Гидросфера: понятие.
Гидросфера — водная оболочка Земли, состоит из воды, не вступившей в химическую реакцию и находящейся в твердом, жидком, либо газообразном состоянии. Она состоит из Мирового океана и вод суши. Общий объем гидросферы около 1400 млн. км3, основная масса воды — 96,5 % — воды Мирового океана, соленые, непригодные для питья. На долю материковых вод приходится лишь 3,5 %, из которых более 1,7 % содержится в виде льда и только 1,71 % в жидком состоянии (реки, озера, подземные воды). Остальной объем водной оболочки Земли, или гидросферы, находится в связанном состоянии в земной коре, в живых организмах и в атмосфере (примерно 0,29 %).
Все воды Земли взаимосвязаны и находятся в непрерывном движении: вода испаряется с земной поверхности, охлаждается в атмосфере, конденсируется и выпадает в виде атмосферных осадков. Различают большой (океан — атмосфера — суша — океан) и малый (океан — атмосфера — океан) круговороты воды.
Круговорот воды на Земле – природный процесс, представляющий собой беспрерывный водный обмен между атмосферой, литосферой и Мировым океаном. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную, и обратно. Она в ходе своего перемещения забирает и переносит огромное количество органических соединений и минеральных элементов, необходимых для поддержания жизни на планете.
Наибольший объем водной массы сосредоточен в океанах (97,5%), поэтому большая часть природной жидкости имеет в составе соли. Остальные 2,5% – пресные источники, из них:
ледники и вечные снега – 68,9%;
грунтовые воды (включая влагу в почвах болотистых местностей и зон вечной мерзлоты) – 30,8%;
реки и озера – 0,3%.
Как происходит круговорот воды?
Процесс сложный, состоит из нескольких этапов. Движущий фактор – солнечное излучение.
В теплый сезон нагретая Солнцем вода принимает газообразное состояние – становится паром. Из испаряющейся водной массы отфильтровываются соли. То есть накапливающийся в атмосфере пар является пресным. По мере поднятия в атмосферные слои пар сталкивается с холодными воздушными потоками, в результате формируются облака. Выпадающие из них осадки наполняют океан.
То есть этапы круговорота воды, если говорить упрощенно, следующие:
испарение;
концентрирование в атмосфере;
выпадение в виде осадков.
Такой процесс наблюдается обычно над океанической поверхностью. Но он сложнее, если облака скапливаются над сушей, и осадки проливаются не в океан, а на земную поверхность. Сточные воды, наполняющие поверхностные и подземные источники, проходят длительный путь к океану. В процессе движения происходит процесс, обратный опреснению пара в атмосфере: реки и подземные водотоки забирают с грунта минеральные частицы, выносят их в моря и океаны. Там вода испаряется, а соли остаются. Так реки поддерживают соленость Мирового океана.
Планетарная циркуляция воды включает несколько процессов, являющихся ее звеньями. Следует подробнее рассмотреть схему мирового круговорота воды:
Испарение – начальное звено круговорота. Нагреваемая солнечным излучением вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Пар поднимается в атмосферные слои. Этот процесс происходит на планете непрерывно в разных масштабах: пар образуется над реками, озерами, морями, над всеми водными источниками, даже в результате выделения пота живыми организмами.
Конденсация – 2 этап. Происходит в высоких атмосферных слоях, в результате пар снова обретает жидкое состояние. Частицы пара, столкнувшись с холодными воздушными потоками, рассеивают тепло, формируют водяные капли. Так образуются облака, а также туман.
Осадки – 3 этап. Водяные капли, формирующие облака, постепенно сливаются друг с другом, тяжелеют. Когда достигают определенного размера, выпадают на землю твердыми или жидкими осадками. Из-за высокой скорости падения осадки, приближаясь к земной поверхности, не успевают испаряться. В результате становятся возможными снег, дождь, град.
Стоки в океан – 4 этап. Выпавшие на землю осадки распределяются. Часть впитывается в почву, становится питанием для растительных организмов. Другая часть попадает реки и прочие природные стоки, устремляется обратно в океан.
