Температурный режим вод МО. Температурный режим вод МО определяется тепловым балансом. Океан получает теплоту за счет суммарной солнечной радиации. от конденсации влаги на водной поверхности, льдообразования и химико-биологических процессов, идущих с выделением теплоты; в океан поступает теплота, приносимая атмосферными осадками, речными водами; на температуре глубоководных слоев сказывается теплота Земли (об этом свидетельствуют высокие до 260 0 С температуры во впадинах Красного моря – вода здесь горячий рассол с соленостью 270 0 / 00). Теряется теплота за счет эффективного излучения водной поверхности, испарения воды, таяния льда, турбулентного обмена с атмосферой, нагрева холодной воды рек и течений. Определяющее значение в тепловом балансе имеет приход солнечной радиации и расход тепла на испарение.
Средняя годовая температура МО составляет 17,4 0 С, наибольшая средняя годовая температура воды отмечена для Тихого океана (19,1 0 С), наименьшая – для Северного Ледовитого океана (0,75 0 С). Распределение теплоты в толще океанской воды происходит благодаря конвекции и перемешиванию в результате волнения и течений. Температура воды с глубиной понижается. На некоторой глубине в толще воды наблюдается резкое понижение температуры, здесь выделяется слой температурного скачка – термоклин. По изменению температуры воды с глубиной выделяется несколько типов распределения температур.
В экваториальном типе температура воды быстро уменьшается от 26,65 0 С на поверхности до 10,74 0 С на глубине 300 м. Термоклин наблюдается на глубине 200-300 м. Далее до глубины 1000 м температура воды уменьшается медленно, а глубже остается практически постоянной.
В тропическом типе температура воды резко падает от 26,06 0 С до 13,60 0 С на глубине 300 м, далее температура воды изменяется более плавно.
В субтропическом типе температура воды уменьшается от 20,3 0 С на поверхности до 13,1 0 С на глубине 300 м. В субполярном типе температура уменьшается от 8,22 0 С на поверхности до 5,20 0 С на глубине 150 м. Полярный тип характеризуется уменьшением температуры воды до глубины 100 м, затем температура начинает повышаться до 1,8 0 С на глубине 400 м. За счет притока теплых атлантических вод. На глубине 1000 м температура воды равна 1,55 0 С. В слое от поверхности до глубины 1000 м наблюдается зональное изменение температуры и солености воды, глубже характеристики воды остаются практически постоянными.
Физико-химические свойства вод МО. Еще в начале 19 в. было замечено, что количество растворенных в водах океана солей может сильно различаться, но солевой состав, соотношение различных солей вод МО одинаковы. Эта закономерность формулируется как свойство постоянства солевого состава морских вод. На 1 кг морской воды приходится 19,35 г хлора, 2,70 г сульфатов, 0,14 г гидрокарбонатов, 10,76 г натрия, 1,30 г магния, 0,41 г кальция. Количественное соотношение между главными солями в воде МО остается постоянным. Общая соленостьопределяется по количеству хлора в воде (формулу получил М. Кнудсен в 1902 г.):
S = 0,030 + 1,805 Cl
Воды океанов и морей относятся к хлоридному классу и натриевой группе, этим они резко отличаются от речных вод. Всего восемь ионов дают более 99,9% общей массы солей в морской воде. На оставшиеся 0,1% приходятся все остальные элементы таблицы Д.И. Менделеева.
Распределение солености в водных массах зонально и зависит от соотношения осадков, притока речных вод и испарения. Кроме того, на соленость воды оказывает влияние циркуляция вод, деятельность организмов и другие причины. На экваторе отмечается пониженная соленость воды (34-33 0 / 00), обусловленная резким увеличением атмосферных осадков, стоком полноводных экваториальных рек и немного пониженным испарением из-за высокой влажности. В тропических широтах наблюдается самая высокая соленость вод (до 36,5 0 / 00), связанная с высоким испарением и небольшим количеством осадков в барических максимумах давления. В умеренных и полярных широтах соленость вод понижена (33-33,5 0 / 00), что объясняется увеличением количества осадков, стоком речных вод и таянием морских льдов.
Широтное распределение солености нарушают течения, реки и льды. Теплые течения в океанах переносят более соленые воды в направлении высоких широт, холодные течения переносят менее соленые воды к низким широтам. Реки опресняют приустьевые районы океанов и морей. Очень велико влияние рек Амазонки (опресняющее влияние Амазонки ощущается на расстоянии 1000 км от устья), Конго, Нигера и др. Льды оказывают сезонное влияние на соленость вод: зимой при образовании льда соленость воды возрастает, летом при таянии льда – уменьшается.
Соленость глубинных вод МО однообразна и в целом составляет 34,7-35,0 0 / 00 . Соленость придонных вод более разнообразна и зависит от вулканической деятельности на дне океана, выходов гидротермальных вод, разложения организмов. Характер изменения солености вод океана с глубиной различен на разных широтах. Выделяют пять основных типов изменения солености с глубиной.
В экваториальных широтах соленость с глубиной постепенно возрастает и достигает максимального значения на глубине 100 м. На этой глубине к экватору подходят более соленые и плотные воды их тропических широт океанов. До глубины 1000 м соленость очень медленно повышается до 34,62 0 / 00 , глубже соленость практически не меняется.
В тропических широтах соленость немного увеличивается до глубины 100 м, затем плавно уменьшается до глубины 800 м. На этой глубине в тропических широтах наблюдается самая низкая соленость (34,58 0 / 00). Очевидно, здесь распространяются менее соленые, но более холодные воды высоких широт. С глубины 800 м она немного увеличивается.
В субтропических широтах соленость быстро уменьшается до глубины 1000 м (34,48 0 / 00), затем становится почти постоянной. На глубине 3000 м она составляет 34,71 0 / 00 .
В субполярных широтах соленость с глубиной медленно увеличивается с 33,94 до 34,71 0 / 00 , в полярных широтах соленость с глубиной возрастает более существенно – с 33,48 до 34,70 0 / 00 .
Соленость морей сильно отличается от солености МО. Соленость воды Балтийского (10-12 0 / 00), Черного (16-18 0 / 00), Азовского (10-12 0 / 00), Белого (24-30 0 / 00) морей обусловлена опресняющим влиянием речных вод и атмосферных осадков. Соленость воды в Красном море (40-42 0 / 00) объясняется малым количеством осадков и большим испарением.
Средняя соленость вод Атлантического океана – 35,4; Тихого – 34,9; Индийского – 34,8; Северного Ледовитого океана – 29-32 0 / 00 .
Плотность – отношение массы вещества к его объему (кг/м 3). Плотность воды зависит от содержания солей, температуры и глубины, на которой находится вода. При увеличении солености воды плотность возрастает. Плотность воды увеличивается при понижении температуры, при увеличении испарения (так как увеличивается соленость воды), при образовании льда. С глубиной плотность растет, хотя и очень незначительно из-за малого коэффициента сжимаемости воды.
Плотность воды изменяется зонально от экватора к полюсам. На экваторе плотность воды небольшая – 1022-1023, что обусловлено пониженной соленостью и высокими значениями температуры воды. К тропическим широтам плотность воды возрастает до 1024-1025 из-за увеличения солености воды вследствие повышенного испарения. В умеренных широтах плотность воды средняя, в полярных – увеличивается до 1026-1027 из-за понижения температуры.
Способность воды растворять газы зависит от температуры, солености и гидростатического давления. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней раствориться.
В воде океанов растворены различные газы: кислород, углекислый газ, аммиак, сероводород и др. Газы попадают в воду из атмосферы, за счет речного стока, биологических процессов, подводных вулканических извержений. Наибольшее значение для жизни в океане имеет кислород. Он участвует в планетарном газообмене между океаном и атмосферой. В активном слое океана ежегодно образуется 5 х 10 10 т кислорода. Поступает кислород из атмосферы и выделяется при фотосинтезе водных растений, расходуется на дыхание и окисление.
Углекислый газ находится в воде в основном в связанном состоянии, в виде углекислых соединений. Он выделяется при дыхании организмов, при разложении органического вещества, расходуется на строительство скелета кораллами.
Азот всегда есть в воде океана, но его содержание по отношению к другим газам меньше, чем в атмосфере. В некоторых морях в глубине может накапливаться сероводород, происходит это благодаря деятельности бактерий в бескислородной среде. В Черном море отмечено сероводородное загрязнение, содержание его достигло 6,5 см 3 /л, организмы в такой среде не живут.
Прозрачность воды зависит от рассеяния и поглощения солнечной радиации, от количества минеральных частиц и планктона. Наибольшая прозрачность отмечена в открытом океане в тропических широтах и равна 60 м. Уменьшается прозрачность воды на мелководье вблизи устьев рек. Особенно резко уменьшается прозрачность воды после шторма (до 1 м на мелководье). Наименьшая прозрачность наблюдается в океане в период активного размножения планктона. От прозрачности воды зависит глубина проникновения солнечных лучей в толщу океана и, следовательно, распространение фотосинтезирующих растений. Организмы, способные усваивать солнечную энергию, живут на глубине до 100 м.
Толща чистой воды имеет голубой или синий цвет, большое количество планктона приводит к появлению зеленоватого оттенка, вблизи рек вода может быть коричневой.
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Химические свойства вод океана |
| Рубрика (тематическая категория) | География |
Физико-химические свойства вод океана
Теоретически не растворимых в воде веществ не существует, в связи с этим в морской воде содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Правда, некоторые элементы находятся в столь малых количествах, что их присутствие обнаруживается только в морских организмах, собирающих эти элементы из окружающей их морской воды. Таковы, к примеру, кобальт, никель и олово, найденные в крови голотурий, омаров, устриц и других животных. Присутствие некоторых других элементов доказывается лишь их наличием в морских отложениях.
Среднее количество растворенных в водах Мирового океана твердых веществ составляет около 3,5% по весу. Больше всего в морской воде содержится хлора - 1,9%. натрия - 1,06%. магния - 0,13%, серы -0,088%, кальция - 0,040%, калия - 0,038%, брома - 0,0065%, углерода - 0,003%. Содержание остальных элементов, в т.ч. биогенных и микроэлементов, ничтожно мало, менее 0,3%. В водах океана обнаружены драгоценные металлы, но концентрация их незначительна, и при общем большом количестве в океане (золота - 55 ‣‣‣ 10 5 т, серебра - 137 ‣‣‣ 10 6 т) добыча их нерентабельна.
