайте ложку морской соли, стакан теплой воды, несколько капель йода. А вот рецепт раствора для промывания носа, особенно рекомендуемый для лечения разных форм синусита: 2 чайные ложки нужно развести в 1 литре воды.
Морскую воду, необходимую для обработки воспаленных дыхательных путей, можно приобрести и в аптеке, где она продается в виде спреев. Для приготовления ванночки для ног нужно развести 2 ст. л. соли на миску воды.
Чем обусловлена польза морского воздуха
В легких происходит газообмен и состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха изменяется. При этом происходит насыщение крови различными полезными веществами. На содержание разных газов в воздухе влияет: местонахождение, погода и время года.
Воздух вблизи моря или океана наполнен мельчайшими капельками целебной воды, питающими организм всеми необходимыми для него веществами. Попадая через кожу и дыхательные пути в организм, они укрепляют его изнутри, являясь мощным профилактическим средством, особенно для людей, склонных к частым простудам и кожным болезням.
Не случайно лечение полезным морским воздухом активно применяется в санаториях. Огромный оздоровительный эффект оказывают такие методы, как воздушные ванны и сон возле моря, особенно когда возникают высокие волны и пенные «барашки» способствуют образованию солевых аэрозолей.
Как морская вода, так и воздух вблизи соленых водоемов являются одними из самых эффективных природных лекарств. Несмотря на то, что воду из моря категорически нельзя употреблять в качестве питья, есть множество способов воспользоваться ее уникальными целительными свойствами. Побольше купайтесь в море, принимайте воздушные ванны и глубже дышите морским воздухом - и вы получите заряд здоровья, энергии и позитива.
Видео по теме
Прежде чем говорить о морской воде, вспомним немного из того, что мы вообще знаем о воде. Со школьной скамьи мы знаем, что более двух третей поверхности земли покрыты водой. В основной своей массе это вода соленая. Впрочем, надо сказать, что совершенно пресной, дистиллированной воды в природе нет, она может быть получена только искусственно. Природные же воды содержат то или иное количество солей. Например, в дождевой воде содержится 1 грамм соли на 30 килограммов воды. Конечно, такую воду мы называем пресной.
Издавна существовал у людей культ воды. Их фантазия поселила в море многих богов, самым могущественным из которых был Нептун у римлян, Посейдон у греков. Речной и дождевой водой управляли другие боги. Интересно, что еще сто лет назад крестьяне на острове Сицилия после многих бесплодных обращений к святому Андрею, покровителю воды, с просьбой вызвать дождь, потеряли наконец терпение и решили повесить статую незадачливого покровителя, объявив коротко: «Дождь или веревка».
Лишь три процента воды на земном шаре - пресные, или те, что мы называем пресными водами. И распределены они по территории суши крайне неравномерно. Чтобы сохранить воду, прибегают к разным методам: закачивают в почву глинистые растворы, чтобы уменьшить фильтрацию в грунт, покрывают поверхность водоемов специальными синтетическими пленками и т. п. Между тем многие засушливые районы расположены вблизи воды, правда, соленой, морской. Например, безводный степной Крым окружен морем. Да и на южном берегу Крыма недостаточно воды. Правда, система гидротехнических мероприятий, строительство которой сейчас осуществляется, позволит в значительной степени восполнить этот пробел природы, но как раз здесь было бы целесообразно использовать также опресненную морскую воду.
Установки, опресняющие морскую воду, успешно работают в различных районах Советского Союза и за рубежом. В городе Шевченко на берегу Каспийского моря, например, такая установка дает 450 литров пресной воды в сутки на каждого человека. Опресняют здесь воду в основном выпариванием, но применяют и другие способы, например, химический (поглощение солей ионообменными смолами) и электрохимической (собирание ионов солей электродами). Стоит вопрос об опреснении воды и в некоторых дальневосточных районах. Там это будет выгодно еще и потому, что полученную соль можно будет использовать для засола рыбы. Сейчас соль на Дальний Восток приходится возить эшелонами за тысячи километров. Есть смысл использовать опыт японских специалистов, построивших завод по комплексной переработке морской воды. Этот завод при переработке 4000 тонн морской воды дает 3000 тонн пресной воды, 110 тонн поваренной и глауберовой солей, 16 тонн магния, 17 тонн хлора и прочих веществ. Конечно, такая комплексная переработка морской воды будет выгодна не только для районов Дальнего Востока, но и для других побережий, которые нуждаются в пресной воде.
Отметим еще ряд общих особенностей воды, прежде чем переходить к рассказу о водах Черного моря. Известно, например, что вода обладает большой теплоемкостью. При нагревании она поглощает большое количество тепла, а при остывании излучает его. Поэтому прибрежные районы обычно теплее районов, расположенных на той же географической широте, но удаленных от моря. Если же по берегам моря стоят еще высокие горы, которые не позволяют теплу распространяться далеко, то климат прибрежных районов будет еще теплее. Такие условия и существуют у нас на Черном море в районах советских субтропиков. Это - самые северные субтропики на земном шаре. Сочи, например, расположен на широте Владивостока и Нью-Йорка, где климат, как известно, более суровый, чем в Сочи.
Еще одно свойство воды - на ее испарение требуется большое количество тепла. Какую роль играет это свойство? Если бы при испарении требовалось мало тепла, то многие реки и озера высыхали бы летом до дна.
Часто говорят, что вода - носитель жизни, океан - колыбель жизни. Действительно, первые организмы зародились в воде и до сих пор многие живут в этой питательной среде. Перемещаясь из одного района в другой и сверху вниз, вода переносит органическое вещество и кислород для питания животных и растений. Там, где ослабляются такие перемещения, например, в глубинах Черного моря, исчезает жизнь.
Черное море - самое теплое наше море. Температура воды на его поверхности в течение полугода выше 16 градусов, а летом более 25 градусов. Зимой поверхность основной части моря охлаждается до 6-8 градусов. Заливы в его северо-западной части, как правило, замерзают, ветры неоднократно ломают лед, образуя торосы до 3 метров высоты. В отдельные годы в районе Одессы применяют ледоколы для вывода судов в море.
Резкие колебания температуры возникают при сгонно-нагонных ветрах. Сгон воды приводит к ее охлаждению, нагон - к распространению тепла вглубь. В Крыму однажды при сгонном ветре за несколько часов температура воды упала на 12 градусов (с 23 до 11).
Исключительным постоянством отличается температура воды з глубине моря: начиная с 200 метров до самого дна, и летом и зимой держится температура 8-9 градусов тепла.
Чем морская вода отличается от речной? Всякий скажет: тем, что морская вода соленая. Соленость воды определяется количеством граммов солей, приходящихся на килограмм морской воды. Интересно сравнить соленость воды различных морей и Мирового океана;
Количество граммов солей, приходящихся на 1 килограмм морской воды:
Мировой океан | 35 - 36 |
Средиземное море | 37 - 39 |
Красное море | 41-60 |
Черное море: | |
Черное море: на поверхности в основной части | 17-18 |
Черное море: в северо-западной части | 8-13 |
Черное море: у дна | 22-22,5 |
Каспийское море | 11-13 |
Азовское море | 9-10 |
Из приведенной таблицы видно, что соленость Черного моря в два раза ниже, чем океанских вод, но в два раза выше солености Азовского моря и в полтора раза - Каспия. Многие считают Каспийское море очень соленым. Такое представление неправильно, сильно осолоненными являются лишь залив Кара-Богаз-Гол и ряд более мелких заливов. Кстати, самое соленое из всех морей земного шара Мертвое море, расположенное в Палестине, содержит до 300 граммов солей на 1 килограмм морской воды.
