Какие свойства водных масс являются главными почему
Физико-химические свойства воды
Замечание 1
Химическое соединение кислорода и водорода образует важнейшее, самое распространенное и самое необыкновенное вещество планеты – обычную воду.
В химически чистой воде водорода содержится 11,19% и кислорода 88,81%.
На Земле вода может находиться в 3-х агрегатных состояниях:
- твердом,
- жидком,
- газообразном.
При температуре 100 градусов вода состоит из простых молекул, которые называются гидролями ($H_2O$).
Жидкая фаза воды представляет собой смесь гидролей ($H_2O$) двойных молекул – дигидролей ($H_2O$)2 и тройных молекул – тригидролей ($H_2O$)3.
Замечание 2
Тригидроли являются преобладающими в воде твердой фазы (лед).
Из одного состояния в другое вода переходит очень быстро и сопровождается поглощением или выделением тепла, хотя на температуру самой воды это не оказывает никакого влияния. Физические и химические свойства воды при этом изменяются скачкообразно.
Температура кипения химически чистой воды при нормальном давлении составляет 100 градусов, а замерзает она при 0 градусов. При температуре +4 градуса вода имеет наибольшую плотность и является одним из теплоёмких природных тел.
Определение 1
Теплоёмкость вещества – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 градус.
В летний период водная поверхность поглощает огромное количество тепла, а зимой, охлаждаясь, океан отдает тепло атмосфере.
Этим объясняется охлаждающее и отепляющее влияние океанов и морей на побережья материков.
В районе экватора и тропиков вода нагревается круглый год и с помощью течений и воздушных потоков передает это тепло в умеренные и полярные широты.
Замечание 3
Тепло, таким образом, перераспределяется в течение всего года, что имеет очень большое значение для формирования климата.
Вода обладает таким свойством, как теплопроводность, но она очень незначительна. Ещё меньшая теплопроводность у льда и снега, поэтому лед на реках и озерах предохраняет воду от дальнейшего охлаждения, а снег защищает почву от промерзания.
От солености и температуры воды зависит её плотность. При температуре +4 градуса плотность воды максимальная, правда, если она химически чистая.
Выше и ниже этой температуры плотность уменьшается, и вода становится легче.
Для воды характерно очень необычное свойство – при замерзании она способна увеличиваться в объеме.
Если сравнить воду и лед, то объем льда на 10% больше относительно первоначального объема воды. При таянии льда происходит сжатие воды и уменьшение её объема.
Это свойство воды играет большую роль в процессе разрушения горных пород, поскольку лед в трещинах породы разрывает её на мелкие кусочки.
В районах с вечной мерзлотой при оттаивании льда, образуются особые формы рельефа – бугры пучения.
Свойством жидкой воды является её подвижность, происходит это под действием силы тяжести, разной плотности, под воздействием ветра, Лунного и Солнечного притяжения.
При перемешивании воды происходит выравнивание температуры, солености, химического состава и др.
Благодаря подвижности воды происходит размывание и перемещение горных пород, в результате чего происходит их отложение.
Вода обладает очень высокой термической устойчивостью, так, например, водяной пар только выше 1000 градусов разлагается на водород и кислород.
Вода среди всех жидкостей, кроме ртути, имеет самое большое поверхностное натяжение, благодаря которому она может подниматься вверх по капиллярам в грунтах, растениях, обеспечивая их питание.
Являясь прекрасным растворителем, вода содержит в себе растворенные вещества и характеризуется соленостью. Соленость воды выражается в промилле (1%0).
Замечание 4
Промилле показывает, какое количество соли растворено в 1 литре воды.
Льды в океане
Лед в океане может быть сезонным и может существовать более одного года. Образование его происходит в несколько стадий.
Начальными формами льда являются иглы-кристаллы, длиной до 10 см. Когда они срастаются, образуются пятна-диски, получившие название ледяное сало.
Почти одновременно с ними появляется кашеобразная масса из снега, пропитанного водой – это снежура. Ледяное сало и снежура, сбившиеся при ветре и скопившиеся в виде полос и пятен, образуют шугу.
На мелководьях побережий образуются полосы льда, примерзающие к суше и, образующие, так называемые ледяные забереги. Постепенно их мощность и размеры увеличиваются, и образуется береговой припай.
Низкие температуры и волнения способствуют образованию блинчатого льда – это ледяные диски, диаметр которых более 30 см.
Когда начальные формы льда при тихой погоде смерзаются происходит образование сплошной тонкой ледяной корки. В морях, где вода опреснена, эту корку называют склянкой, а в соленой воде – ниласом.
При толщине льда до 10 см его называют молодик. Через такой лед вода просвечивает, а сам он имеет серый цвет. При утолщении он становится взрослым льдом белого цвета и достигает мощности 30-70 см.
В тех морях, которые имеют сезонное замерзание, это будет предельная форма льда.
Кроме сезонного льды бывают однолетние, двухлетние, многолетние. Такие льды характерны для Арктики и Антарктики.
Однолетние льды имеют мощность около метра и существуют в течение лета и сохраняются для начала нового ледообразования.
