ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 6098
Скачиваний: 505
«упаковки» (аномалия плотности). При + 4 ° С вода имеет наи
более плотную «упаковку», так как пустоты заполняются «сво
бодными» молекулами воды. При дальнейшем усилении тепло
вого движения молекул (при повышении температуры) ажурная
структура воды, но уже нежесткая, восстанавливается и вода
снова становится легче.
При таянии снега и льда ажурная структура еще долго сохра
няется. Талая вода — переходное состояние воды, своеобразный
раствор льда в жидкой воде. Обнаружено, что талая вода биоло
гически активнее обычной. Растения, поливаемые талой водой,
лучше растут, цыплята, пьющие эту воду, обгоняют в росте
контрольных цыплят и т. д.
Известны 3 изотопа водорода: Н
1
— протий (самый легкий),
Н
2
— дейтерий
(Д
— тяжелый), Н
3
— тритий (сверхтяжелый)' —
и 3 изотопа кислорода: О
16
, О
17
, О
1 8
. Молекулы воды разного изо
топного состава есть в капле любой воды, но преобладают в ней
легкие изотопы водорода и кислорода. Практически (па 99,73%)
природная вода — это Но'О
1 6
с примесями. '
Вода, испарившаяся в атмосферу, богаче протием и беднее
дейтерием, чем поверхностная вода. О
1 8
в ней в 500 раз меньше,
чем О
16
. Переход воды из одной земной оболочки в другую со
провождается постоянными изменениями ее изотопного состава
2
.
Изотопная разновидность воды ОгО
16
, называемая тяжелой
водой, ни цветом, ни вкусом, ни запахом от обычной воды не от
личается. Но молекулярный вес ее 20, удельный вес на 10%
выше, кипит она при +101,4° С, замерзает при +3,8° С. Макси
мальная плотность при +10° С. Тяжелая вода ни взрывчата, ни
горюча. Она жадно поглощает влагу, как бы стараясь разбавить
ся. В чистой тяжелой воде семена не прорастают, черви и рыбы
не живут. Однако тяжелая вода не яд, в ней могут существовать
микроорганизмы.
В природе тяжелой воды в 5000 раз меньше, чем обычной.
В атмосфере ее нет, в речной воде примерно 150 г на тонну, в
воде Тихого океана 165 г на тонну. Тяжелая вода нашла важное
применение в атомной энергетике.
Удивительные свойства воды позволили возникнуть и раз
виться жизни на Земле. Благодаря им вода может, как мы уви
дим, играть незаменимую роль во всех процессах, совершаю
щихся в географической оболочке.
/ 1
Общий объем гидросферы 1454 327 200 км
3
(
тгзя
массы
Земли). В единой, хотя и прерывистой, водной оболочке выде
ляются: воды Мирового океана — 1 370 000 000 км
3
, подземпые
воды — 60 000 000 км
3
, почвенная влага — 8 2 000 км
3
; воды
на поверхности суши: ледники — 24 000 000 км
3
, озера —
1
Тритий, образующийся в верхних слоях атмосферы, очень неустойчив,
период полураспада его 12 лет.
2
Всего может быть 42 изотопа воды.
212
230 000 км
3
, реки—1200 км
3
и вода в атмосфере — 14 000 к м
3
' .
Все эти воды (все части гидросферы) объедшшяются благодаря
способности воды быстро переходить из одного состояния в дру
гое и легко перемещаться.
Непрерывный процесс перемещения воды под воздействием
солнечной энергии и силы тяжести, охватывающей гидросферу,
атмосферу, литосферу, организмы, называют Мировым влагообо-
ротом или
круговоротом воды.
Воздушные течения переносят и ту влагу, которая испа
ряется с поверхности Океана, и ту, которая испаряется с суши.
Прежде чем влага, испарившаяся с суши, попадает снова
в Океан, она не один раз выпадает на сушу и снова испаряется.
Таким путем происходит увлажнение поверхности, удаленной
от Океана, осуществляется
внутриматериковый влагооборот.
Т а б л и ц а 21
Водный баланс Земли (по М. И.
Львовичу)
Осадки
Речной сток
Испарение
Осадки
Испарение
В течение года в Мировом
^
Х
^
^
^
всего около 0,037% общей «ассы
в
оды ^
*™<>JJ
за различные
ление воды в разных частях э т о й ^ е р ы ^
п о д з е ш ш х в о д т р
е -
промежутки времени. 1ак, «
д н е т
(
э т о
зависит от глу-
буются сотни тысяч и даже м и л л и о *
^ J J
д л я о б н о в л е
-
бины их залегания и ™ Х Г н обновляется в среднем за
ния ледников - 8000 лет. _
^
• Огромное количество ' ' ^ « - ^ « с т в о поды в 10-15 раз боль-
коре в связанном состоянии. В мантии
ше, чем в Океане,
213
3000 лет, проточные озера — за десятки лет, замкнутые — за
200—300 лет, почвенная влага — в среднем за год, вода в ре
ках— 30 раз в году (через каждые 12 суток), а в атмосфере —
40 раз в году (через каждые 9 суток).
Процесс перемещения влаги — это одновременно процесс
перераспределения тепла, затрачиваемого на испарение в одном
месте и освобождающегося при конденсации влаги в другом. В те
чение года в этом участвуют более
X
U
части получаемого поверх
ностью Земли солнечного тепла. Значение влагооборота в при
роде огромно. Осуществляя перенос влаги и тепла, он связывает
земные оболочки и играет исключительно важную роль в обра
зовании комплексной природной оболочки Земли. Баланс влаго
оборота и в планетарном и местном масштабах не может оста
ваться неизменным; не может не изменяться распределение
природных вод в гидросфере. Так, например, в ледниковые пе
риоды до 150 млн. км
3
воды изымалось из «оборота», оказы
ваясь в ледниках. Количество воды в Океане п,ри этом умень
шилось, сокращалась его акватория, меньше становилось испа
рение и т. д.
Заметные влияния начинает оказывать деятельность людей,
вызывающая образование на фоне Мирового влагооборота мест
ных влагооборотов. Например, в Средней Азии в связи с полив
ным земледелием стало больше влаги в воздухе, увеличилось
количество осадков в горах, что привело к некоторому росту
ледников, питающих реки.
Единство гидросферы проявляется в том, что всякое измене
ние в одном ее месте приводит к изменениям в других.
МИРОВОЙ ОКЕАН
Объем Мирового океана — 1370 000 000 км
3
(94% объема
гидросферы). При средней глубине 4000 м Океан занимает
3
/
4
по
верхности Земли. Распределенные равномерно по земной поверх
ности воды Океана покрыли бы ее слоем мощностью около
2700 м. По сравнению с размерами Земли этот слой ничтожно
мал, но в процессах, совершающихся в географической оболочке,
роль его огромна.
Единый Мировой океан подразделяется на части — океаны.
В океанах выделяются моря и заливы.
Моря
— более или менее обособленные части Океана, отли
чающиеся от соседних частей особенностями физических и хи
мических свойств (температуры, солености и т. п.), характером
течений и приливов.
Можно выделить моря окраинные, средиземные (внутрима-
териковые и межматериковые) и межостровные. Окраинные
моря располагаются близ окраин материков, имеют глубины,
2U
едко превосходящие 200 м. От Океапа они отделены грядами
островов, реже — полуостровами. Эти моря свободно сообщаются
с
Океаном и поэтому сравнительно мало от него отличаются.