Главнейшие распространенные в воде элементы обычно находятся в ней не в чистом виде, а в виде соединений (солей). Основными из них являются: 1) хлориды (NaCl, MgCl), доля которых равна 88,7% всех растворимых в воде веществ. Οʜᴎ придают воде горько-соленый вкус;
2) сульфаты (МgSО 4 , СаSО 4 , Ка 2 SО 4), которых в морской воде содержится 10,8%;
3) карбонаты (СаСО 3), доля которых составляет 0,3% всех растворенных солей.
Для планетарного обмена веществ весьма важно то обстоятельство, что хлористые соединения, преобладающие в морских водах, находятся в реках в очень малом количестве (табл. 4). Напротив, карбонаты, в основном формирующие солевой состав речных вод, почти отсутствуют в океане.
Общее содержание твердых веществ, растворенных в морской воде, принято выражать в тысячных долях весовых единиц - промилле и обозначать знаком % 0 . Содержание растворенных твердых веществ, выраженное в промилле и численно равное их весу, выраженному в граммах в одном килограмме морской воды, принято называть соленостью. Средняя соленость океанических вод 35°/оо, т. е. в 1 кг вод содержится 35 г солей.
Таблица 4 Состав растворенных солей (в %) океанических и речных вод
Установлено, что состав веществ (их соотношение), определяющий соленость морской воды, почти одинаков и постоянен во всех точках, как на поверхности, так и на глубинах Мирового океана. При изменении общего количества растворенных солей (солености) их процентное соотношение не изменяется. По этой причине для определения солености морской воды достаточно измерить количество одного какого-нибудь химического элемента (обычно хлора, как наиболее легко определяемого) и по нему вычислить общую соленость и количество всех остальных элементов. Эмпирическое соотношение между соленостью океанической воды и содержанием хлора выражается формулой:
Число 1,81 носит название хлорного коэффициента.
Некоторые внутриматериковые моря могут иметь несколько отличный солевой состав, и в связи с этим для них эта формула непригодна и соотношения между солями устанавливаются для каждого моря отдельно.Соленость воды в Мировом океане не везде одинакова. В открытой части она изменяется в пределах 33-37°/оо и зависит от климатических условий (разности испарения и количества выпадающих осадков). По этой причине в ее распределении четко проявляются черты широтной зональности, что позволяет картировать эту характеристику (карты изогалин). В отдельных районах широтная зональность нарушается влиянием переноса солей течениями.
Наименьшая соленость на поверхности открытой части Мирового океана наблюдается в высоких широтах. Это объясняется значительным превышением осадков над испарением, большим речным стоком (в северном полушарии), таянием плавучих льдов. По мере приближения к тропикам соленость растет, достигая максимальных значений в зоне между 20 и 25° широты, где испарение значительно превышает осадки. В экваториальных широтах количество атмосферных осадков возрастает, и соленость здесь вновь уменьшается (рис. 3).
Средняя соленость на поверхности океанов различна. Наибольшую среднюю соленость имеет Атлантический океан - 35,3°/ 0 о, наименьшую - Северный Ледовитый - 32%о (в приустьевых районах до 20°/оо).
Распределение солености по вертикали различно в различных широтных зонах. Так, в полярных широтах до глубины 200 м соленость быстро возрастает, затем остается почти неизменной. В умеренных широтах соленость с глубиной изменяется мало. В субтропических - она уменьшается до глубины 1000 м, глубже соленость постоянная. В экваториальных широтах соленость постепенно возрастает, и под слоем поверхностных вод на глубине 100-150 м прослеживается слой высокосоленой воды (выше 36%о), переносимой с запада глубинными противотечениями, питающимися водами, поступающими из тропиков. Глубже этого слоя соленость убывает, а начиная с глубины 1000-1500 м становится почти постоянной.
Следует заметить, что ниже глубин порядка 1500 м соленость остается практически неизменной (34,7-34,9°/оо), а ее изменения по широтным зонам несущественны.Колебания солености по сезонам года в открытом океане незначительны и не превышают 0,2°/ О о, в прибрежных районах полярных областей соленость в летнее время вследствие таяния льдов может уменьшаться на 0,7°/ 0 о и более. В морях величина солености, как на поверхности, так и глубине, меняется в значительно больших пределах, чем в океане. Так, соленость Черного моря 17- 18% 0 , Красного-до 42% 0.
Газы в воде океана. Вода поглощает (растворяет) газы, с которыми она соприкасается. По этой причине в океанической воде содержатся все атмосферные газы, а также газы, приносимые водами рек, выделяющиеся при химических и биологических процессах, при подводных извержениях. Общее количество растворенных в воде газов невелико, но они играют решающую роль в развитии всей органической жизни морей и океанов.
Особое значение имеет кислород. Содержание его изменяется, как и содержание всех других газов, исходя из солености и температуры воды, от степени перемешивания поверхностных вод и т.д. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше кислорода может в ней раствориться. По этой причине содержание его от экватора к полюсам возрастает
Кислород поступает в воду океана не только в результате контактаводы с воздухом, но и в результате фотосинтеза водорослей, населяющих воды океанов и морей. На глубине количество кислорода, как правило, уменьшается, так как процесс фотосинтеза имеет наибольшее развитие в поверхностном слое. В этом слое, особенно на мелководье, наблюдается повышенное содержание кислорода (до 180%). Избыток его передается атмосфере. Кислород в океане расходуется также на дыхание живых организмов и на окисление различных веществ.
Азот проникает в воду из атмосферы и образуется при распаде органического вещества. Содержание его в воде изменяется мало, так как он плохо вступает в соединения, редко и в небольших количествах потребляется. Только некоторые придонные бактерии превращают его в нитраты и аммиак. Большой роли в океане он не играет.
Углекислый газ, в отличие от кислорода и азота͵ находится в воде океана в основном в связанном виде, в виде углекислых соединений - карбонатов и бикарбонатов. Запасы углекислоты в океане поддерживаются дыханием организмов и растворением известковых пород дна и берегов, а также современных органогенных отложений (скелетов, раковин и т. д.). Значительные количества углекислого газа поступают в океан при подводных вулканических извержениях. Как и кислород, углекислый газ растворяется быстрее в холодной воде. При повышении температуры вода отдает углекислый газ атмосфере, при понижении - поглощает его, в связи с этим в тропиках вода выделяет углекислый газ в атмосферу, в полярных широтах, напротив - углекислый газ из атмосферы поступает в воду.
Растворимость углекислого газа в воде в десятки и сотни раз превышает растворимость кислорода, в связи с этим океан его содержит в 60 раз больше, чем атмосфера. Расходуется углекислота на фотосинтез растений и на образование организмами скелетов и раковин.
В воде морей количество и распределение газов должна быть существенно иным, чем в океанах. На дне некоторых морей при разложении органических веществ и в результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется сероводород. Это очень ядовитое вещество. Главное условие его образования - слабое вертикальное перемешивание и, как следствие его, отсутствие кислорода на глубинах. Присутствие сероводорода отмечено в некоторых глубоких фьордах Норвегии, в Каспийском, Черном, Красном и Аравийском морях. Не исключена возможность сероводородного заражения океанов.
3.2. Физические свойства вод океана. Физические свойства дистиллированной воды зависят только от двух параметров: температуры и давления. Физические же свойства морской воды зависят, кроме того, еще и от солености, которая составляет наиболее характерную ее особенность. С соленостью связано наличие таких свойств морской воды, которых нет у дистиллированной (осмотическое давление, электропроводность).
Плотность. Одной из важнейших характеристик морской воды является плотность. Плотностью морской воды в океанографии принято называть отношение массы единицы объёма воды при той температуре, которую она имела в момент наблюдений, к массе единицы объёма дистиллированной воды при 4° С, т. е. при температуре ее наибольшей плотности. Плотность морской воды существенно растет с увеличением солености. Возрастанию плотности поверхностных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образование льда. В открытом океане плотность, как правило, определяется температурой и в связи с этим от экватора к полюсам растет. С глубиной плотность воды в океане увеличивается.
Давление и сжимаемость. Вода значительно плотнее воздуха. По этой причине изменение давления с увеличением глубины в океане происходит гораздо быстрее, чем в атмосфере. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Нетрудно подсчитать, что на глубинах порядка 10 км давление достигает 1 тыс. атм.
При этом воздействие давления воды на живые глубоководные организмы незаметно, так как чрезвычайно мало сжатие воды, т. е. Уменьшение ее удельного веса.Интересно отметить, что, несмотря на малую сжимаемость морской воды, уровень реального Мирового океана расположен примерно на 30 м ниже того уровня, который он бы занимал при условии несжимаемости воды.
Оптические свойства морской воды. Лучистая энергия Солнца, проникая в толщу воды, рассеивается и поглощается. От степени ее рассеивания и поглощения зависит прозрачность воды. Под прозрачностью воды понимают глубину, на которой белый стандартный диск диаметром 30 см (диск Секки) перестает быть видимым с поверхности моря. В Саргассовом море эта глубина достигает 67 м, в Средиземном - 50 м, в Черном - 25 м, в Азовском - Зм. Прозрачность зависит от содержания взвешенных частиц в морской воде. По этой причине наименьшая прозрачность наблюдается в прибрежной части, особенно после штормов. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона, а также во время таяния льдов.
Совокупным действием отражения и рассеивания света в воде обусловливается ее цвет. Поток световой энергии, исходящий из глубин моря, вызывает голубой или синий цвет, который и является собственным цветом чистой воды. Особенности цвета воды каждого моря зависят от содержания в воде взвешенных частиц органического и минерального происхождения, растворенных газов и прочих примесей. Вот почему в наиболее “чистых” тропических водах цвет моря темно-голубой и даже синий, в шельфовых морях - зеленоватый, а в мутных прибрежных морях - имеет желтые оттенки.
Говоря об оптических свойствах морской воды, следует упомянуть и о таких явлениях, как свечение и цветение моря.
