Таблица химический состав мирового океана

Мировой океан и химический состав вод Мирового океана

Мировой океан (океаносфера) — единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (Арктический по зарубежным классификациям) и Южный (Антарктический). Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объем вод Мирового океана составляет 1340-1370 млн. км 3 . Объем суши, поднимающейся над уровнем моря, составляет 1/18 объема океана. Если бы поверхность Земли была совсем ровной, океан покрывал бы ее слоем воды в 2700 м. Воды Мирового океана составляют 96,5% объема гидросферы и покрывают 70,8% поверхности планеты (362 млн. км 2 ). Благодаря огромной водной массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного терморегулятора.

Химический состав вод Мирового океана. Морская вода — особый тип природных вод. Формула воды Н2_О верна и для морской воды. Однако помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов (теоретически в морской воде могут быть найдены все существующие в природе элементы таблицы Менделеева — pppa.ru). Большинство из них находится в чрезвычайно малых концентрациях. В 1 км 3 морской воды содержится около 40 т растворенных твердых веществ, которые определяют ее важнейшее свойство — соленость. Соленость выражается в промилле (0,1%) и ее средняя величина для океанских вод равна 35‰. Температура воды и соленость определяют плотность морской воды.

Основные из них, входящие в состав морской воды, приведены ниже.

1. Твердые вещества, составляющие в среднем 3,5% (по массе). Больше всего в морской воде содержится хлора (1,9%), т.е. более 50% всех растворенных твердых веществ. Далее следуют: натрий (1,06%), магний (0,13%), сера (0,088%), кальций (0,040%), калий (0,038%), бром (0,0065%), углерод (0,003 %). Главные растворенные в морской воде элементы образуют соединения, основные из которых: а) хлориды (NaCl, MgCl) — 88,7%, которые придают морской воде горьковато-соленый вкус; б) сульфаты (MgSO₄, CaSO₄, K₂SO₄) — 10,8%; в) карбонаты (СаСО₃) — 0,3%. В пресной воде наоборот: больше всего карбонатов (60,1%) и меньше всего хлоридов (5,2%).
2. Биогенные элементы (питательные вещества) — фосфор, кремний, азот и др.
3. Газы. В морской воде содержатся все атмосферные газы, но в иной пропорции, чем в воздухе: преобладает азот (63%), который в силу своей инертности не участвует в биологических процессах. Далее следуют: кислород (около 34%) и углекислый газ (около 3%), присутствуют аргон и гелий. В тех морских районах, где отсутствует кислород (например, в Черном море), образуется сероводород, который в атмосфере при нормальных условиях отсутствует.
4. Микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях.

Географические закономерности распределения температуры воды и солености

Общие закономерности горизонтального (широтного) распределения температуры и солености на поверхности Мирового океана показаны на рисунках.

Среднегодовая температура (°С) поверхности Мирового океана: 1 — изотермы; 2 — области максимальной температуры воды; 3 — области температуры воды ниже среднего значения (средняя температура воды 18,56°С).

Среднегодовая соленость (‰) поверхности Мирового океана: 1 — изогалины; 2 — области максимальной солености; 3 — области солености ниже среднего значения; 4 — области минимальной солености (среднее значение солености 34,7 8‰).

Очевидно, что температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам, а для солености характерны выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и пониженные значения у полюсов. Чередование очагов пониженной и повышенной солености у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков.

Температура воды с глубиной понижается, что видно на рисунке ниже для северной части Тихого океана. Эта закономерность свойственна для Мирового океана в целом, однако изменения температуры воды и солености различаются в его отдельных частях, что объясняется рядом причин (например, временем года). Наибольшие изменения происходят в верхнем слое до глубины 50-100 м. С глубиной различия стираются.

Графики вертикального распределения температуры, характерные для арктического (1), субарктического (2), субтропического (3), тропического (4) и экваториального (5) типов вод.

Водные массы — это большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами. По вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные. Среди поверхностных водных масс выделяют экваториальные, тропические (северные и южные), субтропические (северные и южные), субполярные (субарктические и субантарктические) и полярные (арктические и антарктические) водные массы.

Океанические фронты и поверхностные водные массы Мирового океана: типы водных масс: Ар — арктические; СбАр — субарктические; СбТс — субтропические Северного полушария; Тс — тропические Северного полушария; Э — экваториальные; Тю — тропические Южного полушария; СбТю — субтропические Южного полушария; СбАн — субантарктические; Ан — антарктические; Тар — Аравийского моря; 715 — Бенгальского залива. Названия океанических фронтов указаны на рисунке.

Границами различных типов водных масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенций (расхождения) или конвергенции (схождения) вод. Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой — pppa.ru. В поверхностном слое происходит интенсивное перемешивание вод, он богат кислородом, углекислым газом и живыми организмами. Их можно назвать водами «океанической тропосферы».

