Физические свойства морской воды кратко

Обновлено: 05.07.2024

Большая часть нашей планеты покрыта бескрайними морями и океанами. Несмотря на то, что использовать морскую воду для питья или решений промышленных задач невозможно, она приносит пользу человеческому организму.

Из-за обилия минералов природного происхождения морская вода способна предотвращать болезни и купировать опасные недуги.

Что это такое?

Морская вода – это вода морей и океанов. Из-за обилия солевых примесей и различных минералов, она практически непригодна к использованию в бытовых и промышленных целях.

Вместе с тем, это мощный источник полезных веществ, которые положительно влияют на организм человека при правильном использовании.

Как образуется?

На этот вопрос однозначного ответа не существует. Ученые до сих пор не определили, как образовывается морская вода.

Существует несколько теорий:

Справка! Третья теория имеет больше всего поклонников, так как частично объясняет разницу солености вод. Как известно, в регионах с низкими температурами процент солей в воде меньше, чем в странах с жарким климатом.

Чем отличается от речной?

Главное отличие состоит в наличии примесей солей. Речная характеризуется высоким уровнем пресности, в ее составе не более 0,1% соли. Морская содержит большое количество солевых соединений (35 гр на 1 л).

Основой воды выступают хлориды (88,7%) и сульфаты (10,8%). В пресной этих компонентов 5% и 10% соответственно. В то же время речная вода состоит на 60% из карбонатов, тогда как в морской их не более 0,3%.

Различается пресные и морские воды следующими нюансами:

Обилие солей в воде приводит к химическим реакциям с металлами, из-за чего она становится ядовитой для животных.
Морская вода имеет большую массу в сравнении с речной. Из-за этого плавать в море намного проще, так как тело человека выталкивается наверх.
Речная вода закипает быстрее. При нагреве морская вода избавляется от солей, после чего начинает испаряться. Этот процесс довольно длительный. Испарение речной воды осуществляется быстрее из-за минимального содержания солей.
Пресная вода замерзает при температуре 0 С. Для морской воды этот показатель составляет от -0,8 до -2 С.

Внимание! Использовать морскую воду для питья нельзя. Она имеет ярко выраженный горьковато-соленый вкус, способствует нарушению ЖКТ, выводит из организма полезные вещества, повышает нагрузку на почки.

Почему она синяя?

В небольших количествах вода представляет собой бесцветную субстанцию. В морях из-за объема воды она приобретает другое цветовое оформление.

На это влияет несколько факторов:

Облачность, состояние погоды. Вода способна отзеркалить цвет неба над собой. Именно поэтому в странах с теплым климатом цвет морей имеет лазурный оттенок, а в регионах с холодной погодой – серый.
Поглощение солнечных лучей. Вода в большом количестве поглощает солнечные лучи. Так как самые короткие имеют голубой окрас, при проникновении в воду они рассеиваются во всех направлениях, создавая эффект окрашивания.

Важно! Конкретный цвет зависит от толщи воды. Увеличение этого параметра наращивает интенсивность цвета.

Подробная статья о цвете морей тут.

Химический состав

Состав воды богат на различные минералы, положительно влияющие на все функции организма человека.

калия;
фтора и брома;
натрия и йода;
кальция;
серы и стронция.

Состав морской воды сопоставим с человеческой кровью. Все элементы, представленные в ней, имеют уникальную ионизированную форму.

Благодаря этому полезные компоненты беспрепятственно проникают через клеточные барьеры, насыщая организм минеральными элементами.

Физические свойства

Состав морской воды отличается от пресной, потому ее физические свойства проявляют разнообразные отличия.

Согласно исследованиям вода из моря состоит из:

88,7% хлоридов;
10,8% сульфатов;
0,3% карбонатов;
0,1% прочих веществ, включая аурум, азот, фосфор, кремний и т.д.