Свечение поверхности моря в ночное время объясняется светом, излучаемым морскими организмами (планктоном и особыми видами бактерий)
Цветение моря обусловливается массовым скоплением особей какого-либо вида, способных окрасить поверхность моря в один из цветов: желтый, красный, зеленый и т. д.
4. Тепловой режим океанов и морей Поверхность океана способна поглощать 99,6% поступающегона нее солнечного тепла, тогда как для суши данный показатель равен всего 55-65%. Благодаря этому и большой теплоемкости воды, океан представляет собой мощный аккумулятор тепла, оказывающий исключительно большое влияние на температурные условия прилегающих слоев атмосферы. Велико термическое воздействие океана и на климат прилегающих окраин континентов.
Основным источником тепла, получаемого океаном, служит солнечная радиация (прямая и рассеянная). Воды океана получают также тепло при поглощении длинноволнового излучения атмосферы (встречная радиация), часть тепла приносят реки и осадки, выпадающие на поверхность океана. Тепло высвобождается при конденсации влаги, льдообразовании, химико-биологических процессах в толще океана. На температуру глубоких слоев океана влияет внутреннее тепло Земли и адиабатическое нагревание опускающейся воды.
Термическое состояние океана в среднем постоянно. Значит океанические воды тем или иным путем теряют почти столько же тепла, сколько получают. Эти потери происходят за счёт собственного излучения, испарения с поверхности океана, нагревания воздуха, холодной воды рек, океанических течений, таяния льдов и других процессов, совершающихся с затратами тепла. Приход и расход тепла в океане (тепловой баланс) определяют ход температуры воды.
4.1. Температура воды на поверхности океана В верхнем слое океанической воды, как и во всей географической оболочке, тепло распределяется зонально. Самые высокие средние годовые температуры в океане (27-28° С) отмечаются немного севернее экватора между 5 и 10° с. ш. Здесь проходит термический экватор Земли. По сезонам температура воды в экваториальных широтах изменяется не более чем на 2-3° С. В тропических широтах наиболее высокие температуры (25-27° С) отмечаются у западных берегов. Разница в средних температурах восточных и западных регионов достигает 8-10° С. Понижению температуры у восточных берегов в этих широтах способствуют пассаты, отгоняющие воду от берегов: на место ушедшей воды поднимаются нижележащие, более холодные слои воды.
В умеренных широтах южного полушария суши очень мало и широтное распределение температуры (от 0° С на 60° ю. ш. до 10° С на широте 40°) почти не нарушается. В северном полушарии умеренные широты океана несколько теплее, изотерма 10° С доходит в августе до полярного круга. Здесь важную роль играют теплые течения, благодаря которым температура океана выше у восточных берегов.
Средняя температура на поверхности всего Мирового океана равна 17,4° С, т. е. превышает на 3° С среднюю температуру воздуха на земном шаре. Самый теплый океан - Тихий, у которого средняя температура воды на поверхности равна 19,1° С. В Индийском она равна 17,6° С, в Атлантическом - 16,9° С, а в Северном Ледовитом- 0,75° С. Самая низкая температура (-1,7° С) наблюдалась в феврале в Северном Ледовитом океане, самая высокая (+ 32° С) в августе на поверхности Тихого океана. В среднем в году поверхность океана в южном полушарии холоднее, чем в северном за счёт охлаждающего воздействия вод Антарктики.
Суточные амплитуды температуры в открытом океане обычно не превышают 1° С. Годовые амплитуды среднемесячных температур в низких и высоких широтах невелики (1° С и 2° С), и только в умеренных широтах они достигают 10° С и более. Суточные и годовые колебания температуры оказывают существенное влияние на химические и биологические процессы в океане.
4.2. Изменение температуры воды в океане исходя из глубины Температура воды с увеличением глубины понижается. Но процесс данный в разных широтах происходит неодинаково, так как глубина проникновения солнечной радиации в разных зонах неодинакова. Вместе с тем, на перераспределение тепла в толще океанической воды оказывают влияние адвективные факторы.
На большей части акватории Мирового океана, между 50° С с. ш. и 45° С ю. ш. в вертикальном распределении температур много общего. В верхних слоях океана до глубины 500 м понижение температуры идет очень быстро, дальше до 1500 м - значительно медленнее, глубже - температура почти не изменяется. На глубинах 3000-4000 м в экваториальных и умеренных широтах вода имеет температуру +2° С, +3° С, в высоких - около 0 = С. Глубже 4000 м температура воды немного повышается вследствие повышения давления (адиабатическое нагревание).
В приполярных районах температура воды понижается до глубины 50-100 м. Ниже она растет за счёт приноса более теплых и соленых вод из умеренных и субтропических широт, достигая максимума в слое 200-500 м. Под этим слоем температура снова понижается, и на глубине 800 м она равна 0° С. Средняя температура Мирового океана в целом +3,8° С.
В высоких и средних широтах летом под нагретым поверхностным слоем располагается слой резкого скачка температуры - сезонный термоклин. Глубина залегания слоя скачка и величина градиента температуры в нем зависят от интенсивности прогрева поверхностного слоя и перемешивания. В умеренных широтах он обычно располагается на глубинах от 10-16 до 50 м и ниже при значениях вертикального градиента температуры от долей градуса до нескольких градусов на метр.
От экватора до 50-60° С с. и ю. ш. слой скачка на глубинах от 300 до 1000 м существует постоянно (главный термоклин). Так как слой температурного скачка - слой изменения плотности, в нем всегда скапливаются живые организмы. Резко выраженный слой скачка плотности препятствует опусканию взвешенных в воде предметов. К примеру, подводная лодка может лежать на слое скачка как на грунте, откуда и произошел термин “жидкий грунт”.
В случае если рассматривать температурный режим не только открытых частей океанов, но и морей, то и здесь ярко проявляется зависимость температуры от широты, хотя влияние суши, водообмен с океаном и другие причины вносят коррективы в эту связь. Самая высокая температура отмечена на поверхности внутриматериковых тропических морей (в Красном море до +32° .С). Самая низкая температура в полярных морях не опускается ниже -2° С.
Вертикальное распределение температуры воды в морях зависит, в первую очередь, от водообмена с соседними частями океана. В морях, отделенных от океана порогом, распределение температур зависит от глубины порога, солености моря, температуры на его поверхности. Так, в Средиземном море температура воды у дна (4400 м) +13° С. Окраинные моря, свободно сообщающиеся с океаном, по характеру распределения температур не отличаются от открытых частей океана.
5. Льды в океане. Ледовый режим Мирового океана определяется тем, что на преобладающей части его площади температура воды в течение всего года выше точки замерзания, в связи с этим льдообразование наблюдается только в полярных и субполярных широтах. В умеренной зоне лишь очень в немногих, преимущественно мелководных морях на короткое время устанавливается ледовый покров. Большое отодвигание границы зимнего льдообразования в сторону полюсов определяется также соленостью, поскольку соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная.
Пресная вода, как известно, при охлаждении достигает наибольшей плотности при -)-4° С, а начинает замерзать только при 0° С. Процесс замерзания солоноватых вод (до 24,7°/оо) происходит аналогично тому, как и в пресной воде: вода сначала достигает температуры наибольшей плотности при данной солености, а затем точки замерзания.
При солености 24,7°/ 0 о температура замерзания и наибольшей плотности одинакова (-1,332° С). При солености больше 24,7%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, вследствие чего замерзание морской воды происходит иначе, чем пресной, при этом только часть солей переходит в лед, образовавшийся из морской воды, другая же часть стекает обратно в воду в виде солевого раствора, увеличивая тем самым соленость, а следовательно, и плотность поверхностной воды. Это обстоятельство, одной стороны, способствует поддержанию и усилению конвекционных движений и тем самым задерживает замерзание, а с другой - требует дальнейшего понижения температуры, т. к. с увеличением солености понижается температура замерзания. По этой причине замерзание морской воды происходит не при одинаковой температуре, а при понижающейся.
Плотность соленого льда меньше плотности льда пресного (0,85-0,94 г/см 3) и зависит от температуры, солености, плотности, возраста льда и условий льдообразования.
Морской лед по сравнению с пресноводным отличается большой пластичностью и вязкостью, но обладает меньшей прочностью.
Льдообразование в океане начинается с появления кристаллов в виде игл и пластинок. При большой концентрации ледяных кристаллов они образуют ледяное сало, а если на поверхность воды выпадает снег, то образуется снежура. При спокойном состоянии поверхности воды при смерзании сала возникает тонкая корка льда (5-10 см) - прозрачная, хрупкая в опресненной воде (склянка и матовая, эластичная в соленой (нилас). Во время волнения из ледяного сала, снежуры, склянки и ниласа образуется блинчатый лед - пластины льда преимущественно круглой формы от 30 см до 3 м в диаметре. При дальнейшем нарастании склянки и ниласа и при смерзании блинчатого льда образуется молодой лед (молодик), толщиной 10-30 см.
Вдоль берега появляется полоса неподвижного льда, состоящего из ниласа или из молодика - забереги. Ширина заберегов колеблется от нескольких метров до 100-200 м от береговой линии. Постепенно нарастая, забереги превращаются в более широкую полосу - береговой припаи, а молодик становится взрослым льдом, мощностью от 30 см до 2 м. Наиболее благоприятнымиусловиями для образования и развития припая являются: мелководье, изрезанная береговая линия, отсутствие сильных постоянных течений и значительных по амплитуде колебаний уровня. В некоторых районах припай разрастается на сотникилометров от берега (к примеру, в море Лаптевых его ширинужностигает 500 км).
В отличие от неподвижного льда (забереги, береговой припай), морской лед должна быть плавучим. Плавучиельды, не связанные с берегом, называются дрейфующими. Среди нихпо размерам различают битый лед (отнескольких метровдо 100 м впоперечнике) и ледяные поля, подразделяющиеся нагигантские (свыше 10 км), обширные (от 2 до 10 км) и большие поля (0,5-2 км).
В высоких широтах из-за короткого и холодного лета образовавшиеся за зиму льды не успевают растаять полностью, в связи с этим в этих районах встречаются льды разного возраста - от однолетних до многолетних. Многолетние (квазипостоянные) льды, мощность которых может достигать десять и более метров, называют паковыми.
