СПбГМТУ
СРЕДНЕТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

К оглавлению

Тема 6. Физические и химические свойства морской воды, морской лед.

1. Морская вода

Морская вода - это вода на земной поверхности, сосредоточенная в морях и океанах. Общий объём воды в Мировом океане 1370 млн. км3. В морской воде находятся в растворённом состоянии минеральные соли, газы (главным образом кислород, азот, двуокись углерода, в некоторых районах сероводород) и незначительное количество органических веществ (1—5 мг/л). Кроме того, в небольших количествах содержатся органические и минеральные взвеси. Морская вода характеризуется постоянством количественных соотношений между концентрациями главных ионов, образующих 99,9% состава растворённых в морской воде веществ (т. н. закон Диттмара) (см. табл.). В некоторых морях (Балтийском, Чёрном, Азовском, Каспийском и др.) соотношение между ионами иное.

Солёностью S в промилле (‰) называется количество твёрдых веществ в граммах, растворённое в 1 кг морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в окислы, органическое вещество сожжено. Хлорность — количество хлора в г/кг или в промилле (‰), эквивалентное всей сумме галогенов в морской воде. Средняя солёность морской воды в океане близка к 35‰. Практически солёность всегда находят косвенным путём — либо по хлорности, либо по относительной электропроводности, определяемым непосредственно. В первом случае при этом пользуются таблицами Кнудсена, во втором — Международными океанологическими таблицами ЮНЕСКО, 1966. В обоих случаях в качестве международного стандарта принята т. н. нормальная вода, хлорность которой точно определена.

Плотность морской воды зависит от солёности S, температуры Т и давления. В океанологии пользуются условной плотностью st = (r — 1) ?103, где r — отношение плотности воды при данных температуре и солёности к плотности дистиллированной воды при 4 °С (обе при атмосферном давлении). В океане st равна от 23 до 30. При повышении солёности на 1‰ st возрастает приблизительно на 0,8, т. е. плотность возрастает на 0,0008. При понижении температуры на 1 °С st возрастает на 0,02—0,35.

Температура замерзания морской воды зависит от солёности; при S = 35‰ она равна — 1,91 °С. При S = 24,7‰ . Температуры замерзания и наибольшей плотности совпадают и равны — 1,33 °С. При S менее 24,7‰ процесс замерзания морской воды протекает, как в пресной воде. При S больше 24,7‰ плотность морской воды возрастает до самого замерзания, в результате чего возникает мощная конвекция и процесс замерзания становится более длительным, чем для пресной воды.

Сжимаемость морской воды незначительна — при возрастании давления на 1000 дбар (в океанологии давление принято измерять в децибарах), что соответствует увеличению глубины приблизительно на 1 км, плотность возрастает на 0,004. 

Скорость звука в морской воде больше, чем в пресной воде, и возрастает как с повышением солёности (при 0 °С от 1399 м/сек для S = 0‰ до 1445 м/сек для S = 35‰), так и с повышением температуры (для S = 35‰ от 1445 м/сек при 0 °С до 1543 м/сек при 30 °С).

Показатель преломления света в морской воде слабо возрастает при повышении солёности и понижении температуры (таблицы Расби, включенные в Международные океанологические таблицы). Коэффициент поглощения света максимален в инфракрасной части спектра.

Концентрация главных ионов в морской воде при S = 35‰ (по С. В. Бруевичу)

Ионы и молекулы

анионы

катионы

Концентрация

Сl-

SO42-

НСО3-

Вr-

F-

Н3ВО3

Na+

Mg2+

Са2+

К+

Sr2+

г/кг

‰-эквивалент

19,3534

45,09

2,7007

4,64

0,1427

0,19

0,0659

0,07

0,0013

0,01

0,0265

10,7638

38,66

1,2970

8,81

0,4080

1,68

0,3875

0,82

0,0136

0,03

 

 

 

 

 

 

 

2. Морской лёд

Морской лед, это лед, образующийся в море в результате замерзания морской воды.

По физическим свойствам существенно отличается от льдов речных и глетчерных (ледники). Морской лед обладает характерным свойством — солёностью. При образовании морского льда между ледяными кристаллами, состоящими из чистой воды, задерживаются мелкие капельки морской воды (рассол), обусловливающие его солёность. С течением времени рассол стекает вниз, лёд опресняется, и в нём появляются пузырьки воздуха, создающие его пористость.

Солёность и пористость морского льда определяют его плотность, которая меняется в пределах от 0,85 до 0,93—0,94 г/см3. Вследствие своей малой плотности льдины возвышаются над поверхностью воды на 1/71/10 своей толщины. Прочность морского льда меньше прочности пресноводного льда, она увеличивается с уменьшением солёности и пористости и с понижением температуры льда. В отличие от пресноводного льда, морской лед начинает таять с момента любого повышения его температуры при значениях выше — 23 °С.

По возрасту различают следующие стадии развития и виды морского льда:
- начальные виды льда (ледяные иглы, сало, снежура, шуга, внутриводный лёд),
- ниласовые (молодые) льды (блинчатый, склянка, нилас, серый и белый).

Морской лед по своему местоположению и подвижности разделяется на 3 типа: припайнеподвижный, примёрзший к берегу лёд; плавучие (дрейфующие) льды; паковые льды (пак)многолетние льды толщиной 3—5 м.

Различают морской лед естественого нарастания (ровный лёд) и льды нагромождения (ропак, торосы). По размерам морской лед разделяют на крупные ледяные поля, протяжённостью более 2 км, обломки полей — от 2 км до 200 м, крупнобитый лёд — от 200 до 20 м и мелкобитый лёд — меньше 20 м.

По возрасту различают: весенний лёд, образовавшийся весной, перед текущим летом, и обладающий наименьшей прочностью и наибольшей солёностью; годовалый, или однолетний, лёд, образовавшийся осенью предыдущего года и обладающий большой прочностью и толщиной, пониженной солёностью; многолетний лёд, просуществовавший зиму, лето и следующую зиму, обладает большой прочностью и малой солёностью.

Оценка количества (густоты) морского льда даётся в баллах — от 0 (чистая вода) до 10 (сплошной лёд). Площадь моря, занятая льдом, меняется от месяца к месяцу и от года к году и зависит от запаса тепла в море, продолжительности охлаждения моря, таяния льда и т. д.

Состояние морского льда имеет важное значение для судоходства, как серьёзное, а на Северном морском пути и решающее препятствие для морского транспорта. Обычно плавание во льдах возможно только при наличии правильного ледового прогноза, судовой и авиационной разведки льдов, а также при хорошей изученности ледовых условий. 

?

2010-2018