В это море впадает только река Иордан, и ни одна река из него не вытекает.
Вода в этом море настолько плотная, что нельзя утонуть. Можно не только лежать, но и сидеть на поверхности воды. Рассказывают, что римский император Тит велел сковать и бросить в Мертвое море непокорных рабов. Каково же было его изумление, когда он увидел, что они не тонут.
Мертвым море названо по другому признаку. Дело в том, что в воде такой солености нет жизни. В Черном море на глубинах тоже нет жизни, хотя соленость там невысокая. Но об этом мы поговорим позднее, а сейчас остановимся еще на одном важном свойстве морской воды.
С изменением солености меняются свойства и вкус воды, но есть нечто общее, что объединяет и опресненное Черное море, и осоложенное Красное, и Мировой океан. Дело в том, что, несмотря на разницу в солености, состав солей, растворенных в морской воде, исключительно постоянен. Почему? Состав солей в море регулируется животными и растениями. Даже маленькая рыбка весом 100 граммов пропускает через себя 20-30 кубических сантиметров воды в минуту. А сколько воды пропускают огромные обитатели океана!
Известно, что когда образовался первичный океан и не было еще животных организмов, состав солей этого океана был иным. Сейчас в морской воде основные соли содержатся в следующих количествах (процентов):
В отдельных морях наблюдаются лишь небольшие колебания состава солей, не превышающие одного процента. Так, в Черном море по сравнению с Мировым океаном содержится несколько больше углекислого кальция и хлористого калия, но меньше сернокислого кальция.
Незначительное изменение солевого состава несколько приближает черноморскую воду к речной (не по солености, а по составу солей).
Интересно сравнить состав солей (в процентах) морской и речной воды.
Таким образом, в морской воде преобладают хлориды, а в речной - карбонаты. Кроме того, в морской воде гораздо меньше органических соединений, чем в речной, так как эти соединения поглощаются многочисленными жителями моря.
Соленый вкус придает морской воде хлористый натрий (поваренная соль), а горький привкус - хлористый магний и сернокислый магний (или английская соль). В настоящее время в ее составе открыто 60 различных элементов, но предполагают, что в ней содержатся все элементы, имеющиеся на Земле, только некоторые из них до сих пор не открыты.
В виде заряженных частичек - ионов в морской воде есть железо, медь, олово, цинк, свинец. Есть здесь и золото, и серебро, и радий, и радон, и бром, и йод, но многие из них имеются в очень малых количествах. Например, на тонну морской воды приходится 1 миллиграмм серебра, а золота и того меньше. Несмотря на такое, казалось бы, незначительное его содержание, если бы удалось извлечь все золото из вод всех морей и океанов земного шара, то на каждого жителя Земли пришлось бы по полтора миллиона рублей золотом!
Получают золото из морской воды с помощью ионитов - ионообменных смол, которые способны присоединять к себе ионы растворенных в воде веществ. К сожалению, золото, добытое таким путем, еще очень дорого; стоимость затраченной на его получение энергии в пять раз больше, чем стоимость добытого золота.
Морская вода представляет собой сложное химическое соединение. Она образовалась на протяжении миллионов лет.
Морская вода обладает рядом целебных свойств. Исключительно благотворное влияние она оказывает на организм человека. При купании мы ощущаем прохладу, особенно приятную в жаркий день. Вода уменьшает вес человека (помните закон Архимеда?). Самые полные люди чувствуют себя в море легко и свободно. Находясь в море, мы всегда совершаем какие-то движения, это приводит к усилению дыхания, обмена веществ, к улучшению аппетита и пищеварения. Не удивляйтесь, если вы загорите при купании, хотя совсем не лежали на пляже: это произошло потому, что поверхностный слой моря прекрасно пропускает ультрафиолетовые лучи, вызывающие загар тела. Исключительно полезен для человека морской воздух, насыщенный кислородом, солями хлористого натрия, кальция, магния, йода, брома, мельчайшими долями радиоактивных веществ. Медицина практикует в настоящее время даже особый способ лечения некоторых заболеваний легочных путей: больных помещают у специальных фонтанов, распыляющих вокруг влагу. Называется этот способ гидроаэронизацией. Море - это естественный гидроаэронизатор. Больные гипертонией, бронхиальной астмой чувствуют у моря облегчение дыхания, потому что у моря много озона и ионов кислорода. Присутствием озона объясняют и то, что в морском воздухе нет микробов, озон убивает их.
Благотворно воздействие моря на нервную систему человека. Успокаивающе действует мерный плеск волн и шорох гальки, прохлада воды при купании. Даже цвет моря и прибрежной растительности оказывают влияние на наше самочувствие.
Однако море и солнце, при чрезмерном употреблении этих сильнодействующих средств, могут превратиться из ваших друзей во врагов. Нельзя купаться до появления озноба или «гусиной кожи». Людям, страдающим одышкой, нельзя быстро плавать. И, конечно, только вред может принести человеку многочасовое «дежурство» на пляже в погоне за бронзовым цветом кожи.
Целебные свойства морской воды издавна использовались человеком. Многим известно, как благотворно действует морская вода при полоскании горла в случае легкой простуды. В воде быстро затягиваются мелкие ранки (конечно, с большой кровоточащей раной входить в воду не следует во избежание инфекции),
В настоящее время морскую воду употребляют в качестве одной из составных частей при изготовлении ряда лекарств, например, для лечения некоторых глазных и ушных болезней. Врачи иногда вводят морскую воду (несколько разбавленную и, разумеется, дезинфицированную) в мышцу человека, в качестве физиологического раствора для поддержания жизнедеятельности организма.
По своему гидрологическому режиму Черное море резко отличается от других морей. У него сильно опресненный и, следовательно, более легкий поверхностный слой (летом он теплый) лежит на более плотном, соленом нижнем слое. Наличие двух слоев постоянно поддерживается выносом пресных вод из рек и опресненных вод из Азовского моря, а также глубинных (плотных) - из Мраморного. Обмен вод между этими слоями очень слаб. Для чего же нужен этот водообмен? Прежде всего и в основном для распространения кислорода в глубину, для так называемой аэрации глубин. Кислород образуется в поверхностных слоях моря. Вглубь он распространяется путем вертикального водообмена. Там, где нет вертикального движения вод, нет и кислорода в глубинных слоях. Такой случай мы и наблюдаем в Черном море.
Значительный летний перегрев массы воды способствует накоплению тепла на зиму. Большой теплозапас моря, как и любое явление, следует рассматривать многосторонне. Положительно то, что море не замерзает в основной своей части и что оно обогревает зимой берега (климатообразующий фактор). Отрицательным следствием является то, что поверхностные, сильно прогретые воды не могут в значительной степени охладиться за период короткой черноморской зимы. Слабое зимнее охлаждение при условии относительно небольшой солености приводит к очень небольшому увеличению плотности и, следовательно, к незначительному опусканию поверхностных вод (не более 200 метров). В нижних слоях образуется застой воды, туда не проникает кислород с (Поверхности моря, поэтому там отсутствует и жизнь.