Средиземные моря лежат между материками (межматериковые
средиземные моря) или внутри материка (внутриматериковые
моря), соединяются с Океаном проливами и заметно от него от
личаются. Дно этих морей образует котловину, отделенную от
Океана или соседнего моря порогом. Примером межматерико
вых морей может быть Средиземное море, разделяющее Европу
и Африку. Примером внутриматериковых морей является Чер
ное море. Различия морей межматериковых и внутриматерико
вых заключается не только в их положении. Первые имеют
большие размеры, и их глубины всегда превышают 2430 м, зна
чит, их котловины рассекают основание материков (см. гипсо
графическую кривую на стр. 68).
Заливы
— части Океана (моря), выделяющиеся благодаря
конфигурации берегов, но сравнительно мало отличающиеся от
соседних водных пространств. Иногда части океанов называют
морями или заливами неправильно. Так, заливы Персидский,
Мексиканский, Гудзонов, Калифорнийский правильнее назвать
морями, тогда как моря Бофорта, Линкольна таковыми не яв
ляются.
Проливы
— сравнительно узкие части Океана, разделяющие
материки или острова (соединяющие океаны, моря). Самый ши
рокий (900 км) и глубокий (5248 м) — пролив Дрейка, самый
длинный (1670 км) — Мозамбикский пролив. Гидрологический
режим проливов зависит от особенностей соединяемых ими ча
стей Океана (моря).
Свободная поверхность Мирового океана называется
уровен-
ной.
В спокойном состоянии она должна совпадать с поверх
ностью геоида. Однако совокупное влияние многих причин:
емпературы, атмосферного давления, ветра, приливообразую-
их сил, водного баланса, движений земной коры — вызывает
ее отклонение. Непрерывные изменения уровня Океана могут
быть периодическими и непериодическими. Периоды колебаний
бывают и очень короткими (несколько часов) и очень продол
жительными (вековые колебания). Так, например, прогревание
летом верхнего слоя океанской воды вызывает подъем уровня,
охлаждение его зимой — опускание.
Изменению атмосферного давления на 1 мм соответствует
изменение уровня воды на 1 см. При прохождении тропических
циклонов наблюдаются резкие непериодические изменения
уровня.
Медленные опускания и поднятие уровня Океана могут вы
зываться изменением водного баланса (гидрократические при-
,
т м в о н ь 1
на 10° вызывает поднятие уровня
« Нагревание верхних 100 м воды н
на 1 см.
216
чипы). Например, полное стаивание ледяного покрова Антарк
тиды вызовет поднятие уровня Океана примерно на 60 м.
Очевидно, что образование ледников на суше повлечет пониже
ние океанского уровня. Положение уровня Океапа изменяется
в зависимости от движений земной коры (теократические при-
чипы). Например, Океан наступает на сушу вследствие совре
менного опускания берегов Голландии и Дапии и, наоборот,
отступает у берегов Швеции вследствие поднятия Скандинав
ского полуострова.
Так как уровень Мирового Океана изменяется непрерывно
и различно в разных местах, общая картина его изменений
очень сложна и даже многолетние данные не позволяют вычис
лить среднего уровня Океана. Вычисляется средний многолет
ний уровень для определенных пунктов наблюдений. Его при
нимают за нулевой при отсчете высот и глубин. В Советском
Союзе за нулевой принят средний уровень Балтийского моря
у Кронштадта, вычисленный почти за 100 лет.' Средний уро
вень, наблюдаемый в Марселе, на 0,4 м ниже Кронштадтского
футштока, тогда как средний уровень в Генуе на 0,6 м выше
его. Средний уровень Океана у берегов США и Канады увязки
с Кронштадтским футштоком пока не имеет.
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ОКЕАНСКОЙ ВОДЫ
Соленость. Океанская вода по весу состоит на 96,5% из чистой
воды и на 3,5% из растворенных в ней солей, газов и взвешен
ных нерастворимых частиц. Присутствие сравнительно неболь
шого количества различных веществ придает ей существенные
отличия от других природных вод. Это питательный раствор,
содержащий все известные на Земле химические элементы. Осо
бенно много вода Океана содержит хлора, натрия, магния, серы.
Значительно мепыде содержится в ней брома, углерода, строн
ция, бора. На все остальные элементы приходится меньше
1%, т. е. их содержание ничтожно мало. Среди них и биоген
ные элементы (фосфор, азот и т. п.) и микроэлементы, совер
шенно необходимые для организмов. Общее количество солей
в Океане достигает 50 • 10
16
т. Они могут покрыть дно Океана
слоем примерно в 60 м, всю Землю слоем в 45 м, а сушу слоем
в 153 м. Больше всего в океанской воде (27,2 г на 1 л) натрия
(NaCl, Na2S04), т. е. поваренной соли (NaCl), поэтому вода
Океана на вкус соленая. Затем следуют соли магния MgCb (3,8 г
на 1 л) и MgS04 (1,7 г на 1 л), придающие воде горький вкус.
В воде Океана содержится серебра 0,3 мг в 1 м
3
и золота
0,008 мг в 1 м
3
и, хотя общее количество их значительно (зо
лота около 11 млрд. т), добыча при такой концентрации нерента
бельна.
21в
Удивительная особенность океанской воды — постоянство
солевого состава. Раствор может быть в разных частях Океана
слабее или крепче, но соотношение главнейших солей остается
неизменным. Поэтому для определения общей солености воды
достаточно определить содержание хлора и полученную вели
чину умножить на 1,81 (5=1,81
С1°/т).
Причину постоянства
солевого состава океанской воды видят в ее перемешивании, но
это объяснение нельзя считать исчерпывающим. Возникает во
прос о происхождении такой солености. Предполагают, что при
выделении воды из вещества мантии вместе с водяным паром
выделялись вулканические дымы, содержащие соединения хлора,
брома, фтора. «Первая» вода на Земле была кислой, она разру
шала, выщелачивала горные породы, извлекая из них щелочные
элементы: натрий, калий, кальций, магний и др. В результате их
реакций с хлором и бромом раствор нейтрализовался, а затем за
счет продолжавшегося поступления щелочных элементов стал,
как теперь, слегка щелочным. Когда в Океане возникла расти
тельная жизнь (более 3 млрд. лет назад), появился свободный
кислород; при окислении азота, выделявшегося из земных недр,
образовался свободный азот, а при окислении соединений угле
рода — свободная углекислота. Начиная с палеозоя (500 млн. лет
назад) солевой состав океанской воды, судя по ископаемым
остаткам обитателей Океана, не изменялся '. Но как это можно
объяснить, если реки непрерывно несут в Океан воду иного со
левого состава? Количество вносимых ими растворенных веществ
достигает 5,4 млрд. т в год, а взвешенных 32,5 млрд. т в год
(табл. 22).
Т а б л и ц а 22
Вещества, растворенные
в воде
Хлориды
Сульфаты
Карбонаты
Прочие вещества
Содержание солей (в %
в океанской
88,7
10.8
0,3
0,2
100,0
от общей массы) в воде
в речной
5.0
10,0
60,0
25,0
100,0
••
Первоначально состав солей в речных водах в е р о я т н о б ы л
близок к составу вод Океана. Но со временем в E W " ™ »
менения относительного содержания минералов н а ^ о в е р х н с т а
суши он стал иным. Соли, приносимые реками в Океан
ъ
^зна
чительной мере расходуются. Соединения кальция и кремния
извлекаются из воды организмами, строящими скелеты и рано
» Академик А. П. Виноградов считает, что солевой состав океанской воды
установился 2—2,5 млрд. лет назад.
217
вины. Плохорастворимые химические соединения — алюмосили
каты железа (глаукониты), фосфориты, железомарганцевые об
разования — выпадают из воды. Железомарганцевые конкреции
покрывают 10% площади океанского дна.
Некоторые животные обладают способностью концентрировать
в теле определенные вещества. Вода проходит через организм
животных при дыхании, питании, претерпевая изменения. Имен
но растения и животные определяют современный солевой состав
океанской воды.