Справка! В морской воде уровень солей достигает 3,5 промилле, в то время как в пресной колеблется в пределах 0,01-0,1 промилле. Ввиду этого физические параметры будут отличаться.

Жесткость

Жесткостью воды называют определенное свойство, которое напрямую зависит от наличия в составе соединений магния и кальция.

Эти элементы относят к числу тяжелых металлов, способных образовывать осадок, который трансформируется в прочные отложения. Параметр определяет степень пригодности воды к использованию в бытовых и промышленных целях.

По уровню жесткости делится на несколько категорий:

Морская вода относится к последней категории из-за чрезмерного содержания солей тяжелых металлов.

В зависимости от конкретного моря параметр может колебаться от нескольких десятков до сотен мг экв/л.

Показатель pH демонстрирует наличие кислотных и щелочных свойств. В зависимости от условий взятия проб, солености морской воды и прочих параметров (температурная среда, климатические условия, наличие течений, осадки и т.д.) уровень pH морской воды колеблется в пределах 7,5-8,5, что соответствует слабощелочной реакции.

Соленость

Средний показатель солености составляет 35 промилле. Это значит, что на 1 л приходится 35 г соли.

Этот параметр является усредненным, так как содержание солей в различных морях отличается.

Соленость воды в прибрежных зонах редко превышает 33 промилле, в то время как вдали от берегов значение достигает средневзвешенного результата.

В зонах пассатных ветров, на экваторе и регионах с низким показателем осадков соленость резко повышается, может достигать до 38 промилле. На глубине более 1000 м этот параметр составляет 35 промилле.

Важно! Соленость Северного Ледовитого океана составляет 34 промилле. Это связывают с минимальным испарением воды из-за низких температурных режимов.

Больше информации о солености воды здесь.

Формула

Из-за наличия в воды большого количества солей и химических соединений, определить для нее формулу невозможно. В химических расчетах используется стандартная формула – H2O.

По сути, морская вода представляет собой обычную H2O с большим содержанием различных минеральных веществ естественного происхождения. Молекула состоит из двух атомов водорода и одного кислорода.

От чего зависит уровень?

Уровнем воды в море положение поверхности океана относительно условной точки отсчета. При этом понимается, что вода находится в идеальном состоянии, приливы, отливы, волны не учитываются.

Этот параметр определяется исходя из субъективных данных. Условная точка отсчета при необходимости может быть смещена. Уровень воды не является стабильной величиной, он постоянно изменяется.

На это влияют такие причины:

нагрев и охлаждение поверхности;
резкие перепады атмосферного давления;
обильные осадки;
испарения воды с поверхности;
таяние ледников.

В зависимости от конкретного региона, он может колебаться. В странах бывшего СССР, и Польше абсолютную высоту суши определяют исходя из многолетнего уровня Балтийского моря. В странах Западной Европы расчеты проводят по Амстердамскому футштоку.

Как сделать из пресной?

Человечеству известно множество способов опреснения морской воды, в результате чего ее можно использовать для бытовых нужд и питья. Обратный процесс существует, однако имеет множество нюансов.

Внимание! Водопроводная вода может использоваться для создания морской при условии фильтрации в течение 24 часов.

Идеальная основа для получения морской воды – дистиллированная вода. В ней отсутствуют опасные компоненты, потому она готова к засолке.

Подробнее о том, как сделать морскую воду из пресной читайте здесь.

Польза и вред для человека

Ларингит, ангина, тонзиллит и т.д. Ежедневное полоскание горла раствором морской воды предотвратит развитие воспалительных процессов, нейтрализует возможные обострения недугов.
Промывание носовой полости способствует уничтожению бактерий, нормализирует отхождение слизи. Поэтому процедуру назначают лицам, имеющим проблемы с гайморитами и хроническими ринитами.
Морская вода – естественный источник брома. Препараты на ее основе назначают при патологиях нервной системы, бессоннице, стрессах и переутомлении.
Регулярное купание в море помогает избавиться от аллергических реакций на коже, способствует очищению эпидермиса, снимает зуд и покраснение.
Наличие солей помогает расслабить сосудистые и мышечные спазмы, нормализирует кровообращение и артериальное давление.