Двухлетние льды толще, их мощность около 2-х метров.
Многолетние льды голубого цвета существуют более 2-х лет – это полярный пак, толщиной 5-7 метров. Паковые льды занимают 70% всей площади льдов Северного Ледовитого океана.
Айсберги в океане
Айсберг представляет собой огромную ледяную гору, отколовшуюся от шельфовых ледников и свободно плавающую в океане.
Рисунок 1. Айсберг. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Над поверхностью воды обычно видна только небольшая часть айсберга и около 90% его объема находится под водой.
Местом рождения айсбергов в Северном полушарии является остров Гренландия, в Южном полушарии – материк Антарктида.
По своей форме айсберги могут быть столообразные, пирамидальные, наклонные, округлые, с арками и др.
Столообразные айсберги могут иметь структуру от фирна до глетчерного льда, а их цветовая гамма непостоянна.
Отколовшийся кусок имеет белый матовый оттенок, а со временем, когда из него капли воды вытеснят газы, он окрасится в светло-голубой цвет.
В среднем их длина составляет 580 м, а высота над поверхностью воды доходит до 30 м, хотя бывают и гиганты.
Иногда на поверхности айсбергов образуются реки и озера с талой водой.
Пирамидальные айсберги являются результатом ледяных оползней. Они отличаются острыми вершинами и большой высотой над поверхностью воды.
Такой тип айсбергов имеет длину около 130 м и высотой надводной части около 54 м. Их цвет зеленовато-голубоватый, но бывает и темнее.
В толще таких айсбергов бывают включения горных пород, ила, песка.
Айсберги северной части Атлантического океана принято считать самыми опасными для судоходства. Опасность заключается в том, что в этой части океана часто возникает густой туман и увидеть эту ледяную гору возможно только с расстояния 0,5 км, а этого недостаточно, чтобы отвернуть судно в сторону.
Старые подтаявшие глыбы наиболее опасны, потому что они уже подтаяли и почти не поднимаются над поверхностью воды.
Куда будет двигаться такая ледяная глыба предсказать невозможно, поэтому в целях безопасности их окрашивают в яркий цвет, либо помечают радиомаяком, работающим в авторежиме.
Столообразные айсберги в приполярных широтах Северного полушария встречаются значительно реже и имеют небольшие размеры. Процесс разрушения айсберга начинается с момента его образования независимо от типа.
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 22 сентября 2019; проверки требует 1 правка.
Пример дифференциации водной толщи Южного океана на различные водные массы
Водная масса — значительный объем морской воды, формирующийся в определенной акватории Мирового океана под влиянием определенных геофизических факторов. Водная масса характеризуется постоянным и непрерывным распределением физико-химических и биологических свойств в течение длительного времени. Все компоненты водной массы образуют некий единый комплекс, который может изменяться или двигаться как одно целое[1]. В отличие от воздушных масс, для масс достаточно важную роль играет вертикальная зональность.
Главные характеристики водных масс:
- температура воды,
- соленость,
- содержание биогенных солей (фосфаты, силикаты, нитраты),
- содержание растворенных газов (кислород, углекислый газ).
Характеристики водных масс не остаются неизменными постоянно, они в определенных пределах колеблются по сезонам и многолетне. Между водными массами не существует четких границ, вместо того — переходные зоны взаимного влияния. Наиболее ярко это можно наблюдать на границе теплых и холодных морских течений.
Основными факторами формирования водных масс являются тепловой и водный балансы региона[2].
Водные массы довольно активно взаимодействуют с атмосферой. Они отдают ей тепло и влагу, биогенный и механический кислород, а из нее усваивают углекислый газ.
Классификация[править | править код]
Различают первичные и вторичные водные массы[2]. К первым относят те, характеристики которых формируются под воздействием земной атмосферы. Они характеризуются наибольшей амплитудой изменений своих свойств в определенном объеме водной толщи. К вторичным водным массам относят те, что формируются под влиянием перемешивания первичных. Они характеризуются наибольшей гомогенностью.
По глубине и физико-географическими свойствами выделяют следующие типы водных масс:[2]
- поверхностные:
- поверхностные (первичные) — до глубин 150-200 м,
- подповерхностные (первичные и вторичные) — от 150-200 м до 400-500 м;
- промежуточные (первичные и вторичные) — срединный слой океанических вод толщиной около 1000 м, на глубинах от 400-500 м до 1000-1500 м, температура которого лишь на несколько градусов выше точки замерзания воды; постоянная граница между поверхностными и глубинными водами, что препятствует их перемешиванию;
- глубинные (вторичные) – на глубине от 1000-1500 м до 2500-3000 м;
- придонные (вторичные) — глубже 3 км.
Распространение[править | править код]
Для всех океанов характерны собственные водные массы. В Тихом океане: Северная тропическая, Северная центрально-субтропическая, Южная тропическая и другие поверхностные водные массы; Северная и Южная субтропические и другие подповерхностный; Северная и Южная тихоокеанские промежуточные; Тихоокеанские глубинные водные массы[2]. В Атлантике: Северная и Южная тропические, Гольфстрим и другие поверхностные; Северная и Южная субтропические подповерхностный; Северная и Южная атлантические промежуточные водные массы и другие; Средиземноморская глубинная[2].