Средняя соленость Мирового океана 35°/оо- Отклонения от
средней солености в ту и другую сторону вызываются главным
образом изменениями в приходно-расходном балансе пресной
воды. Атмосферные осадки, выпадающие па поверхность Океана,
сток с суши, таяние льдов вызывают понижение солепости, испа
рение; образование льда, наоборот, повышают ее. Приток вод
с суши заметно сказывается на солености у берегов и особенно
вблизи впадения рек.
Поскольку соленость на поверхности Океана в его открытой
части зависит в основном от соотношения атмосферных осадков
и испарения (т. е. от климатических условий), постольку в ее
распределении обнаруживается широтная зональность. Это хо
рошо видно на карте
изогалин
— линий, соединяющих пункты
с одинаковой соленостью.
В экваториальных широтах поверхностные слои воды не
сколько распреснены вследствие того, что здесь количество
осадков больше испарения. В субтропических и тропических
широтах соленость поверхностных слоев повышенная, она дости
гает максимума для поверхности открытого Океана — 36—37°/оо.
Это объясняется тем, что расход воды на испарение не покры
вается осадками; Океан теряет влагу, соли же остаются. К северу
и югу от тропических широт соленость океанских вод посте
пенно понижается до 33—32°/сга из-за уменьшения испарения и
увеличения количества осадков. Понижению солености на по
верхности Океана в высоких широтах способствует таяние пла
вучих льдов.
Широтную зональность в распределении солености на поверх
ности Океана нарушают течения: теплые повышают ее, холод
ные, наоборот, понижают.
Средняя соленость на поверхности океанов различна. Наи
большую среднюю соленость имеет Атлантический океап —
35,4%о, наименьшую — Северный Ледовитый — 32°/оо. Повышенная
соленость Атлантического океана объясняется влиянием матери
ков при его сравнительной суженности. В Северном Ледовитом
океане опресняющее действие оказывают сибирские реки (у бе
регов Азии соленость падает до 20°/оо).
Так как изменения солености связаны в основном с прихо
дом и расходом пресной воды, они заметны только в поверхност
ном слое, непосредственно получающем атмосферные осадки и
2 IS
испаряющем воду, и в некотором слое под ним, определяемым
глубиной перемешивания. Перемешивание охватывает толщу
воды до глубины 1500 м. Глубже соленость вод Мирового океана
остается неизменной (34,7—34,9 °/оо).
Характер изменения солености с глубиной зависит от усло
вий, определяющих соленость на поверхности Океана. Выделяют
четыре типа изменения солености с глубиной: I — экваториаль
ный, II — субтропический, III — умеренный и IV — полярный.
I. В экваториальных широтах с глубиной соленость посте
пенно возрастает и достигает максимума на глубине 100 м, где
к экватору приходят более соленые воды из тропической части
Океана. Глубже 100 м соленость убывает, а начиная с глубины
1000—1500 м становится почти постоянной.
II. В субтропических широтах соленость воды быстро умень
шается до глубины 1000 м, глубже она постоянная.
I I I . В умеренных широтах соленость с глубиной изменяется
мало.
IV. В полярных широтах соленость на поверхности Океана
наиболее низкая, с глубиной она вначале быстро возрастает,
а затем примерно с глубины 200 м почти не изменяется.
Соленость воды из поверхности морей может сильно отли
чаться от солености в открытой части Океана. Она также опреде
ляется прежде всего балансом воды и, значит, зависит от клима
тических условий. Море испытывает влияние омываемой ими
суши значительно в большей степени, чем открытый Океан. Чем
глубже вдается море в сушу, чем меньше связь его с Океаном,
тем больше отличается соленость его воды от средней океанской.