Справка! Морская вода способствует закаливанию организма. Людям с частыми простудными заболеваниями рекомендуют периодически отдыхать на море. Полезные элементы впитываются в организм, помогая справляться с недугами гораздо быстрее.

Несмотря на очевидные полезные свойства воды, она может нанести серьезный вред человеку при несоблюдении правил и рекомендаций:

Морская вода – источник йода, потому людям с заболеваниями щитовидной железы не рекомендуется долго находиться возле нее.
Морской воздух опасен для детей, страдающих инфекционными недугами бронхолегочной системы. Под воздействием солей приступы бронхоспазмов усиливаются.
У некоторых людей диагностируется аллергия. Она проявляется в появлении крапивницы, увеличении температуры.
Избыток морской воды плохо сказывается на состоянии волос и кожи головы. При высыхании на солнце образуется слой солей, которые высушивают кожу, делают волосы ломкими и сухими, стимулируют скорое выпадении волос.
Не рекомендуется отдыхать на море гражданам, страдающим гипертонией, варикозом, высокой температурой, заболеваниями почек.

Что еще нужно знать о пользе и вреде морской воды читайте здесь.

Что такое внутренние морские воды и как они регулируются?

Внутренние морские воды – это воды, расположенные между берегом и исходными линиями, от которых отсчитывается ширина территориального моря. Это часть водной территории государства.

К морским водам внутреннего типа относят:

воды островных государств, расположенных в стороне от исходных линий отсчета;
территория портов;
заливы, берега которых принадлежат одной стране (при условии, что ширина не превышает 24 мили);
исторические моря и заливы.

Вопрос принадлежности регламентируется соответственно Конвенции ООН по морскому праву.

В документе указано, что территориальные воды составляют 12 миль (22,2 км) от линии берега. Исключительная экономическая зона, в пределах которой государство имеет право проводить любую деятельность, составляет 200 миль (370,4 км).

Об использовании и охране внутренних вод наша статья здесь.

Самое чистое и грязное море

Уровень чистоты морей зависит от множества факторов, основных из которых является жизнедеятельность человека. Рост промышленности и сброс мусора в воду повышают уровень загрязнения морей.

Самым чистым считается море Уэдделла, расположенное у берегов Антарктиды. Благодаря отсутствию экономической деятельности поблизости, вода в нем имеет кристально прозрачную и чистую воду.

Интересно! Среди морей, расположенных возле человека, самым чистым считается Мертвое море. Из-за обильной солености воды его невозможно использовать для каких-либо потребностей, потому оно освобождено от экономической активности.

Самое грязное море планеты определить сложно. Эксперты относят в эту категорию:

Мексиканский залив. В воды постоянно попадают удобрения, нитраты и фосфор. Кроме того, это море лидер по количеству нефтяных загрязнений, из-за чего рыбы умирают от бактериального заражения.
Средиземное море. Ежегодно сюда попадает 650 млн. т мусора и 230 млн. т отравляющих веществ. Это делает его одним из самых грязных в мире.
Южно-Китайское море. Основная проблема здесь – неконтролируемый выброс мусора и различных отходов. Кроме того, в Южно-Китайском море большое количество ядовитых водорослей, из-за которых периодически вода здесь становится красной.

Рейтинг самых грязных морей в мире подробно представлен в нашей статье.

Заключение

Невозможно представить жизнь без морской воды. Наша планета на 71% состоит из морей и океанов. Они обеспечивают человечество рыбой и различными минеральными веществами. Морская вода – ценнейший источник полезных микроорганизмов. С ее помощью можно предотвратить множество опасных заболеваний.