Правда, нельзя сказать, что в Черном море совершенно отсутствует обмен поверхностных вод с глубинными. Гипотеза о таком водообмене была выдвинута профессором В. А. Водяницким и подтверждена другими учеными. Косвенным доказательством наличия вертикального водообмена является то, что с течением времени поверхностные слои моря не опресняются, а глубинные не осолоняются. Советскими учеными были найдены также и прямые доказательства наличия водообмена между слоями. Основные причины его - так называемые поперечные глубинные течения, захватывающие слои до 1000 метров в глубину, а также термическое перемешивание, возникающее вследствие воздействия тепла земной коры и в результате гнилостных процессов у дна. Правда, вертикальные движения в Черном море очень слабы. Подсчитано, что частице воды требуется от 80 до 430 лет, чтобы пройти путь от самых больших его глубин до поверхности. Хотя это срок и не малый, но здесь важен сам факт наличия вертикального движения. Поэтому советские ученые, конечно, не могли согласиться с предложением ряда зарубежных ученых сбрасывать остатки атомных производств в Черное море.
Кроме солей, в морской воде растворено значительное количество газов: кислород, углекислота, сероводород, азот и другие. Чем ниже температура и соленость воды, тем больше газов растворено.
О роли кислорода, растворенного в морской воде, мы уже говорили. Обычно в поверхностных слоях моря содержится 5-10 кубических сантиметров кислорода на литр воды.
Источником сероводорода является разложение остатков водных организмов. Как было установлено полвека тому назад выдающимся русским химиком Н. Д. Зелинским, сероводород в Черном море имеет биохимическое происхождение. Ученый показал, что обитающие в большом количестве в глубинах моря особые бактерии, живущие в бескислородной среде, разлагают трупы животных и растений на ряд более простых химических соединений, которые вступают во взаимодействие с солями морской воды. В результате этой реакции и образуется свободный сероводород. В Черном море, где водообмен практически происходит до глубины 150 - 200 метров, а на дно постоянно идет «дождь трупов» растительных и животных организмов, содержание сероводорода достигает 7,5 кубического сантиметра на литр воды, а общее количество сероводорода в Черном море составляет миллиард тонн. В течение последних 1-2 тысяч лет это количество сохраняется примерно постоянным. Хотя все время происходит образование сероводорода в глубинах моря, но параллельно с ним идет процесс окисления сероводородаругими бактериями, обитающими на дне и в глубинах Черного моря. Бактерий называют великими тружениками. Их многовековая работа может создать целые острова, например, Багамские острова состоят из углекислого кальция, осаждаемого бактериями. Есть бактерии, поедающие нефть. Нефть давно бы покрыла пленкой все моря и океаны, если бы не эти бактерии. В Черном море железобактерии, образно говоря, создали Керченский полуостров. В течение тысяч лет реки выносили закисное железо, бактерии превращали его в окись железа, которое теперь лежит 20-метровой толщей руд на Керченском полуострове. Есть даже бактерии, которые поедают асфальт. Это уж не труженики, а разрушители.
Серобактерии, такие же, как в Черном море, окисляли сероводород в древних озерах и болотах, превращали его в чистую серу. Впоследствии на местах этих озер и образовались залежи серы. Сейчас потребность в сере все возрастает. Развивающаяся химия требует все больше серы для изготовления пластмасс, красок, стекла, удобрений. Со временем запасы серы могут истощиться, поэтому ученые уже сейчас работают над заселением такими бактериями современных болот, чтобы в будущем здесь образовались запасы серы. Будет разработан также метод использования и черноморского сероводорода. Кроме того, условия, существующие на дне Черного моря, очень напоминают условия в древних водоемах, где происходило образование нефти при разложении остатков животных без доступа кислорода. Поэтому если на дне Черного моря в настоящее время идет процесс образования нефти, то в будущем можно будет ее использовать.
Сероводород в Черном море не является единственным исключением на земном шаре. Сероводород содержится в значительных количествах в некоторых норвежских фиордах, в глубоководных частях Каспийского моря и в других районах, где затруднен вертикальный водообмен. В других морях по той или иной причине перемешивание вод происходит гораздо глубже, часто до дна. Такими причинами могут быть либо осенне-зимнее охлаждение воды, либо льдообразование, либо летнее испарение в соленых водах. Там, где нет больших вертикальных движений воды, происходит ее застой, а разложение органических остатков приводит к образованию сероводорода.
Глубина залегания сероводородного слоя в Черном море не везде одинакова. У берегов Крыма верхняя граница этого слоя лежит на глубине 150 метров, у берегов Кавказа - 200 метров, а в центральной части моря 80-100 метров. Поверхность сероводородного слоя в море поднимается к центру в виде купола и опускается у берегов. Такое положение поверхности сероводородного слоя - следствие большего перемешивания вод а прибрежной части.
Часто от отдыхающих в Сочи можно слышать вопрос: связаны ли мацестинские воды с сероводородом Черного моря? К сожалению, в настоящее время это еще не выяснено. Есть среди исследователей сторонники как положительного, так и отрицательного ответа на этот вопрос. Относительно происхождения мацестинских вод имеется несколько гипотез: одни ученые предполагают, что воды из глубинных слоев Черного моря поступают по трещинам под Кавказские горы, при соприкосновении с горными породами состав вод несколько меняется; другие считают, что мацестинские воды поступают в скважины из недр земли и не связаны с водами Черного моря; третьи объясняют происхождение мацестинских источников проникновением по трещинам обычных дождевых вод, которые при движении в горных породах насытились солями и газами; наконец, четвертые считают, что мацестинские воды - это погребенные в недра Земли древние морские воды.
Пожалуйста подождите...
Распространение морских льдов
Площадь распространения морских льдов меняется по сезонам от 9 до 18 млн км² в Северном полушарии и от 5 до 20 млн км² в Южном. Максимальное развитие ледяного покрова в Северном полушарии наблюдается в феврале-марте, а в Антарктике - в сентябре-октябре. В целом на земном шаре морские льды с учетом сезонных колебаний покрывают 26,3 млн км² при средней толщине покрова около 1,5 м. Морские льды образуются во всех морях Северного Ледовитого океана. Зимой они формируются также в Беринговом, Охотском, Азовском, Аральском и Белом морях, в Финском, Ботническом и Рижском заливах Балтийского моря, в северных частях Японского и Каспийского морей и временами на северо-западном побережье Черного моря.
В Арктике выделяют шесть градаций однолетних и многолетних льдов, различающихся по толщине и времени их существования. Однолетний лед называется тонким при толщине 30-70 см, средней толщины - от 70 до 120 см и толстым - более 120 см. Двухлетние льды имеют толщину 180-280 см, трех- и четырехлетние - 240-280 см. Толщина многолетних льдов достигает 280-360 см. В период максимального развития ледяного покрова в Северном Ледовитом океане многолетние льды занимают 28% общей площади, двухлетние - 25%, однолетние и молодые - 47%.
В Южном полушарии ледяной покров развивается с апреля по сентябрь концентрически вокруг Антарктиды. Многолетние льды там практически не встречаются, а двухлетние занимают менее 25% площади максимального развития льдов.
Морские льды образуются под совместным воздействием теплоотдачи с поверхности воды в атмосферу, переохлаждения воды и при наличии ядер конденсации. Все физико-химические свойства морского льда зависят от солености воды, из которой он образовался. Так как температура замерзания морской воды непостоянна и понижается по мере роста солености воды, то образование морского льда происходит более медленно, чем пресного льда.
Природная вода никогда не бывает химически чистой. Даже атмосферная влага содержит различные примеси (растворенные газы, пыль, микроорганизмы и т. п.), которые улавливаются ею из воздуха. Химический состав гидросферы в целом оценивают по составу морских и океанических вод.
Несмотря на ряд физико-химических, биологических и геологических процессов, происходящих в морской воде, ее солевой состав практически постоянен (это константа планеты Земля). Особенно это относится к районам, удаленным от береговой линии. Меняется лишь концентрация растворенных веществ, главную массу которых составляет поваренная соль (NaCl).