Основными элементами круговорота воды являются:
осадки – выпадение атмосферной влаги на земную поверхность;
перехват осадков растительностью – испарение выпавшей влаги с растений, без насыщения почвы и пополнения водных источников;
стоки – объекты перемещения воды по земной поверхности;
инфильтрация – просачивание воды в почву с сопутствующей фильтрацией;
подземные стоки – потоки под землей, находящиеся в аэрационной зоне;
испарение – переход воды из жидкого в газообразное состояние;
сублимация – переход из твердого в газообразное состояние;
отложение – переход из газообразного в твердое состояние;
адвекция – горизонтальное движение молекул в любом агрегатном состоянии в атмосферных слоях;
конденсация – формирование облачности;
испарение – образование пара под влиянием солнечного тепла, движение его с земной поверхности в атмосферу;
просачивание – опускание влаги в почву под гравитационным воздействием.
Жидкость, постоянно меняясь, выделяет и поглощает энергию. Живые организмы, в том числе люди, тоже участвуют в круговороте воды, употребляя и выделяя ее, используя для своих нужд. Влияние человека на процесс усиливается, причем имеет преимущественно негативный характер. Круговорот нарушается промышленным использованием воды, сооружением водохранилищ и плотин, осушением болот, введением оросительных систем.
Гидросфера играет важную роль для всего человечества. Водные ресурсы являются транспортом, источником электрической энергии и служат составляющими разнообразной сырьевой базы.
Гидросфера участвует в процессах формирования природной среды планеты. С её участием разрушаются каменные глыбы, растворяются органические соединения, происходит активизация процессов почвообразования. Наличие воды является необходимым условием для миграции большинства соединений и химических элементов.
Гидросфера — основа геологического и биологического круговорота веществ и воздействует на атмосферные процессы. Она участвует в нагревании и охлаждении воздушных масс, а также стабильно насыщает их влагой. Гидросфера является основным участником, формирующим климат и погоду на планете.
Высокие подвижность и теплоёмкость в совокупности со способностью легко изменять состояние, позволяют гидросфере регулировать тепловой режим планеты при помощи переноса огромных объёмов тепловых масс на значительные расстояния.
Водная среда необходима в процессе жизнедеятельности флоры и фауны, участвует в добыче подводных залежей руды и нефти. Большая часть производственной и хозяйственной деятельности человека основана на водных ресурсах. Гидросфера является важнейшим гарантом защиты всей планеты от перегрева и позволяет предотвратить глобальный термодинамический кризис.
Поверхностные воды
В состав воды входят:
1– соли, преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов;
2– органические вещества в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии;
3– Газы в виде молекул и гидратированных соединений;
4– диспергированные примеси;
5– гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии и вирусы.
Во взвешенном состоянии в природных водах содержится гнилистные, песчаные, гипсовые и известковые частицы.
В коллоидном состоянии различные вещества органического происхождения, кремнекислота,гидроксид железа (ІІІ), фульвокислоты, гуматы.
По О.А. Алекину, химический состав природных вод, под которым понимается сложный косплекс минеральных и органических веществ, подразделяется на пять груп:
1. Главные ионы, содержащиеся в наибольшем колличествеNa+, К+, Ca2+, Mg2+, SO42–, карбонаты CO32–, хлориды Cl–, гидрокарбонаты HCO3–.
2. Растворимые газы (N2, O2, CO2, H2S).
3. Биогенные элементы (соединения фосфора, азота, кремния).
4. Микроэлементы – соединения всех остальных химических элементов.
5. органические вещества
В зависимости от преобладающего аниона О.А. Алекин предложил классифицировать природные воды на три больших класса:
I. Гидрокарбонатные (и карбонатные) HCO3- (CO32-)
II. Сульфатные (SO42-)
III. Хлоридные (Cl-)
Каждый класс по преобладающему катиону разделяют на три группы:
I. Кальциевую (Ca2+)
II. Магниевую (Mg2+)
III. Натриевую (Na+ и K+)
Ионы Na+ и K+. В природные воды попадают в результате растворения коренных пород, к примеру, залежей NaCl.
Превышение ионов Na+ над ионами K+ объясняется высоким поглощением калия почвами и извлечением его растениями из воды.
Ионы Ca2+ и Mg2+.Встречаются во всех минерализованных водах. Источником попадания являются залежи известняков, гипса, доломитов. В маломинерализованных водах преобладает Ca2+. Ионы Ca2+ и Mg2+ по большей степени обуславливают жесткость воды, которая не должна превышать 7 мг-экв./л.