В открытых частях Мирового океана процентное отношение основных компонентов солевого состава приблизительно постоянно (закон Дитмара), т. е. соотношения Na/Cl, К/Cl, SO₄/Cl и Br/Cl являются константами. Это позволяет определять общую солёность по измерению одного из компонентов. Им является ион хлора Cl- , так как он составляет 55,3 % от общего количества и легко определяется.

Применение этого метода привело к следующему условному определению солёности: солёностью считается количество твёрдого вещества в граммах, содержащееся в 1 кг морской воды, когда карбонаты перешли в окислы, бромиды и йодиды заменены их хлористыми эквивалентами и органическая часть окислена. Использовать этот метод на практике для массовых определений солёности невозможно в виду его сложности. В настоящее время для определения солёности используются два метода: метод Мора — Кнудсена и определение солёности по электропроводности воды.

Метод Мора — Кнудсена основан на постоянстве солевого состава морской воды. В нем солёность определяется по содержанию иона хлора, которое легко найти осаждением галогенов из пробы морской воды азотнокислым серебром. Солёность обозначается символом S и измеряется в г/кг или промилле ( 0 /₀₀) по формуле:

где Cl — хлорозность (масса серебра, потребная для полного осаждения галогенов в 0,3285234 кг морской воды).

Попытки определять солёность по электропроводности предпринимались ещё в 1930-е гг. Однако многочисленные технические трудности удалось преодолеть только к 1970-м гг. Были созданы приборы (солемеры), позволяющие измерять электропроводность не только в лаборатории, но и in Situ (на месте в воде), что в настоящее время широко используется в практике экспедиционных исследований с использованием зондирующих комплексов, в частности СТД-зондов (солёность, температура, давление).

Солёность большинства океанских вод заключена в пределах от 33 до 37 епс. Исключением являются воды приустьевых участков рек, бассейнов опреснения (Балтийское и Чёрное моря), где солёность значительно меньше, и бассейны осолонения (Средиземное и Красное моря), где солёность превышает 38 епс. В открытых районах Балтийского моря солёность около 10 епс, в Невской губе — 2–3 епс. В Чёрном море солёность вод 17,5–18 епс. Средняя солёность Мирового океана равна 34,72 епс. Наименьшая солёность поверхностных океанских вод 34,43 епс наблюдается между 5 и 10 градусами широты, как Северном, так и в Южном полушариях. С удалением к северу в Северном полушарии солёность увеличивается и достигает максимума на пространстве между 25 и 30 градусами северной широты. В Южном полушарии максимальная солёность наблюдается между 20 и 25 градусами южной широты. Это так называемые субтропические максимумы солёности со значением 35,8 0 /₀₀. С удалением к полюсам солёность уменьшается.

Плотность. Удельный объём

Так как в океанографии эти параметры используются во многих практических расчётах, то вместо абсолютных значений плотности и удельного объёма используются:

условная плотность (аномалия плотности);
условный удельный объём (аномалия условного удельного объёма).

Эта замена не имеет физического смысла и используется только для того, чтобы сократить число знаков при проведении вычислений. Рассмотрим это на примере: средняя плотность морской воды при атмосферном давлении, температуре 17 °С и солёности 34,5 eпc ( 0 /₀₀) равна: ρ (34.5; 17; 0) = 1025,15 кг∙м -3 .

Условная плотность (аномалия плотности) обозначается обычно буквой σ и будет равна:

В толще воды существуют поверхности одинаковой плотности — изопикнические и поверхности одинакового удельного объёма — изостерические.

В зависимости от плотности воды изменяется осадка судна. Величина изменения дана в табл. 2.2.

Давление. Уравнение гидростатики

Давлением называется отношение силы, действующей по нормали к поверхности тела, к площади этой поверхности.

Если вода находится в состоянии равновесия, то давление — величина скалярная, т. е. оно одинаково во всех направлениях и не зависит от ориентации площадки ΔZ, на которую действует.