Паковые льды почти не содержат солей и пузырьков воздуха и в связи с этим имеют голубоватый цвет. В Северном Ледовитом океане такие льды занимают до 80% площади океана. У берегов Антарктиды широкого распространения они не имеют. Для обычных ледокольных судов паковые льды непроходимы.
Кроме собственных морских льдов в океанах и морях встречаются речные и материковые (глетчерные) льды. Речные пресные льды выносятся реками во время ледохода, часто имеют желтоватую окраску, летом тают или вкрапливаются в льды морского происхождения. Материковые льды тоже пресные, голубоватые, обычно большой мощности. Οʜᴎ представляют из себяобломки материкового или шельфового льда, сползающие в океан, и называются айсбергами.
Таяние морского льда в основном зависит от интенсивности солнечной радиации и альбедо его поверхности, как правило, покрытой снегом, и начинается с загрязненных участков (обычно о берегов). После весеннего перехода температуры воздуха через 0° на поверхности льда образуются озерки - снежницы. Прочность структура пропитанного талой водой льда изменяются аналогично тому, как подмоченного водой куска сахара. Не изменяя существенно своих размеров, лед становится чрезвычайно хрупким и легко рассыпается при малейшем надавливании на него. В прибрежной полосе возникают сплошные полосы чистой воды - водяные забереги, постепенно превращающиеся в полыньи. Ледяные поля распадаются на отдельные льды рыхлой структуры, которые, делясь на кристаллы, образуют в конечном итоге ледяную кашу.
Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55,4 млн км 2 , в т.ч. 39 млн км 2 в южном полушарии. В северном полушарии ледяной покров образуется в Северном Ледовитом океане и его морях, в северной части Атлантического океана, в Балтийском, Белом, Азовском морях, некоторых районах Северного моря и северо-западной части Черного моря. Из морей, относящихся к бассейну Тихого океана, льдами покрываются Охотское, северная часть Берингова и Японского морей.
Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 280 до "00 миль. Основная масса морских льдов формируется с марта апрель преимущественно в морях Уэддела, Беллинсгаузена Росса, а также вблизи материка.
Мощность ледовых образований на морях, характер и распространение ледяного покрова, а также его продолжительность зависят от температурного и ветрового режима зимы и запаса тепла, накопленного водой в течение весны и лета. Сроки появления льда и замерзания, время вскрытия и очищения ото льда могут для одних и тех же пунктов меняться год от года в значительных пределах.
Наибольшего развития ледяной покров в Арктике достигает в апреле-мае, в Антарктиде - зимой.
Средняя граница льдов в северной части Атлантического океана проходит около 72° с. ш., в южной части она доходит до 50° ю. ш. В Тихоокеанском и Индийском секторах южного полушария она поднимается до 55-60° ю. ш. Далеко за пределы распространения плавучих льдов заходят айсберги. Места зарождения айсбергов: шельфовые ледники Антарктиды, побережье Гренландии, берега Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли и отдельные острова Канадского архипелага.
Отдельные айсберги в северном полушарии достигают 35° с. ш., в южном - 40° ю. ш. и даже встречаются в тропиках. Важно заметить, что для северных вод типичный крупный айсберг может иметь 200 м в поперечнике и возвышаться над уровнем моря примерно на 25 м. Глубина подводной части достигает 225 м, а общая масса 5 ‣‣‣ 10 9 кᴦ. Мощность Антарктических айсбергов доходит до 500 м, а размеры в поперечнике достигают нескольких десятков километров.
Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат всей Земли, на жизнь в океане.
Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел. Стоит сказать, что для наблюдения за льдами и изучения их режима организуются специальные ледовые службы. С целью оповещения судов и прогнозирования скорости и направления движения айсбергов создан Международный ледовый патруль.
Химические свойства вод океана - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Химические свойства вод океана" 2017, 2018.
Соленость. Океанская вода состоит по весу на 96,5% из чистой воды и меньше чем на 4% из растворенных в ней солей, газов и взвешенных нерастворимых частиц. Присутствие сравнительно небольшого количества различных веществ придает ей существенные отличия от других природных вод.
Всего в воде Океана обнаружены в растворенном состоянии 44 химических элемента. Предполагают, что в ней растворены все имеющиеся в природе вещества, но из-за ничтожно малых количеств они не могут быть обнаружены. Различают основные компоненты солености океанской воды (Cl, Na, Mg, Ca, К и др.) и второстепенные, содержащиеся в ничтожно малых количествах (среди них золото, серебро, медь, фосфор, йод и др.).
Замечательная особенность воды Океана - постоянство ее солевого состава. Причиной этого может быть непрерывное перемешивание вод Мирового океана. Однако нельзя считать это объяснение исчерпывающим.
Общее количество солей, содержащихся в воде Мирового океана, 48*10в15 т. Этого количества солей достаточно, чтобы покрыть всю поверхность Земли слоем в 45 м, а поверхность суши - слоем в 153 м.
При очень малом содержании серебра (0,3 мг в1 м3) общее количество его в воде Океана в 20 000 раз больше, чем количество серебра» добытое людьми за весь исторический период. Золото содержится в океанской воде в количестве 0,006 мг в 1 м3, при этом общее количество его достигает 10 млрд. т.
По составу солей океанская вода значительно отличается от речной воды (табл. 19).
В океанской воде больше всего (27 г в 1 л воды) обыкновенной поваренной соли (NaCl), поэтому вода Океана на вкус соленая; соли магния (MgCl2, MgSO4) придают ей горький привкус.
Существенные отличия соотношения солей в воде Океана и в воде рек не могут не казаться удивительными, так как реки непрерывно выносят соли в Океан.
Предполагают, что солевой состав вод Океана, выделившихся из земных недр, связан с их происхождением. Океанские воды выделились уже с исходной соленостью. В дальнейшем сбалансировался определенный солевой состав. Количество выносимых реками солей в какой-то мере уравновешивается их расходом. В расходе солей имеют значение образование железо-марганцевых конкреций, унос солей ветром и, конечно, деятельность организмов, извлекающих соли (прежде всего соли кальция) из воды Океана на построение скелетов и раковин. Скелеты и раковины умерших организмов частично растворяются в воде, а частично образуют донные осадки и, таким образам, выпадают из круговорота вещества.
Растения и животные, обитающие в Океане, поглощают и концентрируют в своем теле различные вещества, находящиеся в воде, в том числе и те, которые человек не смог еще обнаружить. Особенно энергично поглощаются кальций и кремний. Водоросли ежегодно связывают миллиарды тонн углерода и выделяют миллиарды тонн кислорода. Вода проходит через жабры рыб при дыхании, многие животные, отфильтровывая пищу, пропускают через желудочно-кишечный тракт большое количество воды, все животные заглатывают воду с пищей. Вода Океана так или иначе проходит через тело животных и растений, и этим в конечном счете определяется ее современный солевой состав.
Океанские воды имеют среднюю соленость 35‰ (35 г солей на 1 л воды). Изменения солености вызываются изменениями в приходо-расходном балансе солей или пресной воды.
Соли поступают в Океан вместе с водой, стекающей с суши, приносятся и уносятся при водообмене с соседними участками Океана, выделяются или затрачиваются в результате различных процессов, происходящих в воде. Постоянное поступление в Океан солей с суши должно было бы вызвать постепенное увеличение солености его вод. Если это действительно происходит, то так медленно, что до настоящего времени остается необнаруженным.
Основная причина различий солености воды Океана - изменение баланса пресной воды. Осадки на поверхности Океана, сток с суши, таяние льдов вызывают понижение солености; испарение, образование льда, наоборот, повышают ее. Приток вод с суши заметно сказывается на солености у берегов и особенно близ впадения рек.
Поскольку соленость на поверхности Океана в его открытой части зависит в основном от соотношения осадков и испарения (т. е. от климатических условий), постольку в ее распределении обнаруживается широтная зональность. Это хорошо видно на карте изогалин - линий, соединяющих пункты с одинаковой соленостью. В экваториальных широтах поверхностные слои воды несколько распреснены (34-35‰) вследствие того, что осадки больше испарения. В субтропических и тропических широтах соленость поверхностных слоев повышенная и достигает максимума для поверхности открытого Океана (36-37‰. Это объясняется тем, что расход воды на испарение не покрывается осадками. Океан теряет влагу, соли же остаются. К северу и к югу от тропических широт соленость океанских вод постепенно понижается до 33-32‰, что определяется уменьшением испарения и увеличением количества осадков. Понижению солености на поверхности Океана способствуют тающие плавучие льды. Широтную зональность в распределении солености на поверхности Океана нарушают течения. Теплые течения повышают соленость, холодные, наоборот, понижают ее.
Средняя соленость на поверхности океанов различна. Наибольшую среднюю соленость имеет Атлантический океан (35,4 ‰), нименьшую - Северный Ледовитый (32‰). Повышенная соленость Атлантического океана объясняется влиянием материков при его сравнительной суженности. В Северном Ледовитом океане распресняющее действие оказывают сибирские реки (у берегов Азии соленость падает до 20‰).
Так как изменения солености связаны в основном с приходо-расходным балансом воды, они хорошо выражены только в поверхностных слоях, непосредственно получающих (осадки) и отдающих воду (испарение), а также в слое перемешивания. Перемешивание охватывает толщу воды мощностью до 1500 м. Глубже соленость вод Мирового океана остается неизменной (34,7-34,9‰). Характер изменения солености зависит от условий, определяющих соленость на поверхности. Выделяют четыре типа изменения солености в Океане по вертикали: I -экваториальный, II - субтропический, III - умеренный и IV - полярный,
I. В экваториальных широтах, где вода на поверхности распреснена, соленость постепенно возрастает, достигая максимума на глубине 100 м, где к экватору из тропической части Океана приходят более соленые воды. Глубже 100 м соленость убывает, а начиная с глубины 1000-1500 м становится почти постоянной. II. В субтропических широтах соленость быстро уменьшается до глубины 1000 м, глубже она постоянная. III. В умеренных широтах соленость с глубиной изменяется мало. IV. В полярных широтах соленость на поверхности Океана наиболее низкая, с глубиной она вначале быстро возрастает, а затем, примерно с глубины 200 м, почти не изменяется.
Соленость воды на поверхности морей может сильно отличаться от солености воды в открытой части Океана. Она также определяется прежде всего балансом пресной воды, а значит, зависит от климатических условий. Море испытывает влияние омываемой им суши в значительно большей степени, чем Океан. Чем глубже вдается море в сушу, чем меньше оно связано с Океаном, тем больше отличается его соленость от средней океанской солености.
Моря в полярных и умеренных широтах имеют положительный баланс воды, и поэтому соленость на их поверхности понижена, особенно у впадения рек. Моря в субтропических и тропических широтах, окруженные сушей с малым количеством рек, имеют повышенную соленость. Большая соленость Красного моря (до 42‰) объясняется его положением среди суши, в условиях сухого и жаркого климата. Осадки на поверхность моря выпадают всего в количестве 100 мм в год, сток с суши отсутствует, а испарение достигает 3000 мм в год. Водообмен с Океаном происходит через узкий Баб-эль-Мандебский пролив.
Повышенная соленость Средиземного моря (до 39‰) является результатом того, что сток с суши и осадки не компенсируют испарения, водообмен с Океаном затруднен. В Черном море (18‰), наоборот, испарение почти компенсируется стоком (годовой слой стока 80 см), и осадки делают баланс воды положительным. Отсутствие свободного водообмена с Мраморным морем способствует сохранению пониженной солености Черного моря.
В Северном море, испытывающем, с одной стороны, влияние Океана, а с другой - сильно распресненного Балтийского моря, соленость повышается с юго-востока на северо-запад от 31 до 35‰. Все окраины моря, тесно связанные с Океаном, имеют соленость, близкую к солености прилежащей части Океана. В прибрежных частях морей, принимающих реки, вода сильно распресняется и часто имеет соленость всего несколько промилле.
Изменение солености с глубиной зависит в морях от солености на поверхности и связанного с ней водообмена с Океаном (или с соседним морем).
Если соленость моря меньше, чем соленость Океана (соседнего моря) у соединяющего их пролива, более плотная океанская вода проникает через пролив в море и опускается, заполняя его глубины. В этом случае соленость в море с глубиной увеличивается. Если море более соленое, чем соседняя часть Океана (моря), вода в проливе двигается по дну в сторону Океана, по поверхности - в сторону моря. Поверхностные слои приобретают соленость и температуру, свойственные морю в данных физико-географических условиях. Соленость придонных вод соответствует солености на поверхности в период наиболее низких темпе-ператур.
Различные случаи изменения солености с глубиной хорошо видны на примере морей Средиземного, Мраморного и Черного. Средиземное море более соленое, чем Атлантический океан. В Гибралтарском проливе (глубина 360 м) существует глубинное течение из моря в Океан. Средиземноморская вода от порога опускается, создавая на некоторой глубине в Океане близ порога область повышенной солености. По поверхности в проливе океанская вода течет в море. Соленость воды у дна Средиземного моря на всем протяжении его 38,6‰, в то время как на поверхности она изменяется от 39,6‰ в восточной части до 37‰ - в западной. Соответственно в восточной части соленость с глубиной уменьшается, в западной - увеличивается.
Мраморное море расположено между двумя морями, более соленым Средиземным и менее соленым Черным. Соленая средиземноморская вода, проникая через Дарданеллы, заполняет глубины моря, и поэтому соленость у дна 38‰. Черноморская вода, двигаясь по поверхности, приходит в Мраморное море через Босфор и распресняет воду поверхностных слоев до 25‰.
Черное море сильно распреснено. Поэтому вода средиземноморского происхождения проникает из Мраморного моря в Черное по дну Босфора и, опускаясь, заполняет его глубины. Соленость воды в Черном море с глубиной увеличивается от 17-16 до 22,3‰.
В воде Мирового океана содержатся колоссальные количества ценнейшего химического сырья, использование которого пока еще очень ограниченно. Из воды океанов и морей ежегодно извлекается около 5 млн. т поваренной соли, в том числе более 3 млн. т - в странах Юго-Восточной Азии. Из морской воды добывают калиевые и магниевые соли. Как побочный продукт при извлечении поваренной соли и магния получают бромистый газ.
Для извлечения из воды химических элементов, содержащихся в очень незначительных количествах, можно использовать удивительную способность многих обитателей Океана поглощать и концентрировать в своем организме определенные элементы, например концентрация йода в ряде водорослей в тысячи и сотни тысяч раз превышает его концентрацию в воде Океана. Моллюски поглощают медь, аспидии - цинк, радиолярии - стронций, медузы - цинк, олово, свинец. В фукусах и ламинариях много алюминия, в серных бактериях - серы. Отобрав определенные организмы и усилив их свойства концентрировать элементы, можно будет создавать искусственные месторождения полезных ископаемых.
Современная химия получила иониты (обменные смолы), обладающие свойством поглощать из раствора и удерживать на своей поверхности различные вещества. Щепотка ионита может опреснить ведро соленой воды, извлечь из нее соли. Применение ионитов сделает более доступными для использования людьми богатства солей Океана.
Газы в воде Океана. В воде Океана растворены газы. Это главным образом кислород, азот, углекислый газ, а также сероводород, аммиак, метан. Вода растворяет газы соприкасающейся с ней атмосферы, газы выделяются при химических и биологических процессах, приносятся водами суши, поступают в воду Океана при подводных извержениях. Перераспределение газов в воде происходит при ее перемешивании. Благодаря высокой растворяющей способности воды Океан оказывает большое влияние на химический состав атмосферы.
Азот присутствует в Океане повсюду, причем содержание его почти не изменяется, так как он плохо вступает в соединения и мало потребляется. Некоторые инфильтрующие бактерии превращают его в нитраты и аммиак.
Кислород поступает в Океан из атмосферы и выделяется при фотосинтезе. Расходуется он в процессе дыхания, на окисление различных веществ, выделяется в атмосферу. Растворимость кислорода в воде определяется её температурой и соленостью. При нагревании поверхности Океана (весна, лето) вода отдает кислород атмосфере, при охлаждении (осень, зима) поглощает его из атмосферы. В океанской воде кислорода меньше, чем в пресной.
Так как интенсивность процессов фотосинтеза зависит от степени освещения воды солнечными лучами, количество кислорода в воде колеблется в течение суток, уменьшаясь с глубиной. Глубже 200 м света очень мало, растительность отсутствует и содержание кислорода в воде падает, но затем, на больших глубинах (>1800 м), в результате циркуляции океанских вод снова возрастает.
Содержание кислорода в поверхностных слоях воды (100-300 м) от экватора к полюсам возрастает: на широте 0° - 5 см3/л, на широте 50° - 8 см3/л. Вода теплых течений беднее кислородом, чем вода холодных течений.
Присутствие кислорода в воде Океана - необходимое условие развития в нем жизни.
Углекислый газ , в отличие от кислорода и азота, находится в воде Океана главным образом в связанном состоянии - в виде углекислых соединений (карбонатов и бикарбонатов). Он попадает в воду из атмосферы, выделяется при дыхании организмов и при разложении органического вещества, поступает из земной коры при подводных извержениях. Как и кислород, углекислый газ лучше растворяется в холодной воде. При повышении температуры вода отдает углекислый газ атмосфере, при понижении температуры она поглощает его. В воде Океана растворяется значительная часть углекислого газа атмосферы. Запасы углекислого газа в Океане составляют 45-50 см3 на 1 л воды. Достаточное количество его - обязательное условие жизнедеятельности организмов.
В воде морей количество и распределение газов могут быть существенно иными, чем в воде океанов. В морях, глубины которых не снабжаются кислородом, накапливается сероводород. Это происходит в результате деятельности бактерий, использующих для окисления питательных веществ в анаэробных условиях кислород сульфатов. Нормальная органическая жизнь в сероводородной среде не развивается.
Примером моря, глубины которого заражены сероводородом, может быть Черное море. Увеличение плотности воды С глубиной обеспечивает в Черном море равновесие водной массы. Полного перемешивания воды в нем не происходит, кислород с глубиной постепенно исчезает, содержание сероводорода увеличивается, достигая у дна 6,5 см3 на 1 л воды.
Неорганические и органические соединения, содержащие необходимые организмам элементы, называются питательным веществом.
Распределение в Океане питательных веществ и энергии (солнечного излучения) определяет распределение и продуктивность живого вещества.
Плотность воды Океана с увеличением солености всегда повышается, поскольку растет содержание веществ, имеющих больший, чем вода, удельный вес. Увеличению на поверхности Океана плотности способствуют охлаждение, испарение и образование льда. При увеличении плотности воды возникает конвекция. При нагревании, а также при смешении соленой воды с водой осадков и с талой водой плотность ее понижается.
На поверхности Океана наблюдается изменение плотности в пределах от 0,996 до 1,083. В открытом Океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к полюсам растет. С глубиной плотность воды в Океане увеличивается.
Давление. На каждый квадратный сантиметр поверхности Океана атмосфера давит приблизительно с силой 1 кг (одна атмосфера). То же давление на ту же площадь оказывает столб воды высотой всего 10,06 м. Таким образом, можно считать, что на каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атмосферу. Если учесть, что вода с глубиной сжимается и становится более плотной, окажется, что давление на глубине 10000 м равно 1119 атмосферам. Все процессы, происходящие на большой глубине, совершаются под сильным давлением, но это не препятствует развитию жизни в глубинах Океана.
Прозрачность воды Океана. Лучистая энергия Солнца, проникая в толщу воды, рассеивается и поглощается. От степени ее рассеивания и поглощения зависит прозрачность воды. Так как количество примеси, содержащейся в воде, не везде одинаково и изменяется во времени, прозрачность также не остается постоянной (табл. 20) . Наименьшая прозрачность наблюдается у берегов на мелководье, особенно после штормов. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона. Уменьшение прозрачности вызывается таянием льдов (лед всегда содержит примеси, кроме того, масса пузырьков воздуха, заключенных во льдах, переходит в воду). Замечено, что прозрачность воды увеличивается в местах подъема на поверхность глубинных вод.
В настоящее время измерения прозрачности на разных глубинах производятся с помощью универсального гидрофотометра.
Цвет воды океанов и морей. Толща чистой воды Океана (моря) в результате собирательного поглощения и рассеивания света имеет голубой или синий цвет. Этот цвет воды называют «цветом морской пустыни». Присутствие планктона и неорганических взвесей отражается на цвете воды, и. она приобретает зеленоватый оттенок. Большие количества примесей делают воду желтовато-зеленой, близ устья рек она может быть даже коричневатой.