Химические элементы морской воды находятся в различных соединениях, главные из которых приведены в табл.
Таблица - Главные составные части морской воды
Наименьшая соленость (почти ноль) наблюдается близ устьев рек. В приполярных областях из-за таяния льдов соленость океанической воды снижается до 33 и даже до 31‰.
Значительно более изменчива соленость воды в морях, особенно имеющих слабую связь с океаном или полностью ее утерявших. Соленость в таких морях может сильно изменяться в зависимости от интенсивности испарения, определяемой климатом, стока пресных вод с континента и других условий.
Примером моря с повышенной соленостью может служить Красное море, в которое не впадает ни одна река с окружающей его пустынной суши, имеющей большое испарение. На юге соленость моря еще близка к солености прилежащих участков Индийского океана и равна 39‰, но на севере, в Суэцком и Акабском заливах, она достигает 41‰, а зимой повышается даже до 52‰. Придонные воды центральной части Красного моря имеют необычайно высокую соленость. Здесь на глубине 2 тыс. м советской экспедицией на исследовательском судне «Академик С. Вавилов» была установлена соленость 280,7‰.
Наоборот, Черное море, расположенное в более холодном климате, где испарение происходит менее интенсивно, и принимающее в себя пресные воды таких мощных речных артерий, как Дунай, Днестр, Днепр, Дон, Кубань, имеет соленость всего 18‰ – в активной части, 1–9‰ – у берегов. В Азовском море соленость составляет 11–13‰. Еще более низкой соленостью обладает Балтийское море, на опреснение которого влияют те же причины. Соленость его на западе – 7‰, а в Ботническом и Финском заливах падает до 2–5‰. В восточном конце Финского залива, близ Санкт-Петербурга, в так называемой Невской губе, или в Маркизовой луже, она понижается даже до 1‰.
В некоторых замкнутых бассейнах соленость воды в разных их частях изменяется еще резче. Классическим примером может служить Каспийское море, в настоящее время полностью потерявшее связь с океаном и фактически превратившееся в озеро. Близ устьев крупных рек (Волги, Урала, Терека, Куры) вода в Каспии сильно опреснена (7,5‰). В северо-восточной зоне вода бывает настолько пресной под влиянием нагона сюда юго-западными ветрами воды из р. Урала, что местные жители используют ее для хозяйственных надобностей. А в заливе Кара-Богаз-Гол, который расположен в условиях весьма засушливого климата и почти совсем лишен притока пресных вод с суши, соленость достигает 186‰ – величины, при которой начинается выпадение из воды некоторых растворимых солей (мирабилита).
В последние десятилетия из-за уменьшения притока речных вод уменьшается глубина Аральского моря и возрастает соленость воды. Даже в наиболее глубоководной – западной его части соленость достигает около 60‰, а в восточной, испаряющейся части моря еще больше (раньше было 10–12‰).
Соленость морской воды изменяется как во времени, так и в пространстве. Это обусловлено непостоянством соотношения между испарением с водной поверхности (Е) и фактором опреснения вод (атмосферные осадки Р, речной сток Q, таяние льда и т. д.). В периоды и в районах, характеризующихся резким преобладанием Е над (P + Q), концентрация солей возрастает. Так, в тропической и субтропической зонах сохраняется соотношение Е > (P + Q). Поэтому между 15 и 25о широты каждого полушария отмечается самая высокая соленость открытой части Мирового океана, составляющая 37,5‰ и несколько более. У экватора обильные осадки значительно превосходят испарение Р >> Е. Поэтому здесь соленость воды на поверхности чаще всего ниже средней (34,0–34,7‰). В умеренных и высоких широтах обычно наблюдается неравенство Е < (P + Q), и поэтому значение S с приближением к полюсам уменьшается до 30‰.
Сезонные колебания S характерны до глубины 150 м, где сильнее всего сказывается соотношение Е и P + Q. Ниже 150 м от водной поверхности вертикальное распределение солености зависит от интенсивности переноса воды. В то же время местные физико-географические условия отдельных морей и океанов вносят определенный вклад в изменения солености по глубине. Особенно велика в этом роль различных видов волн, поверхностных и глубинных течений, способствующих созданию определенного профиля (типа) вертикального распределения S.
Между Мировым океаном, атмосферой и сушей постоянно происходит солеобмен. В обмен между океанами, по А. М. Гриценко и В. Н. Степанову , вовлекается около 7·1017 кг солей. Причем основная масса солей переносится в антарктической части Мирового океана, где водообмен особенно значителен. Вынос солей из океана в атмосферу, по Эриксону и Бруевичу, происходит при испарении и разбрызгивании воды во время волнения в размере около 5·1012 кг/год. Солеобмен между Мировым океаном и сушей составляет около 5·1011 кг/год; применительно к отдельным океанам эта величина изменяется от 1010 кг/год (в Северном Ледовитом океане) до 26 · 1010 кг/год (в Тихом океане). Такой солеобмен обеспечивает относительное постоянство солености морей и океанов в те
Итак, химический состав всех частей гидросферы тесно связан между собой. Как утверждал В. И. Вернадский, «…главная масса химических элементов вносится в гидросферу из литосферы деятельностью рек, и главная масса возвращается из гидросферы в литосферу путем более или менее сложных выделений веществ из водных растворов» . Воды гидросферы в результате испарения поступают в атмосферу и затем выпадают в виде осадков. Последние проникают в горные породы и выщелачивают их. Продукты разрушения сносятся в Мировой океан и накапливаются там в виде твердых осадков.
Реки сносят в Мировой океан не только продукты разрушения горных пород. В связи с бурным развитием промышленности, транспорта, городов, земледелия (тем более со все возрастающим использованием минеральных удобрений) в последние десятилетия началось загрязнение речных потоков различными химическими и органическими веществами, что ведет к загрязнению морской воды. Кроме того, ее загрязняют морские суда, особенно танкеры.
Производственно-хозяйственная деятельность человека вызывает так называемое антропогенное загрязнение речных и морских вод. Такое загрязнение не ограничивается только природными водами. Оно распространяется на речное и морское дно и берега. Все это вместе взятое способствует нарушению биохимического равновесия водных масс, изменению химического состава воды и ее физических свойств. Поэтому охрана природных вод, сохранение их химического состава в «первозданном виде» – важнейшая задача современной науки и практики.
В морской воде всегда растворено большое количество различных газов. Большая часть из них проникает в воду из атмосферы, с которой морские воды находятся в тесном взаимоотношении. Это подтверждается близостью состава газов, образующих атмосферу, и газов, растворенных в морской воде. И в том, и в другом случае основную роль играют азот и кислород, содержание которых и в воздухе, и в морской воде близко и в количественном соотношении. Так, содержание азота в морской воде составляет 65%, а кислорода – около 35%.
Общее количество растворенных в воде газов зависит от температуры и давления: при понижении температуры и увеличении давления количество газов увеличивается. Поэтому наблюдается, как правило, уменьшение содержание газов в морской воде от полюсов к экватору. В высоких широтах в 1 л воды содержится до 8 см3 газа, а у экватора этот показатель падает до 5 см3.