В толще воды океана, находящегося в состоянии покоя, давление на двух разных горизонтах будет отличаться на величину, равную ρgΔz, где ρ — плотность воды, g — ускорение силы тяжести, Δz — расстояние между горизонтами.

Таким образом, давление на глубине z будет равно:

Это выражение называется уравнением гидростатики.

Поверхности равного давления называются изобарическими.

В Международной системе единиц СИ за единицу давления принят паскаль (Па): 1 Па = 1 кг∙м -1 ∙с -2 = 1 н/м 2

В океанологии долгое время применялись внесистемные единицы, которые применяются и поныне: 1 бар = 10 5 Па; 1 дбар = 10 4 Па.

Последняя единица очень удобна для применения, так как при изменении глубины на 1 м, давление изменяется на 1 дбар.

Поэтому очень часто в океанологии вместо глубины в метрах, глубину дают в величинах давления. Например: глубина в 1000 дбар ≈ 1000 м.

В единицах СИ:
1000 м = 10 000 000 Па = 10 000 кПа= 10 МПа,

где кПа — килопаскали; МПа — мегапаскали.

Температура морской воды

Измерение температуры производится косвенным путём, то есть измеряются физические свойства тел или материалов, которые зависят от температуры. В качестве начала отсчёта шкалы температуры и единицы её измерения применяются температуры перехода чистой воды из одного агрегатного состояния в другое, т. е. температура плавления льда (Т₀) и кипения воды (Т_к) при нормальном атмосферном давлении.

В океанографии температура измеряется в градусах шкалы Цельсия. Различают температуру in Situ, т. е. температуру, измеренную на определенной глубине, и потенциальную температуру — это температура частицы воды, адиабатически приведённая от давления в точке измерения к заданному давлению (например, поднятой на поверхность). Кроме градусов Цельсия применяется температура в единицах абсолютной шкалы Кельвина (°К). Шкала Кельвина начинается от абсолютного нуля, равного −273,15 0С, т. е.

Температура воды в океане изменяется в пределах от ~ −2 °С до ~ +30 °С. Нижний предел зависит от температуры замерзания, которая является функцией солёности морской воды. Вода солёностью 35 епс начнёт замерзать, когда её температура понизится приблизительно до −2 °С. Верхний предел зависит от теплообмена между океаном и атмосферой. В прибрежной мелководной зоне, в замкнутых морях температура может быть и больше 30 °С. Самая высокая среднегодовая температура воды наблюдается на пространстве между 5 и 10° с. ш. и равняется 27,4 °С (термический экватор). С удалением к северу и югу температура понижается и проходит через 0 °С (т. е. в область отрицательных температур) в Северном полушарии между 70 и 75° с. ш., а в южном — 60–65° ю. ш.

С глубиной температура воды убывает. В верхних слоях примерно до 1500 м характер убывания неодинаков и зависит от географической зоны. Однако, начиная с 1500 м, температура воды во всех океанах медленно понижается от 4–5 °С на верхней границе до 2–0 °С у дна. Исключение составляют полярные районы, которые имеют чётко выраженный промежуточный максимум в слое 300–500 м (1,75–1,83 °С) и подповерхностный минимум в слое 50–100 м (0,99–0,55 °С). На глубине 1500 м температура равна 1,14 °С. Изменение средних температур и солёностей воды с глубиной представлены в табл. 2.3.

Уравнение состояния морской воды

Зависимость, связывающая между собой плотность, температуру, солёность и давление, называется уравнением состояния морской воды.

В общем виде его можно записать так:

Это полный дифференциал плотности морской воды.

В настоящее время из-за сложности этой зависимости уравнение состояния морской воды не может быть найдено теоретически. Поэтому в практике расчётов используются эмпирические формулы. Однако эмпирические формулы также очень громоздки, что препятствует их непосредственному применению в теоретических моделях, которые применяются для изучения океанских течений. Поэтому часто используются более простые зависимости:

Литература

Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания - Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]

Читайте также: