В.И. Трухин, К.В. Показеев, В.Е. Куницын - Общая и экологическая геофизика (1119248), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Смешение теплой соленой воды и холодной распргсненпой воды имеет важную особенность. Выравнивание температур происходит в 100 раз быстрее, чем выравнивание солености. Поэтому, если над холодной пресной водой находится слой соленой теплой воды, возникает неустойчивость, приводящая к образованию опускающихся соленых струй, называемых солевыми пальцами. Пусть возникает прогиб поверхности раздела. В этом прогибе соленая вода остывает быстрее, но не успевает при этом перемешаться с окружающей более пресной водой. Масса воды в прогибе становится плотнее окружающей жидкости и начинает опускаться, вытягивая за собой узкую струю более соленой воды, чем окружающая жидкость.
Образование соленых пальцев значительно ускоряет перемешивание водных масс. В Тихом океане к северу от субполярнсно фронта формируется Северо-Тихоокеанская промежуточная вода с соленостью от 33,6 до 34,6 о4о, которая затем на глубинах 500-1500 м распространяется к югу. Средиземноморская промежуточная вода, формирующаяся в глубинах Средиземного моря за счет эффектов летнего осолопения и зимнего охлаждения, имеет соленость 38%о. Она проникает в Атлантический океан через глубоководную часть Гибралтарского пролива. Несмотря на сравнительно небольшое значение расхода, вода распространяется в Атлантическом океане на огромные расстояния.
В настоящее время широко используется несколько различных классификаций водных масс. В отечественной океанологии наиболее широко применяется классификация Степанова ~77). Температура воды в океане определяется., в основном, поглощением солнечной радиации и испарением. Океанские течения, турбулентное перемешивание обеспечивают перераспределение тепла по всему океану.
Вода Мирового океана достаточно холодная, она прогревается только на самой поверхности. Средняя температура воды в Мировом океане равна 3,8'С. Минимальные температуры воды наблюдаются в полярных областях, а максимальные - в тропической зоне и субтропической зоне. Представление о распределении водных масс океана по температуре дают рис. 6.7, 6.8 ~441. Толщина верхнего квазиоднородного слоя составляет 50-100 м.
Величина перепада температур в сезонном термоклине достигает 10- 15'С. Гл. 6. Вода на Земле 128 оооо 4000 Й 3000 о о 2000 о еа о 1000 — 2 0 2 4 6 8 10 121416 1820 22 24262830 32 Интервал температур, 'С Рис.6.7. Распределение температуры вод в Мировом океане. Температура примерно 75% вод океана колеблется в пределах от 0' до 4 'С Состав морской воды Ранее уже было сказано, что современный состав морской воды, скорее всего, сформировался примерно 1 млрд,лет тому назад.
В настоящее время морская вода состоит на 96,5% из воды Н20'в и 3,5% примесей. Молекула воды содержит 1 атом кислорода и 2 атома водорода. Сейчас известны изотопы водорода Н, Н2, Н~, Н, кислорода 01', 01в., 017, 01в, О~~ и некоторые другие, которые, как и изотопы О"', Осв и Н", были получены только в лаборатории, а в природе не встречаются. Тритиевой воды, т. е. воды, молекула которой содержит тритий., в природной воде ничтожно мало . — 800 г на весь Мировой океан. В природе встречаются 9 различных видов молекул воды это окислы обычного водорода Н1 и его изотопа дейтерия Н2 (табл.
6.1). е» с» Ю с» со .с» ь ь ь ь со с» с'» о К а 5 В И. Трухан и др. 1'л. 6. Вода на Земле ь ьь ь ьь ь се ьь ь си Са сяНИфа;~ сс .» сй о с» „- о о~ о о, о "о со о о о о ж р х о ь д о. о о ВД ь х ~ о о х о .» о о х о д й д й о и: о 2 о х о о й[И о й с Ф й Й о -о о х о о о оо а Б ес О й "2 о о о ь В. Гл. 6. Води ни Земле 1ЗО Таблица 6.1 Обычная вода Н~~О. Смесь остальных окислов тяжелая вода. Довольно часто этот термин употребляется в более узком смысле, относясь только к окиси дейтерия, образованной обычным кислородом Н~~О~е, свойства которой наиболее сильно отличаются от свойств обычной воды. Тяжелая вода угнетающе действует на живые организмы и в больших дозах вызывает их гибель.
Тяжелая вода является хорошим замедлитолем нейтронов и теплоносителем для ядерных реакторов. Содержание ее невелико: на 6800 молекул обычной воды Нз~О' приходится 1 молекула воды И~~О~в. Как уже говорилось, морская вода является многокомпонентной системой, включающей в себя молекулы воды, анионы и катионы солей, а также множество примесей. Общая масса растворенных солей в Мировом океане составляет огромную величину 49,2 101" кг. Если распределить все морские соли по поверхности суши, то получится слой толщиной 150 м! В морской воде растворены практически все химические элементы периодической системы Менделеева, однако па долю 11 элементов, называемых главными компонентами, приходится более 99,9993% растворенных химических элементов.
