Все о море
Сайт-энциклопедия о море
Что такое плотность морской воды, от чего она зависит и как распределяется?
Плотность морской воды - это ее масса в единице объема. Измеряется в кг/м³, Она зависит от солености и температуры воды, а на глубинах еще и от гидростатического давления. С повышением солености, понижением температуры и повышением давления плотность морской воды увеличивается. В зависимости от температуры и солености масса единицы объема поверхностной морской воды может значительно отличаться от массы такого же объема пресной воды. Например, если плотность морской воды при солености 35 %о и температуре 0 °C равна 1,028126 кг/м², то это значит, что масса 1 м³ такой воды на 28,126 кг больше, чем масса пресной воды в том же объеме, или данный объем морской воды имеет массу в 1,028126 раза того же объема пресной воды.
Плотность поверхностных вод Мирового океана изменяется в пределах от 0,996 кг/м³ (в устьях рек) до 1,0283 кг/м³ (в открытых районах океанов и морей). Средняя плотность поверхностных вод Мирового океана в целом составляет 1,02474 (округленно 1,025) кг/м³, а в глубинных водах более 1,0285 кг/м³.
На глубинах вода находится под давлением вышележащих слоев, и это давление тем выше, чем больше глубина: вода сжимается, и ее плотность увеличивается. Поэтому при определенни последней на глубине необходимо учитывать сжимаемость воды.
Плотность поверхностных вод Мирового океана изменяется в пределах от 0,996 кг/м³ (в устьях рек) до 1,0283 кг/м³ (в открытых районах океанов и морей). Средняя плотность поверхностных вод Мирового океана в целом составляет 1,02474 (округленно 1,025) кг/м³, а в глубинных водах более 1,0285 кг/м³.
На глубинах вода находится под давлением вышележащих слоев, и это давление тем выше, чем больше глубина: вода сжимается, и ее плотность увеличивается. Поэтому при определенни последней на глубине необходимо учитывать сжимаемость воды.
Т а б л и ц а 1. Средние величины плотности поверхностных вод океанов и некоторых морей
Из таблицы 1 видно, что самую высокую плотность имеют поверхностные воды Атлантического океана, самую низкую - Тихого. Среди морей самая низкая плотность у воды Балтийского моря.
Какое значение имеют соленость и плотность морской воды для изучения природы Мирового океана? С понижением температуры плотность соленой морской воды увеличивается. Во время осеннего и зимнего охлаждения вода на поверхности моря становится плотнее, тяжелее. С дальнейшим охлаждением поверхностная морская вода, как более плотная и тяжелая, «тонет» и перемешивается с более теплой и легкой глубинной водой. Эта особенность соленой морской воды содействует смягчению климата Земли в полярных и приполярных областях: морская вода 35‰ замерзает при температуре 1,9 °C, относительно теплая поверхность воды продолжительное время соприкасается с атмосферой, и тепло поступает в воздух. При охлаждении 1 см³ морской воды на 1 °C 3134 см³ воздуха нагревается на 1 °C.
Соленость морской воды усиливает конвекцию (вертикальный перенос) вод Мирового океана, так как плотность воды на морской поверхности увеличивается не только при понижении ее температуры, но и от испарения и льдообразования. Вертикальная циркуляция в океанах и морях захватывает, благодаря их солености, не только поверхностный слой воды, но и слой значительно большей мощности. Воздух получает из соленых вод Мирового океана гораздо больше тепла (тепловой энергии он получил бы, если бы океанские воды были пресными. Кроме
того, погружаясь, поверхностная соленая морская вода несет с собой в глубины поглощенный из воздуха кислород, необходимый для различных животных и растений.
От солености зависит интенсивность замерзания морской воды и развитие ледовых явлений в морях и океанах.
Горизонтальное и вертикальное распределение плотности морской воды способствует горизонтальной и вертикальной циркуляции вод. Зная вертикальное распределение плотности морской воды, можно определить направление и скорость течений, а также устойчивость той или иной водной массы: если масса неустойчива, то более плотная вода лежит выше менее плотной, и воды будут перемешиваться (вертикальная циркуляция).
Плотность морской воды имеет большое значение для обитателей океана. От нее зависит устойчивость состава вод, влияющей на распределение в океане органического и неорганического вещества.
Плотность воды влияет на осадку судов. При переходе из океанической воды в пресную и наоборот их осадка может изменяться до 0,3 м. Поэтому для правильной погрузки судов в портах и обеспечения безопасности мореплавания необходимо знать величину солености и плотности в порту погрузки и на переходе в море до порта назначения и правильно их учитывать.
Как увеличивается гидростатическое давление с глубиной? Гидростатическое давление с глубиной увеличивается на 1 атм на каждые 10 м глубины и в глубоководных впадинах составляет 1000 атм и более. Например, на глубине 1000 м кусок перева под давлением вдвое уменьшается в объеме, становится тяжелее воды и тонет. Воздух на глубине около 6000 м сжимается настолько, что его удельный вес становится равным удельному весу окружающей воды. Резина на больших глубинах похожа на эбонит. Фторопласт теряет свою упругость.
Сжимаема ли морская вода? Вода вообще и морская вода в частности обладает некоторой, хотя и небольшой сжимаемостю, Объем морской воды, погруженный на глубину, при одной и той же солености и температуре имеет тем большую плотность, чем больше глубина погружения, так как давление, а следовательно, и сжимаемость
с глубиной возрастают. Установившееся мнение о практической несжимаемости воды справедливо только для сравнительно малых давлений, Подсчитано, что если бы вода была абсолютно несжимаемая, уровень Мирового океана поднялся бы на 30 м, и большая часть, например, Ленинграда была бы затоплена.
Вызванные сжимаемостью изменения плотности воды значительно влияют на динамику течений. Повышение плотности морской воды за счет солености и сжимаемости увеличивает ее выталкивающую силу (так называемую архимедову силу), что очень важно для жизни морских животных.
Какое значение имеют соленость и плотность морской воды для изучения природы Мирового океана? С понижением температуры плотность соленой морской воды увеличивается. Во время осеннего и зимнего охлаждения вода на поверхности моря становится плотнее, тяжелее. С дальнейшим охлаждением поверхностная морская вода, как более плотная и тяжелая, «тонет» и перемешивается с более теплой и легкой глубинной водой. Эта особенность соленой морской воды содействует смягчению климата Земли в полярных и приполярных областях: морская вода 35‰ замерзает при температуре 1,9 °C, относительно теплая поверхность воды продолжительное время соприкасается с атмосферой, и тепло поступает в воздух. При охлаждении 1 см³ морской воды на 1 °C 3134 см³ воздуха нагревается на 1 °C.
Соленость морской воды усиливает конвекцию (вертикальный перенос) вод Мирового океана, так как плотность воды на морской поверхности увеличивается не только при понижении ее температуры, но и от испарения и льдообразования. Вертикальная циркуляция в океанах и морях захватывает, благодаря их солености, не только поверхностный слой воды, но и слой значительно большей мощности. Воздух получает из соленых вод Мирового океана гораздо больше тепла (тепловой энергии он получил бы, если бы океанские воды были пресными. Кроме
того, погружаясь, поверхностная соленая морская вода несет с собой в глубины поглощенный из воздуха кислород, необходимый для различных животных и растений.
От солености зависит интенсивность замерзания морской воды и развитие ледовых явлений в морях и океанах.
Горизонтальное и вертикальное распределение плотности морской воды способствует горизонтальной и вертикальной циркуляции вод. Зная вертикальное распределение плотности морской воды, можно определить направление и скорость течений, а также устойчивость той или иной водной массы: если масса неустойчива, то более плотная вода лежит выше менее плотной, и воды будут перемешиваться (вертикальная циркуляция).
Плотность морской воды имеет большое значение для обитателей океана. От нее зависит устойчивость состава вод, влияющей на распределение в океане органического и неорганического вещества.
Плотность воды влияет на осадку судов. При переходе из океанической воды в пресную и наоборот их осадка может изменяться до 0,3 м. Поэтому для правильной погрузки судов в портах и обеспечения безопасности мореплавания необходимо знать величину солености и плотности в порту погрузки и на переходе в море до порта назначения и правильно их учитывать.
Как увеличивается гидростатическое давление с глубиной? Гидростатическое давление с глубиной увеличивается на 1 атм на каждые 10 м глубины и в глубоководных впадинах составляет 1000 атм и более. Например, на глубине 1000 м кусок перева под давлением вдвое уменьшается в объеме, становится тяжелее воды и тонет. Воздух на глубине около 6000 м сжимается настолько, что его удельный вес становится равным удельному весу окружающей воды. Резина на больших глубинах похожа на эбонит. Фторопласт теряет свою упругость.
Сжимаема ли морская вода? Вода вообще и морская вода в частности обладает некоторой, хотя и небольшой сжимаемостю, Объем морской воды, погруженный на глубину, при одной и той же солености и температуре имеет тем большую плотность, чем больше глубина погружения, так как давление, а следовательно, и сжимаемость
с глубиной возрастают. Установившееся мнение о практической несжимаемости воды справедливо только для сравнительно малых давлений, Подсчитано, что если бы вода была абсолютно несжимаемая, уровень Мирового океана поднялся бы на 30 м, и большая часть, например, Ленинграда была бы затоплена.
Вызванные сжимаемостью изменения плотности воды значительно влияют на динамику течений. Повышение плотности морской воды за счет солености и сжимаемости увеличивает ее выталкивающую силу (так называемую архимедову силу), что очень важно для жизни морских животных.
На какую глубину океана проникает солнечный свет? Если в море немного взвешенных частиц и планктона, то слабый свет заметен на глубине 580-600 м. Но в количестве, необходимом для фотосинтеза, он проникает только до глубин 100-120 м. В прибрежных водах, содержащих много взвешенного вещества и планктона, фотосинтез ограничен верхним слоем от 20 до 25 м или даже еще меньшей глубиной, хотя тусклый свет различим здесь еще на глубине 70 и даже 300-350 м.
Лучи солнечного спектра в водной среде поглощаются и рассеиваются по-разному, а следовательно, и проникают на разную глубину, Красный свет (длинноволновый), содержащий наименьшее количество энергии, исчезает первым. Уже на глубине 100 м не виден желтовато-зеленый цвет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен. На глубинах от 130 до 150 м воспринимается только синий и фиолетовый свет, а ниже 250-300 м морская вода становится уже иссиня-черной. На глубинах более 600-650 м господствует «вечная ночь».
На глубине свыше 500 м даже в середине дня человеческому глазу доступны только редкие биолюминесцентные вспышки света от проплывающих мимо светящихся рыб и зоопланктона, Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает около 1 солнечной энергии, достигшей поверхности воды.
В отличие от атмосферы, сравнительно прозрачной для всех воли электромагнитного спектра, океан для них непроницаем. На длинные радиоволны, ни коротковолновое ультрафиолетовое излучение не проникают в его глубины.
Какого цвета море? На географических картах моря и океаны синего цвета. B действительности же их цвет имеет множество оттенков: зеленоватый, сероватый, желтовато-бурый, красноватый, беловатый и др. Некоторые моря названы по цвету воды, например Красное море - из-за красновато-коричневого оттенка воды от огромных масс зоо и фитопланктона. Воды Желтого моря окрашивает огромная масса лёсса, приносимого рекой Хуанхэ. A Черное море? В лоции Черного моря записано, что в северо-западной его части вода синевато-зеленая, в средней и восточной - зеленовато-синяя, в районах устьевых участков вода желтоватая. Но ничего не сказано о черном цвете.
Цвет морской воды и изменение ее окраски зависят от многих причин. Собственный цвет моря, как впервые в 1921 г. объяснил академик В. В. Шулейкин, определяется избирательным рассеянием и поглощением естественного света молекулами воды и взвешенными в ней частицами неорганического и органического происхождения.
Моря и океаны имеют в основном синий цвет по той же причине, что и небо: из-за свойств самой воды и атмосферы. Море освещается солнечным светом, а он, как известно, представляет собой сочетание лучей всех цветов с азличной длиной волны.
Солнечный свет падает на поверхность моря в виде прямых лучей и рассеянного света. Часть светового потока при этом отражается от поверхности воды, часть преломляется и попадает в водную среду. Распределение энергии между указанными частями светового потока зависит в основном от высоты Солнца. Когда Солнце находится в зените, поверхность моря отражает 2 % лучей падающего светового потока, а 98 % проникает в воду. По мере уменьшения высоты Солнца соотношение меняется, и доля отраженного света возрастает, приближаясь к 100 %, когда Солнце склоняется к горизонту. По мере проникновения в глубину свет одновременно поглощается и рассеивается, в результате чего ослабляется.
Величина ослабления света в морской воде определяется избирательным его поглощением и рассеянием молекулами воды, размер которых меньше длины световой волны, и находящимися в воде различными взвешенными твердыми частицами, размеры которых соизмеримы или больше длины световой волны. Поэтому световые лучи с различной длиной волны, проникающие в водную среду, ведут себя по-разному: длинноволновые лучи - красные и желтые - сильнее всего поглощаются и превращаются в тепло; коротковолновые - синие и фиолетовые - больше всего проникают в глубину и рассеиваются по всем направлениям; рассеянные синие и другие лучи затем отражаются вверх. Таким образом, лучи света, идущие из-под поверхности воды и видимые человеком, - это рассеянные в воде и отраженные лучи, которые окрашивают воду в соответствующий цвет. Их яркость зависит от преобладающего цвета спектра.
При наличии в морской воде взвешенных частиц, размеры которых больше длины волны, избирательность рассеяния уменьшается; одновременно увеличивается поглощение и ослабевает световое излучение (его минимум сдвигается в сторону больших длин волн). При этом более крупные взвешенные частицы рассеивают преимущественно зеленые и другие длинноволновые лучи.
Степень рассеяния, поглощения и ослабления света в зависимости от длины волны и количества взвешенных в воде частиц в основном определяет цвет и прозрачность морской воды. Чем чище вода в водоеме (море, океане, озере), то есть, чем меньше в ней частиц мути, планктона, тем богаче синими лучами выходящий из нее рассеянный солнечный свет. Поэтому и вода становится более синей, особенно вдали от берегов. На мелководье, в прибрежной зоне, где в воде много взвешенных крупных частиц (массы планктона, прибережная муть), вода зеле-
него цвета. Вода, сильно засоренная частицами грунта, приобретает желтую окраску, а после шторма становится коричневой от поднятых со дна частиц грунта.
Цвет моря постоянно меняется. Он зависит не только от оптических свойств воды, но во многом и от погоды, условий, освещенности, состояния моря. В тихую ясную погоду, когда море спокойно, оно кажется таким же голубым, как небо. Небольшой ветерок -- поверхность моря засверкала мириадами золотых бликов. Когда ветер усиливается, поднимаются небольшие волны, небо заволакивают серые тучи, море начинает быстро синеть.
Тот, кто наблюдал восход и закат солнца в спокойную погоду, не сможет забыть богатство красок, которыми переливалась морская вода.
При увеличении волнения интенсивность окраски усиливается. Особенно насыщенную окраску приобретает море при так называемых ветровых волнах, которые имеют очень крутой фронт с подветренной стороны. Во внутренних морях, таких, как Черное, волны круче, чем в океане. По этой причине Черное море подчас оправдывает свое название. А океан даже при сильном волнении имеет более светлый тон.
Океаны и моря имеют свои оттенки цветов: темно-синий - Индийский, Атлантический и Тихий океаны, темно-голубой - Средиземное море, зеленоватый - Карибское, желтоватый Балтийское моря.
Какова прозрачность вод Мирового океана и от чего она зависит? Прозрачность морской воды, то есть способность пропускать световые лучи, зависит от размеров и количества в воде взвешенных частиц различного происхождения, которые эначнтельно изменяют глубину проникновения световых лучей. Различают абсолютную и относительную прозрачность морской воды.
Абсолютной прозрачностыо называется глубина (измеряемая в метрах), на которую может проникать какой-либо из лучей света солнечного спектра. Считается, что в чистых морских водах эта глубина равна примерно от 1000 до 1700 м.
Под относительной прозрачностью (табл. 2) подразумевают глубину (измеряемую в метрах), на которой исчезает белый диск диаметром 30 см.
Лучи солнечного спектра в водной среде поглощаются и рассеиваются по-разному, а следовательно, и проникают на разную глубину, Красный свет (длинноволновый), содержащий наименьшее количество энергии, исчезает первым. Уже на глубине 100 м не виден желтовато-зеленый цвет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен. На глубинах от 130 до 150 м воспринимается только синий и фиолетовый свет, а ниже 250-300 м морская вода становится уже иссиня-черной. На глубинах более 600-650 м господствует «вечная ночь».
На глубине свыше 500 м даже в середине дня человеческому глазу доступны только редкие биолюминесцентные вспышки света от проплывающих мимо светящихся рыб и зоопланктона, Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает около 1 солнечной энергии, достигшей поверхности воды.
В отличие от атмосферы, сравнительно прозрачной для всех воли электромагнитного спектра, океан для них непроницаем. На длинные радиоволны, ни коротковолновое ультрафиолетовое излучение не проникают в его глубины.
Какого цвета море? На географических картах моря и океаны синего цвета. B действительности же их цвет имеет множество оттенков: зеленоватый, сероватый, желтовато-бурый, красноватый, беловатый и др. Некоторые моря названы по цвету воды, например Красное море - из-за красновато-коричневого оттенка воды от огромных масс зоо и фитопланктона. Воды Желтого моря окрашивает огромная масса лёсса, приносимого рекой Хуанхэ. A Черное море? В лоции Черного моря записано, что в северо-западной его части вода синевато-зеленая, в средней и восточной - зеленовато-синяя, в районах устьевых участков вода желтоватая. Но ничего не сказано о черном цвете.
Цвет морской воды и изменение ее окраски зависят от многих причин. Собственный цвет моря, как впервые в 1921 г. объяснил академик В. В. Шулейкин, определяется избирательным рассеянием и поглощением естественного света молекулами воды и взвешенными в ней частицами неорганического и органического происхождения.
Моря и океаны имеют в основном синий цвет по той же причине, что и небо: из-за свойств самой воды и атмосферы. Море освещается солнечным светом, а он, как известно, представляет собой сочетание лучей всех цветов с азличной длиной волны.
Солнечный свет падает на поверхность моря в виде прямых лучей и рассеянного света. Часть светового потока при этом отражается от поверхности воды, часть преломляется и попадает в водную среду. Распределение энергии между указанными частями светового потока зависит в основном от высоты Солнца. Когда Солнце находится в зените, поверхность моря отражает 2 % лучей падающего светового потока, а 98 % проникает в воду. По мере уменьшения высоты Солнца соотношение меняется, и доля отраженного света возрастает, приближаясь к 100 %, когда Солнце склоняется к горизонту. По мере проникновения в глубину свет одновременно поглощается и рассеивается, в результате чего ослабляется.
Величина ослабления света в морской воде определяется избирательным его поглощением и рассеянием молекулами воды, размер которых меньше длины световой волны, и находящимися в воде различными взвешенными твердыми частицами, размеры которых соизмеримы или больше длины световой волны. Поэтому световые лучи с различной длиной волны, проникающие в водную среду, ведут себя по-разному: длинноволновые лучи - красные и желтые - сильнее всего поглощаются и превращаются в тепло; коротковолновые - синие и фиолетовые - больше всего проникают в глубину и рассеиваются по всем направлениям; рассеянные синие и другие лучи затем отражаются вверх. Таким образом, лучи света, идущие из-под поверхности воды и видимые человеком, - это рассеянные в воде и отраженные лучи, которые окрашивают воду в соответствующий цвет. Их яркость зависит от преобладающего цвета спектра.
При наличии в морской воде взвешенных частиц, размеры которых больше длины волны, избирательность рассеяния уменьшается; одновременно увеличивается поглощение и ослабевает световое излучение (его минимум сдвигается в сторону больших длин волн). При этом более крупные взвешенные частицы рассеивают преимущественно зеленые и другие длинноволновые лучи.
Степень рассеяния, поглощения и ослабления света в зависимости от длины волны и количества взвешенных в воде частиц в основном определяет цвет и прозрачность морской воды. Чем чище вода в водоеме (море, океане, озере), то есть, чем меньше в ней частиц мути, планктона, тем богаче синими лучами выходящий из нее рассеянный солнечный свет. Поэтому и вода становится более синей, особенно вдали от берегов. На мелководье, в прибрежной зоне, где в воде много взвешенных крупных частиц (массы планктона, прибережная муть), вода зеле-
него цвета. Вода, сильно засоренная частицами грунта, приобретает желтую окраску, а после шторма становится коричневой от поднятых со дна частиц грунта.
Цвет моря постоянно меняется. Он зависит не только от оптических свойств воды, но во многом и от погоды, условий, освещенности, состояния моря. В тихую ясную погоду, когда море спокойно, оно кажется таким же голубым, как небо. Небольшой ветерок -- поверхность моря засверкала мириадами золотых бликов. Когда ветер усиливается, поднимаются небольшие волны, небо заволакивают серые тучи, море начинает быстро синеть.
Тот, кто наблюдал восход и закат солнца в спокойную погоду, не сможет забыть богатство красок, которыми переливалась морская вода.
При увеличении волнения интенсивность окраски усиливается. Особенно насыщенную окраску приобретает море при так называемых ветровых волнах, которые имеют очень крутой фронт с подветренной стороны. Во внутренних морях, таких, как Черное, волны круче, чем в океане. По этой причине Черное море подчас оправдывает свое название. А океан даже при сильном волнении имеет более светлый тон.
Океаны и моря имеют свои оттенки цветов: темно-синий - Индийский, Атлантический и Тихий океаны, темно-голубой - Средиземное море, зеленоватый - Карибское, желтоватый Балтийское моря.
Какова прозрачность вод Мирового океана и от чего она зависит? Прозрачность морской воды, то есть способность пропускать световые лучи, зависит от размеров и количества в воде взвешенных частиц различного происхождения, которые эначнтельно изменяют глубину проникновения световых лучей. Различают абсолютную и относительную прозрачность морской воды.
Абсолютной прозрачностыо называется глубина (измеряемая в метрах), на которую может проникать какой-либо из лучей света солнечного спектра. Считается, что в чистых морских водах эта глубина равна примерно от 1000 до 1700 м.
Под относительной прозрачностью (табл. 2) подразумевают глубину (измеряемую в метрах), на которой исчезает белый диск диаметром 30 см.
Т а б л и ц а 2. Относительная прозрачность вод Мирового океана
Как видно из данных таблицы, величина относительной прозрачности составляет несколько десятков метров в открытом скеане (50-60 м и более) и несколько метров в прибрежной зоне и портовых акваториях.