Особенно большое значение имеет содержание в воде кислорода, необходимого для жизни большинства морских организмов. Кроме того, в океане кислород расходуется при разложении отмерших остатков организмов и в процессах окисления, протекающих в водной среде. Поглощение кислорода из воздуха поверхностным слоем воды происходит путем диффузии. Взбалтывание воды при волнении резко увеличивает поглощение кислорода. Проникновению кислорода на глубину способствует перемешивание воды вертикальными конвекционными токами и циркуляционными течениями, всегда существующими в морях и океанах. Кроме того, кислород поступает в морскую воду в результате процесса фотосинтеза, осуществляемого морскими водорослями. В сезоны максимального развития водорослей содержание кислорода в морской воде может достигать 180% обычной нормы, тогда как зимой относительное содержание кислорода в поверхностном слое воды падает до 80–90%. В среднем его содержание в верхнем 100–150-метровом слое колеблется от 4,0 мг/дм3 у экватора до 7,0–8,0 мг/дм3 – в полярных районах. С глубиной содержание кислорода уменьшается до 2,5–3,0 мг/дм3. Количество кислорода, растворенного в океане, составляет 8 ·1018 г, что почти в 150 раз меньше его содержания в атмосфере.
Главным поставщиком азота (N2) является атмосфера. В морской воде он содержится в свободном состоянии, и его количество с повышением температуры и концентрации солей уменьшается.
Кроме азота и кислорода, в морской воде содержатся и другие газы, из которых наиболее важны углекислый газ и сероводород. В Мировом океане содержится 1,4 · 102 г диоксида углерода (CO2), что почти в 60 раз больше его содержания в атмосфере. Углекислота поступает в морскую воду в основном из атмосферы, выделения из земной коры на дне океанов, в результате жизнедеятельности органического мира океанов и морей (в частности, она выделяется в процессе дыхания морских организмов), а также при разложении органических веществ. Иногда углекислый газ выделяется при извержениях вулканов непосредственно на дне моря. Количество свободной углекислоты в океане в 15–20 раз больше, чем в атмосфере. Вследствие этого океан является своего рода резервуаром, регулирующим распределение этого газа в воздушной и водной оболочках Земли. Более холодные полярные воды поглощают углекислоту легче, чем теплые приэкваториальные. Поэтому в полярных районах углекислота переходит из атмосферы в океан, а в тропиках происходит выделение углекислоты из морской воды в атмосферу.
Углекислота содержится в морской воде не только в свободном виде (0,51–0,44 см3 в 1 дм3 воды), но и в химически связанном – в форме карбонатов и бикарбонатов (СаСО3, СаНСО3). Общее количество его в морских водах очень велико. Между свободной и химически связанной углекислотой, содержащейся в морской воде, существует сложное подвижное равновесие. Так как растворимость углекислоты повышается с понижением температуры, то в холодных водах свободной СО2 больше, чем в теплых, и соответственно большее количество химически связанной углекислоты удерживается в растворенном состоянии. При повышении температуры воды количество СО2 в ней уменьшается, равновесие между свободной и химически связанной углекислотой нарушается и последняя выпадает в осадок в виде труднорастворимых карбонатных солей. Эти реакции имеют большое значение и как регуляторы содержания свободной кислоты в растворе, и как причина обогащения донных осадков карбонатами Са и Mg.
Сероводород присутствует в морской воде в небольшом количестве (доли см3 в 1 дм3 воды). Только в исключительных случаях – в глубоких слоях воды некоторых замкнутых морских бассейнов, в зонах слабой подвижности вод, куда свободного кислорода поступает мало – Н2S может накапливаться в больших количествах (до нескольких см3 в 1 дм 3 воды). Наиболее ярким примером подобного бассейна является Черное море, в
котором ниже глубины 200 м начинается зона сероводородного заражения. Сероводород является сильным восстановителем, поэтому кислород здесь отсутствует (сероводород легко соединяется с кислородом, образуя кислоты H2SO3, H2SO4 и др.). Здесь нет никаких организмов, кроме некоторых анаэробных бактерий, способных жить при отсутствии свободного кислорода. Поэтому большая часть толщи воды Черного моря является почти безжизненной.
Исследованиями причин возникновения сероводородного заражения Черного моря занимался Н. И. Андрусов. Он высказал предположение о том, что сероводородное заражение в Черном море возникло в результате гниения огромного количества морских организмов, погибших от изменения условий при вторжении в замкнутый и сильно опресненный бассейн, каким было Черное море в недавнем прошлом, соленых средиземноморских вод. Гидрологическими исследованиями установлено, что в Черном море ниже 200 м отсутствует вертикальная циркуляция воды, что также способствует сохранению обстановки сероводородного заражения на больших глубинах. Источниками сероводорода могут быть, помимо гниения органического вещества, и другие процессы. Сероводород может выделяться из магматических очагов на дне океанов (ювенильный сероводород), а также возникать в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий, восстанавливающих сульфаты.
Сероводородное заражение известно и в других морских бассейнах, где вертикальное перемешивание толщи воды ослаблено или отсутствует хотя бы в отдельные сезоны года. Так, например, сезонное сероводородное заражение, хотя и в гораздо более слабой степени, чем в Черном море, наблюдается в глубоководной впадине Южного Каспия, в некоторых глубоких и узких заливах на Атлантическом побережье Норвегии и даже в Оманском заливе Индийского океана, свободно сообщающемся с открытым морем.
Появление в морской воде анаэробных условий интересно с геологической точки зрения, потому что при этом органическое вещество, поступающее в осадок, разлагаясь при отсутствии кислорода, преобразуется в так называемые битумы, близкие по составу к нефти. По мнению многих ученых, именно таким путем и образуются в земной коре залежи этого ценного горючего ископаемого.
Прозрачность воды, измеряемая глубиной проникновения в толщу воды солнечных лучей, зависит главным образом от поглощения и рассеяния света молекулами воды и растворенных в ней веществ, а также взвешенными в воде минеральными частицами, пузырьками газа и микроорганизмами. В терригенном материале, сносимом реками в океаны, взвесь составляет 2,25 · 1016 г, присутствуют также растворимые и органические вещества. Особенно влияет на прозрачность воды примесь глинистой мути. Во время шторма у берегов, сложенных легкоразмываемыми глинами, вода становится грязно-коричневой в полосе прибоя. Дальше от берега следует полоса воды зеленого цвета, и лишь на большом удалении от берега муть исчезает и море становится таким же синим и прозрачным, как в тихую погоду. Значительное загрязнение воды механическими примесями наблюдается в устьях крупных рек. В сравнительно небольших и мелководных внутренних морях, принимающих в себя много рек, муть не успевает осесть на дно даже в центральных частях бассейна. В этих случаях вода малопрозрачна даже посредине моря и часто имеет зеленоватый (Балтийское море), беловатый (Белое море) и даже желтый (Желтое море у берегов Китая) цвет. В тропических морях вблизи коралловых островов вода часто бывает окрашена в молочно-белый цвет от обилия в ней известковых частиц. Такую воду даже называют «коралловым молоком».
Прозрачность воды имеет большое значение для развития донных организмов. Чем чище и прозрачнее вода, тем на большую глубину проникает в нее солнечный свет, необходимый для роста водорослей, которые в свою очередь служат пищей для разнообразного населения морского дна. В средних и высоких широтах даже при большой прозрачности воды свет проникает на глубину до 200 м. В субтропиках и тропиках, где лучи солнца падают более круто, глубина проникновения света увеличивается до 500, а иногда до 800 м.
Разные области спектра поглощаются водной средой с различной интенсивностью. Поэтому с глубиной меняется не только степень освещенности, но и спектральный состав света. В очень прозрачной морской воде до глубины 50 м освещение зеленое, на глубине примерно 180 м оно сменяется ясно-синим, а на глубине 300 м становится слабым черновато-синим. В связи с этим меняется и преобладающая окраска морских организмов, нередко окрашенных в тона, соответствующие тону освещения.