Для определения цвета воды Океана пользуются шкалой цвета моря (шкалой Фореля-Уле), включающей 21 пробирку с жидкостью разного цвета - от синего до коричневого.
В экваториальных и тропических широтах господствующий цвет воды Океана темно-голубой и даже синий. Такую воду имеют, например, Бенгальский залив, Аравийское море, южная часть Китайского моря, Красное море. Синяя вода в Средиземном море, близка к ней по цвету вода Черного моря. В умеренных широтах во многих местах вода зеленоватая (особенно у берегов), заметно зеленеет она в районах таяния льдов. В полярных широтах зеленоватый цвет преобладает.
Соленость . Океанская вода по весу состоит на 96,5% из чистой воды и на 3,5% из растворенных в ней минеральных веществ, газов, микроэлементов, коллоидов и взвесей органического и неорганического происхождения. В состав морской воды входят все известные химические элементы. Больше всего в океанской воде натрия, т. е. поваренной соли NaCl (27,2 г на 1 л), поэтому вода Океана на вкус соленая. Затем следуют соли магния – MgCl (3,8 г на 1 л) и MgSO 4 (1,7 г на 1 л), придающие воде горький вкус. На все остальные элементы, среди которых и биогенные элементы (фосфор, азот и т. п.), и микроэлементы, приходится меньше 1%, т. е. их содержание ничтожно мало. Общее количество солей в Океане достигает 50 10 16 т. При осаждении эти соли могут покрыть дно Океана слоем примерно в 60 м, всю Землю слоем в 45 м, а сушу слоем в 153 м. Удивительная особенность океанской воды – постоянство солевого состава. Раствор может быть в разных частях Океана разной концентрации, но соотношение главнейших солей остается неизменным.
Средняя соленость Мирового океана 35‰. Наибольшую среднюю соленость имеет Атлантический океан – 35,4‰, наименьшую – Северный Ледовитый – 32‰. Отклонения от средней солености в ту и другую сторону вызываются главным образом изменениями в приходно-расходном балансе пресной воды. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность Океана, сток с суши, таяние льдов вызывают понижение солености; испарение, образование льда – наоборот, повышают ее. Так как изменения солености связаны в основном с приходом и расходом пресной воды, они заметны только в поверхностном слое, непосредственно получающем атмосферные осадки и испаряющем воду, и в некотором слое под ним (до глубины 1500 м), определяемым глубиной перемешивания. Глубже соленость вод Мирового океана остается неизменной (34,7 – 34,9 ‰).
Соленость морской воды тесно связана с ее плотностью. Плотность воды Океана – отношение массы единицы ее объема при данной температуре к массе чистой воды того же объема при температуре + 4°С. Плотность воды Океана с увеличением солености всегда повышается, поскольку растет содержание веществ, имеющих больший, чем вода, удельный вес. Увеличению плотности поверхностных слоев воды способствует охлаждение, испарение и образование льда. Нагревание, а также смешение соленой воды с водой атмосферных осадков или талой водой вызывают понижение плотности. На поверхности океана наблюдается изменение плотности в пределах от 0,9960 до 1,083. В открытом Океане плотность, как правило, определяется температурой и поэтому от экватора к полюсам в общем растет. С глубиной плотность воды в Океане увеличивается.
Газы в воде Океана . Газы попадают в воду из атмосферы, выделяются при химических и биологических процессах, их приносят реки, они поступают при подводных извержениях. Перераспределение газов происходит посредством перемешивания. Способность океанской воды растворять газы зависит от ее температуры, солености и гидростатического давления. Чем выше температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней раствориться. Растворены в воде прежде всего азот (63%), кислород (35%) и углекислый газ, а также сероводород, аммиак, метан и др.
Углекислый газ, как и кислород, лучше растворяется в холодной воде. Поэтому при повышении температуры вода отдает его атмосфере, при понижении – поглощает. Днем, в связи с усиленным потреблением углекислого газа растениями, содержание его в воде уменьшается, ночью, наоборот, возрастает. В высоких широтах Океан поглощает углекислый газ, в низких – выделяет его в атмосферу. Обмен газами между Океаном и атмосферой – процесс непрерывный.
Давление. На каждый квадратный сантиметр поверхности Океана атмосфера давит приблизительно с силой 1 кг (одна атмосфера). То же давление на ту же площадь оказывает столбик воды высотой всего в 10,06 м. Таким образом, можно считать, что на каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Все процессы, происходящие на большой глубине, совершаются под сильным давлением, но это не препятствует развитию жизни в глубинах Океана.
Прозрачность. Лучистая энергия Солнца, проникая в толщу воды, рассеивается и поглощается. Степень рассеивания и поглощения солнечной энергии зависит от количества взвешенных частиц, содержащихся в воде. Наименьшая прозрачность наблюдается у берегов на мелководье, в связи с увеличением количества взвесей, вносимых реками, и взмучиванием грунта волнением. Значительно уменьшается прозрачность воды в период массового развития планктона и при таянии льдов (лед всегда содержит примеси; кроме того, масса пузырьков воздуха, заключенных во льду, переходит в воду). Прозрачность воды увеличивается в местах подъема на поверхность глубинных вод.
Прозрачность выражается числом метров, т. е. глубиной, на которой еще виден белый диск диаметром 30 см. Наибольшая прозрачность (67 м) наблюдалась в Центральной части Тихого океана, в Средиземном море – 60 м, в Индийском океане – 50 м. В Северном море она равна 23 м, в Балтийском – 13 м, в Белом – 9 м, в Азовском – 3 м.
Цвет воды океанов и морей. Толща чистой воды Океана в результате собирательного поглощения и рассеивания света имеет голубой или синий цвет. Присутствие планктона и неорганических взвесей отражается на цвете воды, и она приобретает зеленоватый оттенок. Большие количества органических примесей делают воду желтовато-зеленой, близ устья рек она может быть даже коричневой.
В экваториальных и тропических широтах господствующий цвет воды Океана темно-голубой и даже синий. Такого цвета вода, например, в Бенгальском заливе, Аравийском море, южной части Китайского моря, Красном море. Синяя вода в Средиземном и Черном морях. В умеренных широтах во многих местах вода зеленоватая (особенно у берегов), заметно зеленеет она в районах таяния льдов. В полярных широтах зеленоватый цвет преобладает.
Свечение моря. Свечение морской воды создается организмами, испускающими «живой» свет. К таким организмам относятся прежде всего светящиеся бактерии. В опресненных прибрежных водах, где распространены главным образом такие бактерии, свечение моря наблюдается в виде ровного молочного света. Свечение вызывается, кроме того, мелкими и мельчайшими простейшими организмами, из которых наиболее известна ночесветка (Noctiluca). Некоторые более крупные организмы (большие медузы, мшанки, рыбы, кольчатые черви и др.) также отличаются способностью производить свет. Свечение моря представляет собой явление, распространенное по всему Мировому океану. Оно наблюдается только в морской воде и никогда не бывает в пресной.
Цветение моря представляет собой бурное развитие зоо- и фитопланктона в поверхностных слоях моря. Массовые скопления этих организмов вызывают изменения в окраске поверхности моря в виде желтых, розовых, молочных, зеленых, красных, бурых и других полос и пятен.
Звукопроводность океанической воды в 5 раз больше, чем воздуха. В воздухе звуковая волна движется со скоростью 332 м/с, в пресной воде – 435 м/с, в океанической – 1500 м/с. Распространение звука в морской воде зависит от температуры, солености, давления, содержания газов, а также взвешенных примесей органического и неорганического происхождения.
Температура воды Мирового Океана . Основной источник тепла, получаемого поверхностью Мирового океана – это прямая и рассеянная солнечная радиация. Дополнительным источником тепла могут служить речные воды. Часть поступившей солнечной радиации отражается водной поверхностью, часть излучается в атмосферу и межпланетное пространство. Большое количество тепла море теряет на испарение. Большая роль в распределении и изменении температуры вод океанов принадлежит материкам, господствующим ветрам и особенно течениям.
Морские воды, соприкасаясь с атмосферой, обмениваются с ней теплом. Если вода теплее воздуха, то происходит отдача тепла в атмосферу, если же вода холоднее, она получает некоторое количество тепла в процессе теплообмена.
Тепло, поступающее от Солнца, поглощается тонким поверхностным слоем и идет на нагревание воды, но благодаря малой теплопроводности воды почти не передается на глубину. Проникновение тепла от поверхности к нижележащим слоям происходит главным образом путем вертикального перемешивания, а также за счет адвекции тепла глубинными течениями. В результате вертикального перемешивания в летнее время к поверхности поднимаются более холодные воды и понижают температуру поверхностных слоев, а глубинные воды отепляются. В зимнее время, когда поверхностные воды охлаждены, с глубин в процессе вертикального обмена происходит подток более теплых вод, задерживающих начало ледообразования.
Средняя годовая температура на поверхности Океана + 17,4°С, в то время как средняя годовая температура воздуха +14°С. Наиболее высокую среднюю температуру имеет поверхность Тихого океана, большая часть которой находится в низких широтах (+ 19,1°С), Индийского (+ 17,1°С), Атлантического (+ 16,9°С). Значительные изменения температуры происходят только в верхних слоях воды Океана мощностью 200 – 1000 м. Глубже температура не превышает + 4, + 5°С и изменяется очень мало. Благодаря большой теплоемкости воды Океан является аккумулятором солнечного тепла на Земле.
Процесс ледообразования в морской и пресной воде происходит различно – пресная вода замерзает при температуре 0°С (несколько ниже 0°С), а морская вода замерзает при разной температуре в зависимости от солености. Образование льда в Океане начинается с возникновения пресных кристаллов, которые затем смерзаются. При этом в пространстве между кристаллами льда остаются капельки крепкого рассола, поэтому при образовании лед соленый. Чем ниже температура, при которой происходило льдообразование, тем солонее лед. Рассол постепенно стекает между кристаллами, поэтому с течением времени лед опресняется.