Моря в полярных и умеренных широтах имеют положитель
ный баланс воды, и поэтому соленость на поверхности их пони
жена, особенно у впадения рек. Моря в субтропических и
тропических широтах, окруженные сушей с малым количеством
рек, имеют повышенную соленость. Большая соленость Красного
моря (до 42%о) объясняется его положением среди суши, в усло
виях сухого и жаркого климата. Осадки на поверхность моря
выпадают за год всего в количестве 100 мм, сток с суши отсут
ствует, а испарение достигает 3000 мм в год. Водообмен с Океа
ном происходит через узкий Баб-эль-Мандебский пролив глуби
ной 125 м. Повышенная соленость Средиземного моря (до 39%о) —
результат того, что сток с суши и осадки не компенсируют
испарения, а водообмен с Океаном затруднен. В Черном море
(18°/оо), наоборот, испарение почти компенсируется стоком (го
довой слой стока 80 см), и осадки делают баланс воды положи
тельным.
Отсутствие свободного водообмена с Мраморным морем спо
собствует сохранению пониженной солености. В Северном море,
испытывающем, с одной стороны, влияние Океана, с другой —
сильно опресненного Балтийского моря, соленость повышается с
юго-востока на северо-запад от 31°/оо до 35%о,
219
Все окраинные моря, тесно связанные с Океаном, имеют
соленость, близкую к солености прилежащей части Океана.
В прибрежных частях морей, принимающих реки, вода сильно
опресняется и часто имеет соленость всего несколько промилле.
Изменение солености с глубиной в морях зависит от соле
ности на поверхности и связанного с ней водообмена с Океаном
(или с соседним морем). Если соленость моря меньше, чем соле
ность Океана (соседнего моря) у соединяющего их пролива, бо
лее плотная океанская вода проникает в море через пролив и
опускается вниз, заполняя глубины моря. В этом случае соле
ность в море с глубиной увеличивается. Если море более соленое,
чем соседняя часть Океана (моря), вода в проливе движется по
дну в сторону Океана, по поверхности — в сторону моря. Поверх
ностные слои приобретают соленость и температуру, свойствен
ные морю в данных физико-географических условиях. Соленость
придонных вод соответствует солености на поверхности в период
наиболее низких температур.
Различные случаи изменения солености с глубиной хорошо
видны па примере Средиземного, Мраморного, Черного морей.
Средиземное море более соленое, чем Атлантический океан.
В Гибралтарском проливе (наименьшая глубина 338 м) сущест
вует глубинное течение из моря в океан. Средиземноморская вода
от порога опускается вниз, создавая на некоторой глубине в оке
ане близ порога область повышенной солености. По поверхности
-в проливе океанская вода течет в море. Соленость воды у дна
Средиземного моря на всем протяжении его 38,6%о, в то время
как на поверхности она меняется от 39,6%о в восточной части до
37%о в западной. Соответственно в восточной части соленость с
глубиной уменьшается, в западной — увеличивается.
Мраморное море расположено между двумя морями — более
соленым Средиземным и менее соленым Черным. Соленая среди
земноморская вода, проникая через' пролив Дарданеллы, запол
няет глубины моря, и поэтому соленость у дна 38°/оо. Черномор
ская вода, двигаясь по поверхности, приходит в Мраморное море
через Босфор и опресняет воду поверхностных их слоев до 25 °/оо.
Газы в воде Океана. В
воде Океана всегда растворены газы.
Способность океанской воды растворять газы зависит от ее тем
пературы, солености и гидростатического давления. Чем выше
температура и соленость воды, тем меньше газов может в ней
раствориться. Растворены в воде прежде всего кислород и угле
кислый газ (двуокись углерода), а также сероводород, аммиак,
метан. Газы попадают в воду из атмосферы, выделяются при
химических и биологических процессах, их приносят реки, они
поступают при подводных извержениях. Перераспределение га
зов происходит посредством перемешивания.
Кислород
поступает в Океан из атмосферы и выделяется при
фотосинтезе. Расходуется он на дыхание, окисление. При нагре-
221