Океанические (морские) течения как поступательный перенос водных масс на большие расстояния вызываются действием внутренних и внешних сил. Первые из них связаны с различием солености теплой и холодной воды, которое приводит к сложной картине распределения ее плотности и, следовательно, давления по глубине. Внешними являются как астрономические силы, так и силы поверхностного трения между водной поверхностью и движущимся над ней воздухом.
Наряду с действием внутренних и внешних сил (первичных сил) на движущиеся массы морской воды постоянно воздействуют так называемые вторичные силы. К ним относятся сила Кориолиса и сила внутреннего трения между слоями воды. Первая из них отклоняет движущиеся массы воды в Северном полушарии вправо, а в Южном – влево от направления своего движения, обусловленного действием первичных сил. Это отклонение увеличивается от экватора к полюсам и тем больше, чем выше скорость движения частиц воды. Сила внутреннего трения замедляет движение масс воды. На границе раздела двух слоев, движущихся с разной скоростью, возникают вихри, видоизменяющие характер течения.
Течения различаются по ряду признаков. Наиболее важными из них являются периодичность, происхождение, устойчивость, расположение в толще воды, температура и соленость воды.
В зависимости от периодичности океанические (морские) течения делят на периодические и непериодические. Первые из них включают приливные течения, возникающие под влиянием приливообразующих сил в системах Земля – Луна и Земля – Солнце, вторые образуются под влиянием гидрометеорологических причин.
По происхождению непериодические течения подразделяются на плотностные, бароградиентные, стоковые, ветровые и дрейфовые.
Разделение океанических (морских) течений по степени устойчивости связано с изменчивостью вектора скорости и продолжительностью сохранения его в пределах одного направления. По этому признаку течения делят на установившиеся и неустановившиеся. Типичными установившимися течениями являются дрейфовые, неустановившимися – ветровые и бароградиентные.
Установившиеся течения характеризуются постоянством направления, сохранением средней скорости объема переносимых вод. Примером таких течений может служить течение западных ветров в Южном полушарии. Это течение ежегодно переносит вокруг Земли около 6 млн км3, или примерно два объема Средиземного моря.
В зависимости от расположения в толще морской воды течения подразделяются на поверхностные, глубинные и придонные.
Глубинные течения в океанах не соответствуют общей схеме циркуляции на поверхности Мирового океана. Об этом убедительно свидетельствуют результаты экспедиционных и теоретических исследований, выполненных советскими и американскими учеными в последние 35–50 лет. По обобщенным данным, в пассатной зоне стабильных течений в одной и той же точке обнаруживаются течения всевозможных направлений. Перестройка скоростного поля происходит с периодами от нескольких недель до 6 часов. Даже при спокойной поверхности океана в его толще всегда существуют внутренние волны с размахом по вертикали в несколько метров. Все это позволяет заключить, что имеющиеся карты океанических (морских) течений дают лишь приближенную картину их пространственного распределения. Она постоянно уточняется, дополняется и развивается, что дает возможность более эффективно изучать причины и закономерности климатических изменений на Земле и роль Мирового океана в формировании климата и погоды.
Море покрывает большую часть планеты Земля. Но что мы знаем о нем? Из чего состоит морская вода? Каковы ее физические свойства? Чем морская вода отличается от питьевой? И как сделать из одной другую? Постараемся ответить на все эти вопросы по очереди.
Просто соленая вода?
Многие знают, какое море на вкус, а те, кто не знает, догадываются. Оно соленое. Но неужели можно создать море дома, всего лишь смешав соль и воду? Это не совсем так. Количество обычной воды в морской составляет 96,5 %. Остальные 3,5 % - это примеси. Их точный состав удалось выяснить только в конце 19 века, во время кругосветной экспедиции. Но задолго до этого ученые знали, что примеси, делающие воду такой соленой, представляют собой не обычную поваренную соль. На самом деле в море растворены все элементы из периодической системы Менделеева. Их присутствие минимально, но неоспоримо.
В той самой экспедиции были взяты 77 проб воды в разных районах Мирового океана. Тогда было сделано удивительное открытие: несмотря на огромное количество морской воды на поверхности Земли, процентное соотношение основных ионов в ней всегда остается неизменным. Что это значит, разберем ниже. Заодно узнаем, из чего состоит морская вода.
Постоянство солевого состава
Именно это открытие, также называемое законом Дитмара, было сделано в кругосветной экспедиции конца 19 века. Химик, чье имя было дано этой закономерности, выяснил, что в морской воде количественное соотношение главных ионов практически неизменно в различных регионах планеты. Доля остальных веществ настолько мала, что не является существенной и не учитывается при проведении различных гидрохимических исследований.
Главные ионы, т. е. вещества в количестве более 0,01 %, составляют основную массу солей. Именно они главным образом влияют на физические и химические Их количество зависит от разных факторов, в том числе и от условий окружающей среды. Но при общей концентрации соли в морской воде, равной 35,16 ‰, массы примесей имеют четкое значение, приведенное в таблице ниже. Посмотрим, из чего состоит морская вода.
Наименование | Количество, г/кг | Наименование | Количество, г/кг |
Стронций | |||
Борная кислота | |||
Гидрокарбонаты | |||
Сульфаты | |||
Как мы можем видеть, большую часть составляют хлориды. С учетом постоянства солевого состава на основе этих данных можно определить полный состав пробы морской воды. Для этого вычисляют концентрацию хлора, а на основе полученных данных узнают методом соотношений, какую долю составляют остальные элементы.
Физические свойства
Как и любое другое вещество, морская вода обладает различными характеристиками, которые ученые узнают в результате исследований. Эти данные позволяют получить представление о многих процессах, происходящих на глубине и оказывающих влияние на нашу планету. Например, не все знают, что вода обладает способностью сжиматься. Под давлением массы, воздействующей на нее сверху, она может менять объем.
На поверхности это практически незаметно, но чем глубже, тем явственнее становится данная особенность. Под давлением в сотни атмосфер сжимаемость достигает довольно больших масштабов. Ученые утверждают, что если бы не это свойство воды, уровень океана был бы выше на 30 метров. В этом случае поверхность Земли выглядела бы совсем иначе.
Соленость
Мы уже выяснили, сколько соли в морской воде, и знаем, что ее количество практически неизменно. Тем не менее оно немного варьируется - от 33 до 37 ‰, за редкими исключениями. Среднее значение составляет 34,72 ‰. Этот показатель зависит от количества осадков, выпадающих в том или ином регионе, температуры воздуха, влияющей на интенсивность испарений, и количества пресных водоемов, напрямую соединенных с морем.
Самый высокий процент солености зарегистрирован в Атлантическом океане. Средний показатель в его северной части составляет 35,06 ‰. Наименьшее значение принадлежит Тихому океану. Тем не менее существуют водоемы, в которых показатель солености значительно превышает усредненные значения. К ним относят Средиземное и Красное моря. Высокие температуры воздуха, большая интенсивность испарения и малое количество осадков поднимают уровень солености до рекордных 38-42 ‰. В целом же состав морской воды Черного моря и многих других примерно одинаков. Вероятно, дело в том, что все они связаны между собой.
Некоторые утверждают, что морская вода содержит 5 ‰ соли. Но такой показатель встречается крайне редко, только в минеральных озерах. Например, уровень - 11 ‰, Черного - 18 ‰, Красного - 41 ‰, а Мертвого - 300 ‰.
Температура
Было бы наивно полагать, что этот показатель одинаков для всей морской воды в мире. Температура воздуха в регионах, приближенных к полюсам, опускается до минимальных отметок. На экваторе же, наоборот, всегда отмечается стабильно жаркая погода. А вот диапазон изменений температуры воды значительно ниже, он колеблется от -2 до 30 о С. Средний показатель во всем Мировом океане составляет всего 3,73 о С. Причем на поверхности вода в несколько раз теплее, чем на глубине 2-5 тыс. м.