Ионы Mn2+, Fe2+, Fe3+. В природных водах в основном встречаются в виде коллоидов и суспензий, в много меньшей степени в истинно растворенном состоянии. В подземных водах соединения железа и марганца преобладают в виде гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов. В поверхностных – в виде органических комплексных соединений или в виде высокодисперсной взвеси.
Железо и марганец придают воде неприятную красновато-коричневую или черную окраску, ухудшают её вкус, вызывают развитие железобактерий, отложение осадка и засорение трубопроводов. Избыток железа негативно влияет на здоровье человека, вызывает заболевание печени, ухудшает репродуктивную функцию организма. Марганецсодержащие воды характеризуются особой окраской, вяжущим привкусом, оказывают элебриотоксическое и гонадотоксическое воздействие на человека. ПДК железа 0,3 мг/л, марганца - 0,1 мг/л.
Бор. При концентрации в питьевой воде выше 0,5 мг/л негативно воздействует на организм человека, ухудшая обмен веществ, вызывая заболевание печени и желудочно-кишечного тракта.
Бром. При концентрации в питьевой воде выше 0,2 мг/л снижает скорость импульса по нервным волокнам, что отрицательно сказывается на функции печени и почек, обуславливает снижения калия в крови и увеличивает содержание азота в мочевине.
Соединения азота. В природных водах встречаются в виде ионов NO2-, NO3-, NH4+. Появляются вследствие разложения различных сложных органических веществ животного и органического происхождения и разложения белковых веществ, попадающих в поверхностные источники с бытовыми сточными водами.
Нитраты и нитриты. Нитраты содержатся в основном в поверхностных водах (0,001 – 0,003 мг/л), нитриты (десятые доли миллиграммов в литре) – в артезианских. При употреблении воды с содержанием нитратов свыше 45 мг/л в организме человека синтезируются нитрозамины, способствующие образованию злокачественных опухолей, перерастающих в рак желудка, у детей возникает нарушение окислительной функции крови. ПДК нитрит-иона не должна превышать 3 мг/л.
Аммиак (азот аммонийный). Присутствие в воде аммиака растительного или минерального происхождения в санитарном отношении безопасно. При образовании же аммиака вследствие разложения белка говорит о том, что такая вода непригодна для потребления в пищу. Концентрация аммонийного азота в зависимости от степени загрязнения колеблется от 0 до 1 мг/л. ПДК аммиака по азоту - 2 мг/л.
Кремний. В природных водах присутствует в виде ионов, молекул и коллоидных частичек. Форма кремниевой кислоты в сильной степени зависит от ее ионного состава и значения pH.
Ионы SO42- и Cl-. Данные ионы попадают в природные воды из-за вымывания солесодержащих пород или сбросов промышленных и бытовых сточных вод. При превышении 350 мг/л хлоридов или 500 мг/л сульфатов придает воде солоноватый вкус, и приводит к нарушению пищеварительной системы человека. Повышенное содержание хлоридов и сульфатов обуславливает коррозийную активность воды, некарбонатную жесткость, разрушающе воздействует на железобетонные конструкции.
Гидрокарбонаты. Распространены в природных водах с концентрацией ионов HCO3- не более 250 мг/л.
Соединения фосфора. Встречаются в виде ионов ортофосфорной кислоты, сложных органических комплексов, суспендированных частиц минерального и органического происхождения. В природных водах концентрация соединений фосфора довольно мала, но их присутствие в сильной степени оказывает влияние на водную растительность.
Фтор. В артезианских скважинах содержание фтора не превышает 12 мг/л, в природных водах, как правило, не более 0,5 мг/л фтор-иона. Фтор является биологически активным микроэлементом, концентрация которого в питьевой воде не должно превышать 0,7 – 1,5 мг/л во избежание развития кариеса или флюороза зубов.
Йод. Содержание данного элемента довольно мало, но вследствие его высокой биологической ценности должно быть не менее 10-8 мг/л в питьевой воде.
Стронций. При концентрации свыше 7 мг/л вызывает ломкость костей, рахит.
Кадмий. При концентрации свыше 0,001 мг/л вызывает болезнь «Итай-итай».