В высоких широтах северного полушария образовавшийся зимой лед не успевает растаять за лето, поэтому среди полярных льдов встречаются льды разного возраста – от однолетних до многолетних. Толщина однолетнего льда в Арктике достигает 2 – 2,5 м, в Антарктике 1 – 1,5 м. Многолетние льды имеют мощность 3 – 5 м и более. В месте сжатия льдов их толщина достигает 40 м. Льды покрывают около 15% всей акватории Мирового океана, т. е. 55 млн. км 2 , в том числе 38 млн. км 2 в южном полушарии.
Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат всей Земли, на жизнь в Океане.
Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел.
Понятие о водных массах . Воды Мирового океана обладают весьма различными физическими и химическими свойствами. Большие объемы воды, сформированные в данных физико-географических условиях в определенные отрезки времени и отличающиеся характерными физическими, химическими и биологическими свойствами, называют водными массами.
Водные массы формируются главным образом в поверхностных слоях Мирового океана под влиянием климатических условий, процессов термического и динамического взаимодействия океана и атмосферы. В формировании водных масс основная роль принадлежит конвективному перемешиванию, которое, так же как и другие типы вертикального обмена, завершается образованием однородной водной массы. Течениями водные массы переносятся в другие районы, где, соприкасаясь с водами иного происхождения, трансформируются, особенно по периферии.
Движение вод океана
Вся масса океанских вод непрерывно движется. Это обеспечивает постоянное перемешивание воды, перераспределение тепла, солей и газов. Различают 3 вида движения: колебательные –волны, поступательные – океанические течения, смешанные – приливы и отливы.
Волны. Главная причина возникновения волн на поверхности Мирового океана – ветер. В отдельных случаях волны достигают высоты 18 м и длины до 1 км. С глубиной волны затухают.
При землетрясении, подводном извержении вулкана и подводных оползнях возникают сейсмические волны, распространяющиеся от эпицентра во все стороны и охватывающие всю толщу воды. Они называются цунами. Обычные цунами – волны, следующие друг за другом с периодичностью 20 – 60 минут со скоростью – 400 – 800 км/час. В открытом океане высота цунами не превышает 1 м. При подходе к берегу – на мелководье, цунами превращается в гигантскую волну до 15 – 30 м. Такие волны вызывают огромные разрушения. Цунами чаще других поражает восточные побережья Евразии, Японии, Новой Зеландии, Австралии, Филиппинские и Гавайский острова, юго-восточную часть Камчатки.
Океанические течения. Поступательные движения огромных масс воды называются течениями . Это горизонтальное перемещение воды на большие расстояния. Течения бывают ветровыми (или дрейфовыми), когда причиной является ветер, дующий в одном направлении. Сточные течения возникают в случае постоянного поднятия уровня воды, вызванного ее притоком или обильными атмосферными осадками. Например, Течение Гольфстрим вызвано повышением уровня воды в связи с притоком из соседнего Карибского моря. Компенсационные течения возмещают убыль воды в какой-либо части океана. Когда ветер постоянно дует с суши на море, он отгоняет поверхностные воды, на место которых поднимаются холодные воды из глубин. Плотностные течения – результат различной плотности воды на одной глубине. Их можно наблюдать в проливах, соединяющих моря с различной соленостью. Например, по проливу Босфор по дну из Средиземного моря в Черное идет более соленая и плотная вода, а навстречу этому потоку оп поверхности – более пресная.
Течения нарушают широтную зональность в распределении температуры. Во всех трех океанах – Атлантическом, Индийском и Тихом – под влиянием течений возникают температурные аномалии: положительные аномалии связаны с переносом теплых вод от экватора в более высокие широты течениями, имеющими близкое к меридиональному направление; отрицательные аномалии вызваны противоположно направленными (от высоких широт к экватору) холодными течениями. Течения оказывают влияние на распределение и других океанологических характеристик: солености, содержания кислорода, биогенных веществ, цвета, прозрачности и др. Распределение этих характеристик оказывает огромное влияние на развитие биологических процессов, растительный и животный мир морей и океанов.
Смешанные течения – приливы и отливы, возникающие в результате осевого вращения Земли и притяжения планеты Солнцем и Луной. В каждой точке поверхности Океана 2 раза в сутки наблюдается прилив и 2 раза – отлив. Высота приливной волны в открытом океане – около 1,5 м, а у берегов – зависит от их конфигурации. Самый высокий прилив в заливе Фанди у берегов Северной Америки в Атлантическом океане – 18 м.
Океан как среда жизни
В Мировом океане жизнь существует повсюду – в разных формах и разных проявлениях. По условиям существования в Океане выделяются две различные области: толща воды (пелагиаль) и дно (бенталь).Бенталь разделяется на прибрежную – литораль, имеющую глубины до 200 м, и глубинную – абиссаль. Абиссальная область представлена своеобразными организмами, приспособленными к обитанию в условиях низкой температуры, высокого давления, отсутствия света и относительно малого содержания кислорода.
Органический мир Океана состоит из трех групп: бентоса, планктона, нектона. Бентос – обитатели дна (растения, черви, моллюски), неспособные надолго подниматься в толщу воды. Планктон – обитатели водной толщи (бактерии, грибки, водоросли, простейшие и т. д.), не обладающие способностью активно перемещаться на большие расстояния. Нектон – обитатели вод, свободно проплывающие большие расстояния (киты, дельфины, рыбы).
Зеленые растения могут развиваться только там, где освещение достаточно для фотосинтеза (до глубины не более 200 м). Большую часть массы живого вещества в Океане составляет фитопланктон, населяющий верхний 100-метровый слой воды. Средняя масса фитопланктона 1,7 млрд. т, годовая продукция 550 млрд. т. Самая распространенная форма фитопланктона – диатомовые водоросли, представленные 15 тыс. видов. Одна диатомовая водоросль за месяц способна дать 10 млн. экземпляров. Только потому, что фитопланктон быстро отмирает и поедается в больших количествах, он не заполнил Океан. Фитопланктон – начальное звено пищевой цепи в Океане. Места обильного развития фитопланктона – места повышенного плодородия в Океане, богатые жизнью вообще.
Распределение жизни в Океане очень неравномерно и имеет отчетливо выраженный зональный характер . В высоких широтах северного, полушария условия развития фитопланктона неблагоприятные – сплошной ледяной покров, полярная ночь, низкое положение Солнца над горизонтом летом, холодная (ниже 0°С) вода, слабая вертикальная циркуляция (следствие опресненности верхнего слоя воды), не обеспечивающая выноса питательных веществ с глубин. Летом появляются в полыньях некоторые холодолюбивые рыбы и питающиеся рыбой тюлени.
В субполярных широтах происходит сезонная миграция кромки полярных льдов. В холодную часть года в слое в несколько сотен метров вода интенсивно перемешивается (следствие охлаждения), обогащаясь кислородом и питательными солями. Весной и летом поступает много света, и, несмотря на сравнительно низкую температуру воды (результат затрат тепла на таяние), в ней развивается масса фитопланктона. Затем следует короткий период развития зоопланктона, питающегося фитопланктоном. В этот период в субполярной зоне скапливается множество рыбы (сельдь, треска, пикша, морской окунь и др.). Приходят на откорм киты, которых особенно много в южном полушарии.
В умеренных широтах обоих полушарий сильное перемешивание воды, достаточное количество тепла и света создают наиболее благоприятные условия для развития жизни. Это самые продуктивные зоны Океана. Максимальное развитие фитопланктона наблюдается весной. Он усваивает питательные вещества, количество их уменьшается – начинается развитие зоопланктона. Осенью – второй максимум развития фитопланктона. Обилие зоопланктона обусловливает обилие рыбы (сельдь, треска, анчоус, лосось, сардина, тунец, камбала, палтус, навага и т. д.).
В субтропических и тропических широтах вода на поверхности Океана имеет повышенную соленость, но из-за высокой температуры оказывается сравнительно легкой, что мешает перемешиванию. Частицы, содержащие питательные вещества, не задерживаясь, опускаются на дно. Кислорода в 2 раза меньше, чем в умеренной зоне. Фитопланктон развивается сла6o, мало и зоопланктона. В субтропических широтах вода обладает наибольшей прозрачностью и интенсивным голубым цветом (цвет океанской пустыни). В теплой воде растут не связанные с дном бурые водоросли – саргассы, типичные для этой части Океана.
В экваториальных широтах на границе пассатных течений и экваториального противотечения происходит перемешивание воды, и поэтому она относительно богата питательными солями и кислородом. Планктона здесь значительно больше, чем в соседних широтах, хотя и не так много, как на северной окраине умеренной зоны.
Теплая вода содержит мало углекислого газа и поэтому плохо растворяет углекислый кальций, который содержится в ней в изобилии и легко усваивается растениями и животными. В результате раковины и скелеты животных приобретают массивность и прочность, а после отмирания организмов образуются мощные толщи карбонатовых отложений, коралловые рифы и острова, столь характерные для низких широт.
Широтная зональность распределения жизни в верхних слоях Океана, хорошо выраженная в его открытой части, нарушается на окраине под влиянием ветров и течений.
Мировой океан представляет собой главную часть гидросферы - водной оболочки Земли. Его воды покрывают 361 млн км2, или 70,8 %, поверхности земного шара, что почти в 2,5 раза превышаем площадь суши (149 млн км2, или 29,2 %). Важнейшее следствие такого глобального соотношения суши и моря состоит во влиянии Мирового океана на водный и тепловой баланс Земли. Около 10 % солнечной радиации, поглощенной поверхностью океана, расходуется на нагревание и турбулентный обмен теплотой между поверхностными слоями воды и нижними слоями атмосферы. Остальные 90 % теплоты затрачиваются на испарение. Испарение с поверхности океана является как главным источником воды в глобальном гидрологическом цикле, так и следствием высокой скрытой теплоты испарения воды, а это важный компонент глобального теплового баланса Земли. Акватория Мирового океана состоит из Атлантического, Тихого, Индийского, Северного Ледовитого и Южного океанов, окраинных морей (Баренцево, Берингово, Охотское, Японское, Карибское и др.), внутриконтинентальных морей (Средиземное, Черное, Балтийское). Не имеющие связи с Мировым океаном Каспийское и Аральское моря-озера условно называют морями исключительно из-за их больших размеров. В настоящее время это внутренние замкнутые водоемы, а в четвертичное время они соединялись с Мировым океаном.