Наряду с поверхностными течениями в Мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня.

Источник

Вода Мирового океана

Основные физико-химические свойства вод Мирового океана

Вода — простейшее химическое соединение водорода с кислородом, однако океанская вода — универсальный однородный ионизированный раствор, в состав которого входят 75 химических элементов. Это твердые минеральные вещества (соли), газы, а также взвеси органического и неорганического происхождения.

Вола обладает множеством различных физических и химических свойств. Прежде всего они зависят оглавления и температуры окружающей среды. Дадим краткую характеристику некоторым из них.

Вода — это растворитель. Поскольку вода является растворителем, можно судить о том, что все воды — это газо-солевые растворы различного химического состава и различной концентрации.

Соленость океанской, морской и речной воды

Соленость морской воды (табл. 1). Концентрация растворенных в воде веществ характеризуется соленостью, которая измеряется в промилле (%о), т. е. в граммах вещества на 1 кг воды.

Таблица 1. Содержание солей в морской и речной воде (в % всей массы солей)

Хлориды (NaCI, MgCb)

Соединения азота, фосфора, кремния, органические и прочие вещества

Линии на карте, соединяющие точки с одинаковой соленостью, называют изогалинами.

Соленость пресной воды (см. табл. 1) в среднем равна 0,146 %о, а морской — в среднем 35 %о. Растворенные в воде соли придают ей горько-соленый вкус.

Около 27 из 35 граммов составляет хлористый натрий (поваренная соль), поэтому вода соленая. Соли магния придают ей горький вкус.

Поскольку вода в океанах образовалась из горячих соленых растворов земных недр и газов, соленость ее была изначальной. Есть основания предполагать, что на первых этапах формирования океана его воды по солевому составу мало отличались от речных. Различия наметились и стали усиливаться после преобразования горных пород в результате их выветривания, а также развития биосферы. Современный солевой состав океана, как показывают ископаемые остатки, сложился не позже протерозоя.

Помимо хлоридов, сульфитов и карбонатов в морской воде обнаружены почти все известные на Земле химические элементы, в том числе и благородные металлы. Однако содержание большинства элементов в морской воле ничтожно, например, золота в кубометре воды выявлено лишь 0,008 мг, а на наличие олова и кобальта указывает их присутствие в крови морских животных и в донных осадках.

Соленость океанских вод — величина не постоянная (рис. 1). Она зависит от климата (соотношения осадков и испарения с поверхности океана), образования или таяния льдов, морских течений, вблизи материков — от притока пресных речных вод.

Рис. 1. Зависимость солености вод от широты

В открытом океане соленость колеблется в пределах 32- 38%; в окраинных и средиземных морях колебания ее значительно больше.

Особенно сильно на соленость вод до глубины 200 м влияет количество выпадающих атмосферных осадков и испарение. Исходя из этого можно говорить, что соленость морской воды подвержена закону зональности.

В экваториальных и субэкваториальных районах соленость составляет 34 %с, потому что количество выпадавших осадков больше воды, затраченной на испарение. В тропических и субтропических широтах — 37 так как осадков мало, а испарение велико. В умеренных широтах — 35 %о. Наименьшая соленость морской воды наблюдается в приполярных и полярных областях — всего 32 так как количество осадков превышает испарение.

Морские течения, сток речных вод и айсберги нарушают зональную закономерность солености. Например, в умеренных широтах Северного полушария соленость вод больше около западных берегов материков, куда с помощью течений приносятся более соленые субтропические воды, меньшая соленость воды — у восточных берегов, куда холодные течения приносят менее соленую воду.

Сезонное изменение солености воды происходит в приполярных широтах: осенью за счет образования льда и уменьшения силы речного стока соленость увеличивается, а весной-летом за счет таяния льда и усиления речного стока соленость уменьшается. Вокруг Гренландии и Антарктиды в летний период соленость становится меньше в результате таяния близлежащих айсбергов и ледников.

Самый соленый из всех океанов — Атлантический океан, наименьшую соленость имеют воды Северного Ледовитого океана (особенно у азиатского побережья, близ устьев сибирских рек — менее 10 %о).

Среди частей океана — морей и заливов — максимальная соленость наблюдается в областях, ограниченных пустынями, например, в Красном море — 42 %с, в Персидском заливе — 39 %с.

От солености воды зависят ее плотность, электропроводность, образование льда и многие другие свойства.

Газовый состав океанской воды

Кроме различных солей, в водах Мирового океана растворены разные газы: азот, кислород, диоксид углерода, сероводород и др. Как и в атмосфере, в океанских водах преобладают кислород и азот, но в несколько других пропорциях (например, общее количество свободного кислорода в океане 7480 млрд т, что в 158 раз меньше, чем в атмосфере). Несмотря на то что газы занимают сравнительно мало места в воде, этого достаточно, чтобы оказывать влияние на органическую жизнь и различные биологические процессы.