Ртуть. При концентрации свыше 0,0005 мг/л вызывает болезнь Минамата.
Цинк. При концентрации свыше 5 мг/л угнетает окислительные процессы в организме, вызывает анемию.
Молибден. При содержании свыше 0,25 мг/л вызывает подагру и молибденувую болезнь.
Медь. При содержании свыше 1 мг/л вызывает заболевание печени, анемию, гепатит.
As, Be, Cu, Mo, Pb, Se, Sr, Zn идр. Эти элементы относятся к ядовитым и в природных водах встречаются крайне редко. Как правило, их попадание в водоемы и реки вызвано промышленной деятельностью человека и ведет к серьезным негативным последствиям для живых организмов, как населяющих эти воды, так и питающихся из них.
Газы
Кислород, оксид углерода, сероводород. Удаление этих газов происходит в основном при использовании воды в котлах, т.к. они обуславливают коррозийные свойства воды.
Азот. Попадает в воду из воздуха, при разложении органических остатков, а также при восстановлении соединений азота денитрифицирующими бактериями. За счет высокого парциального давления концентрация азота в воде сильно превышает концентрацию кислорода. Образующийся в процессе гниения аммиак существенно оказывает влияние на технологию хлорирования воды.
Метан. В природных водах его концентрация не значительна, но в подземных водах газонефтеносных районов и в болотных водах его содержание доходит до 50 мг/л. При концентрации метана в воздухе 5,3 – 14 % создается взрывоопасная ситуация.
Оксид углерода IV. При некоторых условиях в воде может образовываться большое количество угольной кислоты H2CO3, которая, находясь в равновесии с CO2, может вызвать коррозию металлических поверхностей, отложения и разрушать бетон.
Сероводород, H2S. Его присутствие характерно для подземных источников, где он образуется в результате процессов разложения и восстановления некоторых минеральных солей (гипса, серного колчегана и пр.). Сероводород придает воде неприятный запах, ощутимый при его концентрации от 0,5 мг/л, а также вызывает процесс коррозии и размножению серобактерий. Санитарными правилами концентрация сероводорода должна быть не более 0,003 мг/л
Взвешенные вещества
Появляются в воде в результате смыва твердых частичек песка, глины, илистых веществ с верхнего покрова земли талыми водами весенних и осенних паводков, а также дождями и водами разлившихся рек и ручьев.
Повышение мутности воды может быть вызвано выделением гидроксидов алюминия, марганца, железа (III), высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, сбросом неочищенных сточных вод
Органические вещества
Наиболее значительными поставщиками органических веществ в природные воды являются почвенный и торфяной гумус, продукты жизнедеятельности и разложения растительных и животных организмов, сточные воды промышленных предприятий.
Наибольшую угрозу для водоемов с точки зрения загрязнения органическими веществами представляют неочищенные стоки промышленных предприятий, в состав которых могут входить белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др.
Физические свойства природной воды
Температура воды в различных источниках неодинакова. В открытых водоемах она зависит главным образом от температуры воздуха и колеблется в очень широких пределах по временам года и глубине расположения струи в потоке. Вода подземных источников, особенно артезианских, имеет довольно постоянную темпера- туру (обычно +5... 12 "С) в течение всего года.
Взвешенные вещества в воде поверхностных источников содержатся всегда. Песчаные и глинистые частицы попадают в источник вследствие эрозий берегов и русла рек. Содержание взвешенных веществ (в мг/л) в воде открытых источников колеблется в очень широких пределах.
Содержание взвешенных веществ характеризует прозрачность воды. Она выражается в сантиметрах и представляет собой максимальную толщину слоя налитой в цилиндр воды, через который можно еще прочитать текст, отпечатанный стандартным типографским шрифтом, или рассмотреть крест, нарисованный черными линиями толщиной 1 мм с четырьмя точками между ними. Поэтому различают прозрачность «по шрифту» и «по кресту».
Цветностью называют окраску, которую может иметь природная вода и которая объясняется наличием гуминовых веществ или фульвокислот. Цветность выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы.
Вода в природных источниках может иметь различный вкус: быть горьковатой, соленой, кислой, сладковатой. Остальные виды вкусовых ощущений (например, металлический) называют привкусами.