Основные соленые компоненты морской воды приведены в табл. 6.2. Постоянство солевого состава является замечательным свойством океанических вод, оно проявляется в стабильности соотношения между компонентами морской воды для различных регионов Мирового океана. Состав морской воды близок к составу крови человека, в этом можно увидеть одно из подтверждений первичного возникновения жизни в океане.
Из табл. 6.2 видно, что 85% растворенных в морской воде минеральных солей составляют натрий и хлор. Именно эти элементы в виде поваренной соли и получаеот из морской воды Гл. 6. Вода на Замле Таблица 6.2 промышленным способом. Кроме ХаС! промышленным способом из морской воды получают также бром, магний и его соединения. Бром — почти чисто морской продукт, 99% его содержится в океане. Что касается растворенных газов, то в океанских водах углекислого газа содержится в 100 раз больше, а кислорода почти в 100 раз меньше, чем в атмосфере. Масса растворенных в морской воде основных газовых составляющих (Хз, Оо, СОвч Аг) равна 32,4 10ш т. Кислород поступает в результате фотосинтеза и вследствие поглощения из атмосферы при недосыщении воды кислородом.
Неорганический углерод содержится в морской воде в виде растворенного СО2, угольной кислоты, карбонатных и бикарбонатных ионов. Все эти углеродные соединения образуют сложную карбопатпую систему. Азота в океане очень мало. Так как молекулярный азот инертен, его содержание в морской воде практически неизменно. Плотность морской воды Плотность морской воды определяется, главным образом, тремя величинами: температурой Т, соленостью Я и Гл. 6. Вода на Земле 132 давлением Р, т.е. р„=, (Р,,5', Р). В дифференциальной форме зависимость плотности от темпера- туры, солености и давления имеет следующий вид: 1р = ВР рт+ ВР 1л+ ВР Р Использование этого выражения затруднительно, поскольку отсутствуют аналитические выражения для коэффициентов термического расширения: л соленостного сжатия; йя =— и коэффициента изотермической сжимаемости: йо =— во всем диапазоне изменения Т, Я, Р в Мировом океане.
В отличие от атмосферы для морской воды до настоящего времени нет аналитического выражения уравнения состояния. Широко используются различные эмпирические зависимости, из которых наиболее простой является линейная, получаемая при условии неизменности коэффициентов йт, йл, йг. Основные выражения для плотности морской воды приведены, например, в (43(.
Эмпирические зависимости содержат до 50 эмпирических коэффициентов и пи в коей мере не могут претендовать на универсальность, т. е. на ранг закона, каким является уравнение состояния для воздуха. Можно сказать, что зависимость плотности от давления адекватна зависимости от глубины при погружении на 1 м давление увеличивается на 1 дцбар.
Для ряда расчетов в океанологии широко используется потенциальная плотность определяемая как функция потенциальной температуры О и солености Я. При адиабатическом перемещении водной массы по вертикали ее температура изменяется. Температура водной рль 6. Вода на Земле массы, приведенной адиабатически к давлению на поверхности океана, называется потенциальной температурой. Плотность морской воды в различных районах океана меняется незначительно, поэтому для практических целей используется понятие условной плотности или аномалии плотности: сс = ср(Т, Я, Р) — 1000) (кг/ьсэ). Если плотность морской воды неизменна, то океан называется однородным. Если вертикальное распределение плотности зависит только от давления, то говорят о баротропном океане.
В случае, если плотность морской воды определяется температурой, соленостью и давлением, то океан считается бароклинным. Зависимость плотности морской воды от солености и температуры имеет нелинейный характер, это обусловливает интересныс свойства морской воды. В частности, при смешении водных масс имеет место эффект уплотнения. Например, если смешать два равных объема вод Гольфстрима (соленость Ь" = 35,56%о, температура Т = 30'С, условная плотность о = 22,02) и Лабрадорского течения (соленость Я = 27,38%а, температура Т = = — 1,5'С, условная плотность о = 22,02), то образовавшаяся водная масса будет иметь следующие параметры: соленость о = = 31,18%а, температура Т = 14,25'С, условная плотность о = = 23,38, т.
е. имеет место уплотнение на Ьо = 1,36 [77]. Морские льды Льды в морях различаются по происхождению выделяют морской лед, материковый лед и речной лед. Основными районами распространения льда являсотся Северный Ледовитый океан, моря северных частей Тихого и Атлантического океанов и моря, омывающие Антарктиду. Морской лед это лед образовавшийся при замерзании морской воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