Количество газов определяется температурой и соленостью вод: чем выше температура и соленость, тем меньше растворимость газов и ниже их содержание в воде.

Так, например, при 25 °С в воде может раствориться до 4,9 см /л кислорода и 9,1 см 3 /л азота, при 5 °С — соответственно 7,1 и 12,7 см 3 /л. Из этого вытекают два важных следствия: 1) содержание кислорода в поверхностных водах океана значительно выше в умеренных и особенно полярных широтах, чем в низких (субтропических и тропических), что сказывается на развитии органической жизни — богатстве первых и относительной бедности вторых вод; 2) в одних и тех же широтах содержание кислорода в водах океана зимой выше, чем летом.

Суточные изменения газового состава воды, связанные с колебаниями температуры, невелики.

Наличие в океанской воде кислорода способствует развитию в ней органической жизни и окислению органических и минеральных продуктов. Главным источником кислорода в океанской воде является фитопланктон, называемый «легкими планеты». В основном кислород расходуется на дыхание растений и животных в верхних слоях морских вод и на окисление различных веществ. В интервале глубин 600-2000 м расположен слой кислородного минимума. Небольшое количество кислорода здесь сочетается с повышенным содержанием углекислого газа. Причина — разложение в этом слое воды основной массы поступающего сверху органического вещества и интенсивное растворение биогенного карбоната. Оба процесса нуждаются в свободном кислороде.

Количество азота в морской воде гораздо меньше, чем в атмосфере. Этот газ в основном попадает в воду из воздуха при распаде органических веществ, но также вырабатывается при дыхании морских организмов и их разложении.

В толще воды, в глубоких застойных котловинах, в результате жизнедеятельности организмов происходит образование сероводорода, который является ядовитым и тормозит биологическую продуктивность вод.

Теплоемкость океанских вод

Вода — одно из самых теплоемких тел в природе. Теплоемкость только десяти метрового слоя океана в четыре раза больше теплоемкости всей атмосферы, а слой воды в 1 см поглощает 94 % солнечного тепла, поступающего на ее поверхность (рис. 2). Благодаря этому обстоятельству океан медленно нагревается и медленно отдает тепло. Вследствие высокой теплоемкости все водные объекты являются мощными аккумуляторами тепла. Охлаждаясь, вода постепенно отдает свое тепло в атмосферу. Поэтому Мировой океан выполняет функцию терморегулятора нашей планеты.

Рис. 2. Зависимость теплоемкости волы от температуры

Самую низкую теплопроводность имеет лед и особенно снег. Вследствие этого лед является предохранителем воды на поверхности водоема от переохлаждения, а снег защищает от промерзания почву, озимые культуры.

Теплота испарения воды — 597 кал/г, а теплота плавления — 79,4 кал/г — эти свойства очень важны для живых организмов.

Температура океанских вод

Показатель теплового состояния океана — температура.

Средняя температура океанских вод — 4 °С.

Несмотря на то что поверхностный слой океана выполняет функции терморегулятора Земли, в свою очередь, температура морских вод зависит от теплового баланса (прихода и расхода тепла). Приход тепла складывается из солнечной радиации, а расход — из затрат на испарение воды и турбулентный теплообмен с атмосферой. Несмотря на то что доля тепла, расходуемого на турбулентный теплообмен, не велика, его значение огромно. Именно с его помощью через атмосферу происходит планетарное перераспределение тепла.

На поверхности температура океанских вод колеблется в пределах от -2 °С (температура замерзания) до 29 °С в открытом океане (35,6 °С в Персидском заливе). Среднегодовая температура поверхностных вод Мирового океана составляет 17,4°С, причем в Северном полушарии она примерно на 3 °С выше, чем в Южном. Наибольшая температура поверхностных океанских вод в Северном полушарии — в августе, а наименьшая — в феврале. В Южном полушарии все наоборот.

Поскольку Мировой океан имеет тепловые взаимосвязи с атмосферой, температура поверхностных вод, как и температура воздуха, зависит от широты местности, т. е. подчинена закону зональности (табл. 2). Зональность выражается в постепенном уменьшении температуры воды от экватора к полюсам.

В тропических и умеренных широтах температура воды в основном зависит от морских течений. Так, благодаря теплым течениям в тропических широтах на западе океанов температуры на 5-7 °С выше, чем на востоке. Однако в Северном полушарии вследствие теплых течений на востоке океанов температуры весь год положительные, а на западе из-за холодных течений вода зимой замерзает. В высоких широтах температура во время полярного дня составляет около О °С, а во время полярной ночи подольдом — около -1,5 (-1,7) °С. Здесь на температуру воды в основном влияют ледовые явления. Осенью выделяется теплота, смягчающая температуру воздуха и воды, а весной на таяние льда затрачивается тепло.

Таблица 2. Средние годовые температуры поверхностных вод океанов

Источник