Запах воды может быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи (болотный, глинистый, сероводородный, травянистый и др.) обусловливаются живыми и отмершими организмами, продуктами размыва русел. Запахи искусственного происхождения (фенольный, нефтяной, хлорфенольный, хлорный и др.) появляются в результате сброса в водоем сточных вод и обработки воды реагентами.
Запах и вкус оценивают по порогу разбавления или по пятибалльной системе: очень слабый (определяемый только опытным лаборантом); слабый (обнаруживаемый потребителем, если обратить на это его внимание); заметный; отчетливый; очень сильный.
Химические свойства природных вод обусловливаются содержанием в них различных химических веществ. Важнейшие показатели химических свойств воды — наличие сухого остатка, жесткость, щелочность, активная реакция, содержание различных химических элементов и соединений.
Сухой остаток характеризует общее содержание в воде органических и неорганических веществ, исключая газы. Он определяется как остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной пробы воды, высушенной при 110°С до постоянной массы. Различается также прокаленный остаток, который характеризует наличие в воде неорганических веществ. Измеряется сухой остаток в мг/л.
Жесткость воды является важным химическим свойством, определяющим область ее использования. Жесткость воды обусловлена содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Различают жесткость карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость характеризуется наличием двууглекислых (бикарбонатных) и углекислых (карбонатных) солей кальция и магния. Некарбонатная жесткость характеризуется наличием некарбонатных солей кальция и магния (хлоридов, сульфатов, нитратов и силикатов). Измеряется жесткость в мг∙экв/л.
Щелочность воды обусловливается присутствием в ней бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых кис-лот. В зависимости от содержания указанных соединений различают щелочность бикарбонатную, карбонатную и т. д. Измеряется щелочность в мг∙экв/л.
Активная реакция выражает степень щелочности и кислотности воды, характеризуется концентрацией в воде водородных ионов. Обозначается буквами «рН» (потенциал водорода) и составляет: для нейтральной реакции рН = 7, для кислой реакции рН<7, для щелочной реакции рН>7.
Мировой океан.
Мировой океан делится на ряд основных океанических областей, которые разграничены континентами и различными океанографическими особенностями. Однако по поводу этого деления учёные никак не могут прийти к соглашению.
Деление на океаны происходит по следующим признакам:
· особенности рельефа дна, в частности наличия срединно-океанического хребта;
· очертанию береговой линии материков и островов; · степени независимости атмосферной циркуляции;
· степени самостоятельности течений и приливов;
· особенности горизонтального и вертикального расположения температуры и солёности вод.
· Тихий океан самый большой по площади, объёму и самый глубокий. Он вытянут в меридиальном направлении от Южного до Северного Ледовитого океана, но имеет значительное расстояние и на уровне экватора. С запада он ограничен восточными берегами Азии и Австралии, с востока – западными берегами обеих Америк. Граница между ним и Атлантикой проходят на уровне мыса Горн.
Атлантический океан, если не учитывать Южный океан, будет вторым по площади и объёму воды. Это также самый солёный океан Земли. Он вытянут в меридиальном направлении от Южного океана до Северного Ледовитого, но его расстояние по экваторунезначительное (узкий и длинный). С запада он ограничен берегами Южной и Северной Америк, с востока – западными берегами Африки и Европы. Граничит с Индийским океаном на уровне мыса Агульяс – к югу от Африки.
· Индийский океан лежит в промежутке между Евразией, Африкой и Австралией, к северу от Южного океана. Он граничит с Тихим океаном в районе Зондского архипелага.
· Северный Ледовитый океан – самый мелкий и маленький по площади. Он окружает Северный полюс, присоединяясь к Тихому океану в районе Берингова пролива и к Атлантике в районе Исландии и Гренландии. Его ограничивают северные берега Северной Америки и Евразии. Он покрыт морским льдом, положение которого зависит от сезона.
· Южный океан – условный, расположенный вокруг Антарктиды. В нём господствует течение Западных Ветров, или Антарктическое циркумполярное. Чаще его границей считают 60° ю. ш. Это второй по площади океан Земли. Океан частично покрыт морским льдом, количество которого меняется в зависимости от сезона года.
Море - это часть океана, ограниченная берегами материков, островами и повышениями дна и отличающаяся от соседних объектов физико-химическими, экологическими и иными условиями, а также характерными гидрологическими особенностями.
По морфологическим и гидрологическим особенностям моря подразделяют на окраинные, средиземные и межостровные.
Окраинные моря расположены на подводных окраинах материков, шельфовой зоны, в переходных зонах и разделяются от океана островами, архипелагами, полуостровами или подводными порогами. Моря, которые приурочены к материковым отмелям, мелководны. Например, Желтое море обладает максимальной глубиной равной 106 метров, а те моря, которые расположены в, так называемых, переходных зонах, характеризуются глубинами до 4 000 метров – Охотское, Берингово и так далее.
Средиземными называют моря, которые глубоко врезаются в сушу и соединяются с водами океанов одним или несколькими небольшими проливами. Данная особенность средиземных морей, объясняет затрудненность их водообмена с водами океанов, что формирует особый гидрологический режим этих морей. К средиземным морям относятся Средиземное, Черное, Азовское, Красное и другие моря. Средиземные моря в свою очередь подразделяются на межматериковые и внутриматериковые.
Межостровные моря отделяются от океанов островами или архипелагами, состоящими из колец отдельных островов или островными дугами. К подобным морям относятся Филиппинское море, море Фиджи, море Банда, и другие. К межостровным морям также относится и Саргассово море, которое не имеет определенно установленных и выраженных границ, но обладающее ярко выраженным и специфическим гидрологическим режимом и особыми видами морской флоры и фауны.
Береговая линия — линия пересечения поверхности моря, озера и других водных объектов с поверхностью суши.
Залив – часть океана, моря, озера или другого водоёма, глубоко вдающаяся в сушу, но имеющая свободный водообмен с основной частью водоёма.
Океаны, моря и заливы соединяются межу собой сравнительно узкими частями океана или моря, которые разделяют материки или острова - проливами. Проливам присущ свой особый гидрологический режим, особая система течений. Самым широким и глубоким проливом считается пролив Дрейка, разделяющий Южную Америку и Антарктиду. Его средняя ширина составляет 986 километров, а глубина более 3000 метров.
Остров — участок суши (обычно естественного происхождения) в океане, море, озере или на реке, окружённый со всех сторон водой и постоянно возвышающийся над водой даже в период наибольшего прилива. От материков острова отличаются меньшими размерами.
Полуостров - Примыкающий к материку или острову участок суши, с трех сторон омываемый водой.
Лиман — залив с извилистыми невысокими берегами при впадении реки в море.
Свойства океанической воды
1. Соленость. Океаническая вода – это раствор, содержащий все химические элементы. Особенно много в океанической воде хлора, натрия, магния, серы, меньше – брома, углерода, стронция, бора. Содержание остальных элементов ничтожно мало – менее 1%.
Общее количество солей в океане 5.1017т, они могут покрыть всю Землю слоем в 45 м толщиной. Больше всего в океане солей натрия (NaСl) и магния (MgCl), которые придают воде солено горький вкус.
Средняя соленость Мирового океана составляет 35%о, т.е. в 1 литре океанической воды содержится 35 г солей. Соленость зависит от соотношения атмосферных осадков и испарения, стока с суши (рек), таяния льдов. В распределении солености на Земле проявляется широтная зональность. В экваториальных широтах соленость несколько меньше средней (около 34о/оо), в тропических широтах она увеличивается до 37о/оо. Далее к северу и к югу соленость уменьшается: в умеренных широтах до 35о/оо, а в полярных до 33-32о/оо.
Широтную зональность в распределении солености нарушают океанические течения. Наиболее соленым считается Атлантический океан – почти 35,5о/оо, наименее соленым – Северный Ледовитый - около 32о/оо (у берегов Азии - всего 20о/оо). Самыми солеными являются Персидский залив (39о/оо), Красное море (42о/оо), Средиземное море (39о/оо).
На глубинах более 1500 м соленость Мирового океана неизменна – около 34,9о/оо.
2. Температура. Температура всей массы океанической воды равна приблизительно +4оС. Вода – самое теплоемкое тело на Земле, поэтому океан медленно нагревается и медленно остывает. Как уже говорилось, океан – мощный аккумулятор тепла.
Средняя температура поверхностных вод океана +17оС (среднегодовая температура суши +14оС). Наибольшие температуры воды в северном полушарии бывают в августе, наименьшие – в феврале (в южном полушарии наоборот).
Температура поверхностных вод зональна. В приэкваториальных широтах весь год температура +27о - +28оС, в тропических - +15о - +25оС, в умеренных – 0о- +10оС, в полярных – 0о- –2оС. Наиболее теплым является Тихий океан (средняя температура +19оС), а самыми теплыми частями Мирового океана являются Красное море (+32оС) и Персидский залив (+35оС).
Суточные и годовые колебания температуры воды небольшие: суточные – около 1оС, годовые в умеренных широтах – 5-10оС.
Значительные изменения температуры происходят только в верхних слоях воды океана – 200-1000 м, глубже температура равна +4о +5оС, у дна в полярных широтах – около 0о, в экваториальных широтах - +2о +3оС.
3. Лед в океане. Температура замерзания воды зависит от ее солености. Образование льда начинается с возникновения пресных кристаллов, которые затем смерзаются. При этом в пространстве между кристаллами остаются капли рассола, поэтому лед соленый. Рассол постепенно стекает между кристаллами, и с течением времени лед опресняется.
При спокойной воде образуется игольчатая структура льда, при перемешивании – губчатая структура. Лед погружен на 9/10.
Соленый лед менее прочный, чем пресный, но зато он более пластичный и вязкий.
Начальная стадия льдообразования – ледяные кристаллы. Далее образуется ледяная пленка – сало, при выпадении снега образуется снежура. Вдоль берега нарастает полоса льда – береговой припай. Взрослый лед имеет толщину 50-70 см и более.
В полярных широтах северного полушария образующийся зимой лед не успевает растаять за лето. Среди полярных льдов встречаются однолетние и многолетние. Толщина однолетних льдов в Арктике 2-2,5 м, в Антарктике 1-1,5 м. Многолетние льды имеют толщину 3-5 м и более.
При сжатии льды образуют торосы. Недвижущийся лед находится только у берега, остальной – дрейфует. Многолетние толщи дрейфующего льда в Арктике называют паковым льдом (толщиной 5 м и более). Эти льды занимают около 75% общей площади льдов в Северном Ледовитом океане (в Южном океане их нет).
При таянии льда на нем образуются озерки – снежницы, затем при температуре больше 0оС образуются полыньи и т.д.
Кроме морских льдов, в океане могут быть речные льды, выносимые весной реками, а также материковые льды – айсберги.
Льды покрывают почти 15% всей акватории Мирового океана. В Арктике наибольшего распространения льды достигают к апрелю-маю, наименьшего – к концу августа. В Антарктике зимой (с мая по октябрь) льды кольцом окружают материк, а летом – это кольцо (январь-февраль) разрушается.
Айсберги доходят до 50о с.ш. в северном полушарии и 30о ю.ш. в южном полушарии. В море Уэделла был обнаружен айсберг длиной 170 км и высотой 100 м.
4. Плотность. С увеличением солености воды увеличивается ее плотность. Этому способствует и охлаждение воды, а также испарение, образование льда. Холодная вода имеет большую плотность, чем теплая, поэтому она опускается вниз. Средняя плотность воды океана равна приблизительно 1; она увеличивается от экватора к полюсам и вглубь океана.
5. Давление. Воздух оказывает огромное давление на океан. Кроме того, сама вода создает давление, и, чем глубже, тем давление это больше. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Все процессы на большой глубине совершаются под сильным давлением.
6. Прозрачность. Наименьшая прозрачность воды у берегов. Она также уменьшается в период планктона. В прозрачной вде солнечный свет проходит до глубины около 600 м, далее полная тьма. Наиболее прозрачны центральные части океанов и самым прозрачным является Саргассово море.
7. Цвет. Толща чистой воды океана имеет голубой или синий цвет («цвет океанической пустыни»). Присутствие планктона придает воде зеленоватый оттенок, различные примеси – желтовато-зеленый (близ устья рек вода может быть даже коричневой).
8. Газовый состав. В океанической воде всегда растворены газы. Чем выше температура и соленость, тем меньше газов может раствориться в воде. Газы попадают в воду из атмосферы, при химических и биологических процессах в океане, с речной водой, при подводных извержениях. В воде растворены кислород, углекислый газ, сероводород, аммиак, метан.
Движение воды в океане
Одной из основополагающих характеристик Мирового океана, как части гидросферы, является непрерывное движение и перемешивание вод. Движение водных масс происходит не только на поверхности Мирового океана, но и в его глубинах, вплоть до придонных слоев. Динамика воды наблюдается во всей ее толще, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Данные процессы поддерживают регулярное перемешивание водных масс, перераспределение тепла, газов и солей, что обеспечивает постоянство химического, солевого, температурного и газового составов. К формам движения (динамики) водных масс в Мировом океане относятся:
· Волны и зыбь
· Волны стихийного характера
· Течения и приливы
· Конвективные токи и т. д.
Волны – это явление, образующееся под действием внешних сил различного характера (ветра, Солнца и Луны, землетрясений и т.д.) и представляющее собой периодические систематические колебания частиц воды. Основной причиной образования волн на поверхности любого водного объекта, к которым относятся и воды Мирового океана – является ветер и ветровые процессы. Незначительная скорость ветра равная порядка 0,2−0,3 м/с в процессе трения воздуха о поверхность водных масс вызывает систему незначительных равномерных волнений, называемых рябью. Рябь проявляется при единовременных порывах ветра и моментально затухает при отсутствии воздействия ветровых процессов. Если скорость ветра составляет 1 м/с и более, то в таких случаях формируются ветровые волны.
Формирование волнений вод Мирового океана может быть вызвано не только благодаря воздействию ветровых процессов, но и также резким изменением атмосферного давления, приливообразующими силами (приливные волны), стихийными процессами - землетрясениями, извержениями вулканов (сейсмические волны – цунами). Корабли, яхты, паромы, лодки и прочие судоходные инженерные сооружения, в процессе своей непосредственной деятельности, при рассекании поверхности водного зеркала создают особые волны называемые корабельными.
Волны, формирующиеся исключительно под влиянием внешних, вызывающих их сил, - вынужденные. Волны, которые продолжают свое существование некоторое количество времени после того, как сила, вызывающая их, прекратила свое действие называются свободными.
Волны, которые сформированы на поверхности водного зеркала, а также в самом верхнем слое водных масс Мирового океана (до 200м.) –поверхностные.
Волны, возникающие в более глубоких частях океанов и визуально незаметные на поверхности воды, называются внутренними волнами.
В момент, когда прекращается ветровая деятельность в океане, формируются длинные пологие волны – зыбь. Зыбь – это наиболее идеальная и неискаженная форма волны. Поскольку зыбь – это и есть, по сути, свободное волнение, то и распространяется эта волна гораздо быстрее по сравнению с другими волнами. Длина такой волны в состоянии зыби может устанавливаться до нескольких сотен метров, а принимая во внимание их малую высоту, волновые процессы зыби в Мировом океане, особенно на открытых его участках, практически незаметны.
Однако, поскольку распространение волн происходит со значительной скоростью, то они имеют свойство обрушиваться на береговую часть суши за несколько сотен и даже тысяч километров от места их первоначального образования. Движение водных масс с глубиной активно затухает. На глубине, равной длине волны, волнение практически прекращается.
Так как длины ветровых волн во многих случаях является не значительной, то даже при самом активном волнении, на глубине от 50 метров и глубже данные волны практически не ощутимы. Таким образом, сила волн напрямую зависит от ее высоты, длины и ширины гребня. Но основная роль все-таки принадлежит ее высоте.
Морские течения - одна из важнейших форм движения в Мировом океане. Течениями называются относительно правильные периодические и постоянные глубинные и поверхностные перемещения масс вод Мирового океана в горизонтальном направлении.
По глубине течения можно разделить на поверхностные, глубинные и придонные.
По характеру движения - меандрирующие, прямолинейные и криволинейные. По физико-химическим свойствам - теплые, холодные и нейтральные, соленые и распресненные. Характер течений формируется из соотношения показателей температуры или соответственно солености воды, формирующих течение. Если температура течений превышает температуру окружающих водных масс, то течения называются теплыми, а если ниже – холодными. Аналогично с этим определяются соленые и распресненные течения.
По устойчивос