В Мировом океане сосредоточено не менее 1,4 млрд км3 воды, что составляет около 94 % объема гидросферы. Эти огромные массы воды находятся в постоянном движении. Геологические процессы, протекающие в Мировом океане, многообразны и представляют собой взаимосвязанные явления. Они состоят из следующих процессов:
Разрушения, или абразии (от лат. «абрадо» - брею, соскабливаю), массивов горных пород, слагающих берега и часть мелководья;
Переноса и сортировки продуктов разрушения, приносимого с суши;
Накопления, или аккумуляции, различных осадков. Долгое время дно Мирового океана и его осадки оставались неисследованными. Лишь начиная с середины XX столетия начались целенаправленные исследования Мирового океана со специальн построенных научно - исследовательских кораблей. Вначале для изучения дна Мирового океана применялись различные геофизические приборы, установленные на кораблях, а образцы горных пород доставлялись специальными тралами - драгами. В результате этих работ были получены уникальные сведения о рельефе дна Мирового океана.
Физико-химические свойства вод морей и океанов
Соленость и химический состав вод. В морской воде в растворенном состоянии находится большое количество веществ. Суммарное содержание растворенных солей в морской воде называется ее соленостью (5) и выражается в промилле (%о). За среднюю соленость вод океана принимается величина около 35 %о. Это означает, что в 1 л воды содержится около 35 г растворенных солей (средняя величина солености морской воды). Соленость поверхностных вод Мирового океана колеблется от 32 до 37 %с, и такие колебания связаны с климатической зональностью, которая прямо влияет на испаряемость вод. В аридных зонах, где преобладает испаряемость, соленость увеличивается, а в гумидных областях и в местах стока крупных рек соленость уменьшается. В широких пределах меняется соленость во внутриконтинентальных морях. В Средиземном море она составляет 35 - 39 %>о, в Красном море увеличивается до 41 -43 %о, а в морях, расположенных в гумидных областях, главным образом из-за большого притока пресных вод соленость снижается. В Черном море она составляет 18 - 22 %о, в Каспийском -12-15 %о, в Азовском -12 %о, а в Балтийском - 0,3 - 6 %о. Такая низкая соленость Балтийского моря обусловлена большим объемом речного стока. Ведь в это море несут свои воды такие полноводные реки, как Рейн, Висла, Нева, Неман и др. Особенно высокая соленость (до 300 %о) наблюдается в отшнурованных от моря лагунах в аридных областях, например в заливе Кара-Богаз-Гол в Каспийском море.
В водах морей и океанов присутствуют почти все химические элементы Периодической системы Д. И. Менделеева. Содержание одних настолько велико, что именно их соотношение обусловливаем соленость морских и океанских вод, а количество других составляем тысячные и даже десятитысячные доли процента. При сопоставлении катионов и анионов оказывается, что в солевом составе морской воды преобладают хлориды (89,1 %), на втором месте стоят сульфаты (10,1 %), затем - карбонаты 0,56 %, а бромиды составляют всего 0,3 %.
Газовый режим . В водах Мирового океана в растворенном состоянии находятся различные газы, но главными из них являются кислород, углекислый газ и местами сероводород. Кислород поступает в морскую воду как непосредственно из атмосферы, так и за счет фотосинтеза фитопланктона. Главную роль и перераспределении газов играет глобальная океанская циркуляция. Благодаря ей происходит переток богатых кислородом холодных вод от высоких широт к экватору и поверхностных вод в придонную часть.
Углекислый газ находится в морской воде частично в растворен ном состояниии, а частично он химически связан в форме бикарбонатов Са(НС03) или карбонатов (СаС03). Растворимость С02 в морской воде зависит от температуры морской воды и возрастает с ее понижением. Поэтому холодные воды Арктики и Антарктики содержат больше углекислого газа, чем воды низких широт. Значительное содержание С02 отмечается в придонных холодных водах на глубинах ниже 4000 м. Это сказывается на растворении карбонатых раковин отмерших организмов, которые опускаются с поверхности на дно.
В некоторых морских бассейнах наблюдается аномальный газовый режим. Классическим примером служит Черное море, где, по данным Н. М. Страхова, на глубинах 150- 170 м вода в значительной степени обеднена кислородом и содержит в больших количествах сероводород. Его количество сильно возрастает в придонных слоях. Сероводород образуется благодаря жизнедеятельности сульфатсодержащих бактерий, которые восстанавливают сульфаты из Морской воды до сероводорода. Сероводородное заражение вызвано нарушением свободного водообмена между Черным морем и водами Средиземного моря. В Черном море существует расслоенность воды по солености. В верхней части располагаются опресненные воды (17-18 %о), а ниже соленые (20 - 22 %о). Это исключает вертикальную циркуляцию и приводит к нарушению газового режима, а затем к накоплению сероводорода. Недостаток кислорода в более глубоких слоях способствует развитию восстановительных процессов. Сероводородное заражение в придонной части Черного моря достигает 5 - 6 см3/л. Кроме Черного моря сероводородное заражение обнаружено в некоторых норвежских фиордах.
Температура морской воды . Распределение температур поверхностных слоев вод Мирового океана тесно связано с климатической зональностью. Среднегодовая температура в высоких широтах изменяется от 0 - 2 °С и достигает максимальных значений порядка 28 °С в экваториальных широтах. В умеренных широтах температура воды испытывает значительные сезонные колебания в пределах от 5 до 20 °С. Температура воды изменяется с глубиной, достигая в придонных частях на значительных глубинах всего 2 - 3 °С. В полярных областях она опускается до отрицательных значений порядка -1,0 -1,8 °С.
Переход от верхнего слоя воды с высокой температурой к нижнему слою с низкой температурой совершается в относительно тонком слое, который называется термоклином. Этот слой совпадает с изотермой 8 - 10° и находится на глубине 300 - 400 м в тропиках и 500- 1000 м в субтропиках. Общие закономерности в распределении температур нарушаются поверхностными теплыми и холодными, а также донными течениями.
Давление и плотность . Гидростатическое давление в океанах и морях соответствует массе столба воды и увеличивается с глубиной, достигая максимального значения в глубоких частях океана. Плотность морской воды в среднем составляет примерно 1,025 г/см3. В холодных полярных водах она увеличивается до 1,028, а в теплых тропических водах уменьшается до 1,022 г/см3. Все эти колебания обусловлены изменениями солености и температуры вод Мирового океана.
Элементы рельефа.
Выделяют четыре основные ступени рельефа дна океана: материковую отмель (шельф), материковый склон, ложе океана и глубоководные впадины. В пределах ложа океана наблюдаются наибольшие перепады глубин и грандиозные горные сооружения. Поэтому в пределах ложа стали выделять океанические котловины, срединно-океанические хребты и океанические поднятия.
Шельф (материковая отмель) - мелководная морская терраса, окаймляющая материк и являющаяся его продолжением. По существу, шельф представляет собой затопленную поверхность древней суши. Это область материковой земной коры, для которой характерен равнинный рельеф со следами затопленных речных долин, четвертичного оледенения, древних береговых линий.
Внешней границей шельфа является бровка - резкий перегиб дна, за пределами которого начинается материковый склон. Средняя глубина бровки шельфа - 133 м, однако в конкретных случаях она может меняться от нескольких десятков до тысячи метров. Поэтому термин "материковая отмель" не подходит для наименования этого элемента дна (лучше - шельф). Ширина шельфа изменяется от нуля (африканское побережье) до тысячи километров (побережье Азии). В целом шельф занимает около 7 % площади Мирового океана.
Материковый склон - область от бровки шельфа до материкового подножья. Средний угол наклона материкового склона около 6°, но нередко крутизна склона может увеличиваться до 20-30°. Ширины материкового склона из-за крутого падения обычно невелика - около 100 км. Наиболее характерной формой рельефа материкового склона являются подводные каньоны. Вершины их нередко врезаются в бровку шельфа, а устье достигает материкового подножья.
Материковое подножье - третий элемент рельефа дна, находящийся в пределах материковой земной коры. Материковое подножье представляет собой обширную наклонную равнину, образованную осадочными породами толщиной 3-5 км. Ширина этой всхолмленной равнины может достигать сотен километров, а площадь близка к площадям шельфа и материкового склона.
Ложе океана - наиболее глубокая часть дна океана, занимающая более 2/3 всей площади Мирового океана. Преобладающие глубины ложа океана колеблются от 4 до 6 км, а рельеф дна наиболее спокойный. Основными элементами являются океанские котловины, срединно-океанические хребты и океанические поднятия.
Океанические котловины - обширные пологие понижения дна океана с глубинами около 5 км. Дно котловины, плоское или слегка всхолмленное, обычно называют абиссальной (глубоководной) равниной. Выровненная поверхность абиссальных равнин обусловлена накоплением осадочного материала, приносимого с суши. Наиболее обширные равнины находятся на глубоководных участках океанского дна. В целом абиссальные равнины занимают около 8 % ложа океана.
Срединно-океанические хребты - наиболее тектонически активные зоны, в которых происходит новообразование земной коры. Они целиком сложены базальтовыми породами, образовавшимися в результате их поступления по разломам из недр Земли. Это обусловило своеобразие земной коры, слагающей срединно-океанические хребты, и выделение ее в особый рифтогенальный тип.
Океанические поднятия - крупные положительные формы рельефа ложа океана, не связанные с срединно-океаническими хребтами. Расположены они в пределах океанического типа земной коры и отличаются большими горизонтальными и значительными вертикальными размерами.
В глубоководной части океана обнаружено большое количество отдельно стоящих гор, не образующих каких-либо хребтов. Происхождение их вулканическое. Подводные горы, вершины которых представляют собой ровную платформу, называют гайотами.
Глубоководные впадины (желоба ) - зона самых больших глубин Мирового океана, превышающих 6000 м. Борта их очень круты, а дно может быть выровненным, если оно покрыто осадками. Самые глубокие желоба расположены в Тихом океане.
Происхождение желобов связано с погружением литосферных плит в астеносферу при новообразовании морского дна и раздвижении плит. Желоба имеют значительные горизонтальные размеры. К настоящему времени в Мировом океана обнаружен 41 желоб (Тихий океан - 25, Атлантический - 7, Индийский - 9).
Загрузка...