Может вызвать некоторое недоумение тот факт, что температура морской воды в некоторых регионах опускается до -2 о С. Все знают, что при 0 о С H 2 O превращается в лед. Так и есть, но морская вода, как мы уже выяснили, включает примеси, которые изменяют ее характеристики, и в том числе снижают температуру замерзания. Чем выше процент солености, тем ниже этот показатель. Например, при сравнительно небольшом количестве соли в воде (24,7 ‰) температура замерзания будет равна -1,33 о С.
Плотность
Малейшие изменения этого показателя вызывают движение воды и приводят к возникновению вертикальных и горизонтальных потоков. Именно поэтому плотность морской воды изучают при любых океанологических исследованиях. Она измеряется в кг/м 3 и представляет собой массу единичного объема.
Плотность пресной воды при температуре 4 о С составляет 1000 кг/м 3 , а морской при солености, равной 35 ‰, - 1027,81 кг/м 3 . Эта разница возникает из-за примесей, входящих в ее состав. Чем больше содержится соли в морской воде, тем выше будет показатель плотности. Обычно ее значение колеблется от 1025 до 1033 кг/м 3 .
Кроме того, плотность морской воды меняется в зависимости от глубины: чем ближе к поверхности, тем она ниже. Но существуют исключения. Например, при интенсивных испарениях, связанных с высокой температурой воздуха, на поверхности увеличивается соленость. Соответственно, и плотность моря в верхних слоях растет.
Химический состав
Как мы выяснили выше, количество примесей в морской воде примерно одинаково. Но какие именно вещества делают ее такой, какая она есть?
Считается, что современный химический состав морской воды сформировался примерно 1 млрд лет назад. Уже тогда она была такой же соленой, как сейчас. И особенно удивительным кажется предположение Р. Квинтона, который в 1904 году заявил, что минеральный состав морской воды и крови примерно одинаков. В 1910 году А. Б. Маллун подтвердил эту догадку. По его мнению, набор химических веществ в морской воде того периода, когда появились первые костистые и хрящевые рыбы, аналогичен крови всех животных. Но до сих пор эта гипотеза имеет как сторонников, так и противников.
Морская вода содержит различные вещества, количество которых в процентах приведено в таблице ниже.
Химические элементы | Процентное содержание |
Кислород | |
Стронций | |
Этот список может немного отличаться в различных регионах. Например, состав морской воды Черного моря насыщен сероводородом, поскольку сульфатредуцирующие бактерии здесь особенно активны.
Откуда берется соль?
Мы уже выяснили, каков состав морской воды в процентах. Но откуда берутся все эти вещества и почему океан такой на вкус?
На самом деле соли содержатся не только в морской воде, но и в пресноводных водоемах. Только концентрация минералов там настолько низкая, что ее невозможно распознать без специального анализа. Реки вымывают из почвы на своем пути соли, которые позже попадают в океан. Под действием температуры вода в море испаряется, а минералы остаются на месте.
Но даже если бы такой процесс длился долгие годы, морская вода не стала бы настолько соленой. Начало всему положила вулканическая активность, проходящая в земной коре. Магма, выходя на поверхность, смешивается с водой и насыщает ее разнообразными Именно поэтому химический состав океана сложился еще примерно 1 миллиард лет назад, когда вулканическая деятельность была наиболее активной.
Можно ли ее пить?
Наверняка в книгах или фильмах вы встречали утверждения о том, что морскую воду нельзя пить ни в коем случае? Но почему? Ведь это такая же вода, как и любая другая, только с небольшим количеством примесей. На самом деле именно из-за них она и является непригодной для питья.
Количество соли в морской воде настолько велико, что для их выведения из организма понадобится в несколько раз больше H 2 O, чем было выпито изначально. Именно поэтому после любой соленой пищи так хочется пить. А в морской воде, как мы уже выяснили, средний показатель солености составляет почти 35 ‰. Это очень много.
В 1950-х годах врач и по совместительству путешественник Ален Бамбар на собственном опыте доказал, что морскую воду без вреда для здоровья можно пить в течение недели. Но проверять на себе это утверждение не стоит.
Но неужели вся вода в Мировом океане пропадает зря и совершенно не может быть использована для питья? Может, но только после прохождения процесса опреснения.
Как избавляются от соли?
Мы выяснили, из чего состоит морская вода. Но для того чтобы она стала пригодной для питья, количество примесей в ней необходимо уменьшить почти в 70 раз. Но как же добиться такого результата?
Существует несколько способов ионный обмен, дистилляция, электродиализ и т. д. Наиболее эффективными считаются те, что требуют наименьших затрат энергии и финансов. Самым распространенным способом является дистилляция, но не менее популярен и обратный осмос. В этом случае при очистке воды используют повышенное давление. Результат - 16 000 литров всего за 1 доллар.
Метод электродиализа, как понятно из названия, осуществляется при помощи электродов. В момент включения тока катионы и анионы, о которых мы говорили в самом начале статьи, стремятся соответственно к катоду и аноду через специальные мембраны. Вода между электродами постепенно опресняется.
Польза морской воды
Нередко тех, кто страдает от заболеваний дыхательных путей, отправляют на отдых к побережью. Это правильно, поскольку морская вода оказывает благотворное влияние на легкие, бронхи и связки. Насыщенная минералами жидкость обеззараживает и уничтожает болезнетворных микробов. Чем же еще она полезна?
Пребывание в и купание в соленой воде оказывают на организм человека общеукрепляющее действие, а также улучшают работу эндокринной системы. Результат - повышенный иммунитет.
Содержащиеся в морской воде бром, кальций и йод способствуют укреплению зубной эмали и десен при полоскании. Для достижения наилучшего эффекта полоскать рот следует несколько раз в неделю по 2-3 минуты. Конечно, для этих целей подойдет только специально очищенная морская вода, которую можно найти в аптеке. Перед применением ее необходимо нагреть до комнатной температуры.
Морская вода является хорошим антисептиком. Она способствует заживлению небольших ран и ссадин, уменьшает зуд от укусов насекомых.
Химический состав морской воды
С точки зрения химика молекула воды представляет собой соединение одного атома кислорода с двумя атомами водорода.
В повседневной жизни мы обычно имеем дело с пресной водой, в которой почти нет посторонних примесей.
Та жидкость, которая заполняет океан, строго говоря, представляет собой не воду, а довольно крепкий рассол.
В каждом килограмме морской воды содержится в среднем 35 граммов различных солей.
По данным академика А. Виноградова, в водах Мирового океана обнаружены все известные химические элементы. Конечно, в морской воде растворены не сами элементы, а их химические соединения, диссоциированные на анионы и катионы.
В литре воды больше всего обыкновенной поваренной соли (27,2 грамма). Отсюда понятно, почему вода в море такая соленая. Хлористый магний (3,8 грамма) и сернокислый магний (1,7 грамма) придают морской воде горький вкус. Довольно много в ней содержится сернокислого калия (1,3 грамма) и сернокислого кальция (несколько менее грамма). В своей совокупности эти соли составляют 99,5 процента растворенных в морской воде веществ. Таким образом, на долю всех остальных элементов приходится всего 0,5 процента.
Несмотря на сравнительно небольшую концентрацию, общее количество солей в водах Мирового океана исчисляется поистине астрономической величиной 4,8 × 1016 тонн, поэтому извлечение их для бытовых и промышленных нужд не влияет на состав морской воды, и можно сказать, что в этом отношении океан неисчерпаем.
Издавна человек путем выпаривания получал из морской воды пищевую соль. Особенно развиты морские соляные промыслы в тропических странах, где соль получают, отгораживая дамбами мелководные участки вблизи берега. Так как концентрация поваренной соли выше, чем остальных солей, она первая выпадает в осадок при выпаривании. Осевшие на дне кристаллы извлекают из так называемого маточного раствора и промывают пресной водой для удаления остатков солей магния, придающих продукту горький вкус. Этим же методом извлекают из моря различные соли для химической промышленности.
Сейчас в море добывается примерно четвертая часть необходимой человечеству поваренной соли, остальные три четверти получают из соляных копей. В большинстве случаев эта каменная соль обязана своим происхождением прибрежным отложениям древних морей.
Можно с уверенностью сказать, что в, дальнейшем добыча поваренной соли из моря возрастет, так как залежи каменной соли, как и любых других полезных ископаемых, обречены на более или менее быстрое истощение. Используется поваренная соль как непосредственно, так и для получения из нее натрия и хлора.
Мир редких насекомых России
На втором месте в списке веществ, растворенных в морской воде, стоят соли магния. Этот металл находит широкое применение в легких и прочных сплавах. Он пользуется всевозрастающим спросом, в первую очередь в самолетостроении.
Магний входит в состав целого ряда минералов (например, доломитов), и потому его добыча была налажена в горнорудной промышленности. В настоящее время благодаря развитию техники морскую воду следует считать самым лучшим источником для получения магния, так как в каждом ее кубическом метре содержится 1,3 килограмма этого металла.
Первая, а затем вторая мировые войны заставили Англию и США искать новые источники для получения магния в связи с тем, что главнейшие рудные районы находились в руках враждебной Германии. Тогда-то и началось промышленное получение этого ценного стратегического сырья непосредственно из моря.
Достигнутые успехи позволили настолько снизить себестоимость магния, извлекаемого из морской воды, что в настоящее время он стоит значительно дешевле металла, получаемого из руд. В 1914 году на нью-йоркском рынке 1 килограмм магния стоил 10 долларов, а в 1943 году – всего 26 центов, хотя потребность в нем не упала, а возросла. Технология извлечения магния из морской воды основана на переводе его растворимых солей в нерастворимые соединения путем осаждения известью.
В 1826 году молодой французский химик А. Баляр увлекся исследованием химизма морской воды. Набрав однажды маточный рассол из солеварни, А. Баляр начал пропускать через него хлор и с удивлением обнаружил, что жидкость в колбе приобрела красно-оранжевый цвет и неприятный запах. Так был открыт новый химический элемент бром (название он получил от греческого слова «бромос», что значит «зловоние»).
Бром находит широкое применение в медицине (в виде солей как успокаивающее средство), в фотографии (при изготовлении светочувствительных бромосеребряных материалов) и в нефтяной промышленности. Двубромистый этилен служит превосходным растворителем для тетраэтилового свинца, который добавляют в бензин, чтобы снизить его детонационные свойства (повысить так называемое «октановое число»). Хотя в морской воде брома относительно мало – 65 граммов на кубический метр, но из других источников этот элемент получить нельзя, он не встречается ни в одном минерале.
Морская вода содержит даже золото, правда в ничтожном количестве – всего 0,00001 грамма на кубический метр. Блеск этого металла всегда притягивал к себе взоры различного рода авантюристов.
Еще до второй мировой войны на морское золото позарилась Германия. Немецкие химики подсчитали, что в Мировом океане растворено в виде солей около 10 миллионов тонн золота, причем самый его источник находится буквально под боком – в Северном, или Немецком море.
Хотя попытка получить из моря золото, и закончилась на первых порах неудачно, ученые не теряют надежды подойти к решению этой проблемы с другой стороны, применив не химические, а биологические способы.
Дело в том, что многие морские организмы обладают способностью накапливать в своем теле различные вещества, извлечение которых из морской воды пока еще совершенно недоступно человеку. Так, в крови рыб процентное содержание железа в тысячи раз превышает его содержание в морской воде. Некоторые моллюски накапливают в своем теле медь, асцидии – ванадий, радиолярии – стронций, медузы – цинк, олово и свинец, губки и водоросли йод.
Извлекать йод непосредственно из моря – дело совершенно нерентабельное, но получать этот галоген из высушенных бурых водорослей не только возможно, но и очень выгодно.
Биологи Плимутской морской биологической станции (Англия), изучая один из видов асцидий (низших хордовых животных), обнаружили в их теле крайне редкий элемент – ниобий. Только позднее было установлено, что следы ниобия имеются и в воде Плимутского залива.
Собирая или искусственно разводя животных накопителей, можно наладить получение таких веществ, которые в самой морской воде содержатся в ничтожных концентрациях.
Говоря о химическом составе морской воды, необходимо остановиться на соединениях углерода, азота и фосфора. В каждой тонне морской воды содержится этих веществ совсем немного – 30, 17 и 0,1 грамма соответственно. Однако они играют весьма важную роль, так как входят в качестве обязательных компонентов в состав всех клеток и тканей растений и животных.
Если морские организмы обычно не испытывают недостатка в углероде, то очень часто их размножение и рост лимитируются нехваткой солей азота и фосфора.
Бурная весенняя вспышка развития растительного планктона дает пищу целой цепи существ от мельчайших рачков до китов. Но вот проходит некоторое время, и размножение одноклеточных водорослей прекращается.
Еще не все пространство океана заполнено ими, еще солнце дает вполне достаточно тепла и света, но иссякли запасы солей азота и фосфора, и жизнь начала замирать.
Проведенные опыты показывают, что стоит добавить в морскую воду эти биогенные (то есть дающие жизнь) соли, как фитопланктон снова начинает размножаться.
Процентное соотношение солей в морской воде повсюду и всегда одинаково. Исключение составляют только эти биогенные соли – они то исчезают почти полностью, входя в состав тела различных морских организмов, то (после их гибели и разложения) снова поступают в морскую воду, и на их основе развивается следующее поколение.
Наконец, в море содержится еще один компонент, который был назван академиком А. Ферсманом «самым важным минералом на Земле, без которого нет жизни». Это, конечно, сама вода. К сожалению, морская вода до самого последнего времени была почти недоступна человеку. Растворенные в ней соли делали ее совершенно непригодной для питья или другого практического использования. Очень часто моряки умирали в море от жажды, хотя источник живительной влаги находился буквально под ногами.
Конечно, получать пресную воду из морской можно методом выпаривания, но такие установки крайне громоздки и требуют большого количества топлива. Выгоднее и проще было запасать ее и возить с собой. Однако в середине XX века положение изменилось.
Резкое увеличение потребления пресной воды развивающейся промышленностью и растущим народонаселением привело к сокращению ее запасов, и взоры людей обратились к океану с его необъятными водными ресурсами.
Теперь почти на каждом большом судне установлены мощные опреснители, действие которых основано на принципе вымораживания. Каждому, конечно, приходилось видеть ледяную «шубу» в своем домашнем холодильнике. Примерно так же получают пресную воду в судовых и промышленных установках.
На морских побережьях, где нет своих источников пресной воды, ее также извлекают из океана. Такой водой пользуются, например, жители острова Кюрасао находящегося в Карибском море. Эта же вода идет здесь и на промышленные предприятия, ею же снабжают заходящие корабли, не имеющие своих опреснителей.
Уникальная атомная установка по опреснению морской воды работает и у нас на Мангышлаке. Можно не сомневаться, что в будущем основным источником пресной воды будут не реки и озера, а океан.