Типы поверхностных водных масс[править | править код]
Экваториальные[править | править код]
На протяжении всего года экваториальные воды сильно прогреваются солнцем, что находится в зените. Толщина слоя — 150-300 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 60-70 до 120-130 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−2 10−3 см/сек. Температура вод составляет 27°…+28°С, сезонная изменчивость небольшая 2 °C. Средняя соленость от 33-34 до 34-35 ‰, ниже, чем в тропических широтах, потому что многочисленные реки и сильные ежедневные ливни довольно сильно влияют, опресняя верхний слой воды. Условная плотность 22,0-23,0. Содержание кислорода 3,0-4,0 мл/л; фосфатов — 0,5-1,0 мкг-ат/л.
Тропические[править | править код]
Толщина слоя — 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 50-70 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 см/сек. Температура вод составляет от 18-20 до 25-27°С. Средняя соленость 34,5-35,5 ‰. Условная плотность 24,0-26,0. Содержание кислорода 2,0-4,0 мл/л; фосфатов — 1,0-2,0 мкг-ат/л.
Субтропические[править | править код]
Толщина слоя — 400-500 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 20-30 до 80-100 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 25-28°С. Средняя соленость от 35-36 до 36-37 ‰. Условная плотность от 23,0-24,0 до 25,0-26,0. Содержание кислорода 4,0-5,0 мл/л; фосфатов — <0,5 мкг-ат/л.
Субполярные[править | править код]
Толщина слоя — 300-400 г. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 10-20 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−4 см/сек. Температура вод составляет от 15-20 до 5-10°С. Средняя соленость 34-35 ‰. Условная плотность 25,0-27,0. Содержание кислорода 4,0-6,0 мл/л; фосфатов — 0,5-1,5 мкг-ат/л.
Полярные[править | править код]
Толщина слоя — 100-200 м. Горизонтальная скорость перемещения составляет от 5-10 до 30-50 см/сек. Вертикальное перемешивание происходит со скоростью 10−3 10−4 см/сек. Температура вод составляет от 0-5 до -1,8°С. Средняя соленость 32-34 ‰. Условная плотность 27,0-28,0. Содержание кислорода 5,0-7,0 мл/л; фосфатов — 1,5-2,0 мкг-ат/л.
Исследования[править | править код]
При изучении водных масс используют методику Т, S-кривых и изопикнический метод, позволяющие устанавливать гомогенность температуры, солености и других физико-химических показателей на кривой вертикального распределения[2].
Примечания[править | править код]
- ↑ (рос.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, випуск 1, с. 12-24.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 (рос.) Водные массы / Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969–1978.
Литература[править | править код]
- (англ.) Emery, W. J. and J. Meincke. 1986 Global water masses: summary and review. Oceanologica Acta, 9:-391.
- (рус.) Агеноров В. К. Об основных водных массах в гидросфере, М. — Свердловск, 1945
- (рус.) Зубов Н. Н. Динамическая океанология. М. — Л., 1947.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Тихого океана, Л., 1958.
- (рус.) Муромцев А. М. Основные черты гидрологии Индийского океана, Л., 1959.
- (рус.) Добровольский А. Д. Об определении водных масс // Океанология, 1961, т. 1, выпуск 1.
- (нем.) Defant A., Dynamische Ozeanographie, B., 1929.
- (англ.) Sverdrup Н. U., Jonson М. W., Fleming R. Н., The oceans, Englewood Cliffs, 1959.
Источник
Также как и воздушное пространство, водное неоднородно по своей зональной структуре. О том, что называют водной массой, мы поговорим в этой статье. Выявим основные их виды, а также определим ключевые гидротермические характеристики океанических акваторий.
Что называют водной массой Мирового океана?
Водные океанические массы – это сравнительно большие слои океанических вод, обладающие определёнными свойствами (глубина, температура, плотность, прозрачность, количество содержащихся солей и т.д) характерными для данного типа водного пространства. Формирование свойств определённого вида водных масс происходит на протяжении большого периода времени, что делает их относительно постоянными и водные массы воспринимаются, как единое целое.
Главные характеристики морских водных масс
Водные океанические массы в процессе взаимодействия с атмосферой приобретают различные характеристики, отличающиеся в зависимости от степени воздействия, а также от очага формирования.
- Температура – один из главных показателей, по которым происходит оценка водных масс Мирового океана. Закономерно, что температура поверхностных морских вод находит свой экстремум в экваториальной широте, по мере отдаления от которой водная температура понижается.
- Солёность. На солёность водных потоков влияет уровень выпадения атмосферных осадков, интенсивность испарения, а также количество пресной воды, поступающей с материков в виде крупных рек. Наибольшая солёность зарегистрирована в бассейне Красного моря: 41‰. Карта солёности морских вод наглядно видна на следующем рисунке.
- Плотность водных масс напрямую зависит от того, на какой глубине от уровня моря они находятся. Это объясняется законами физики, согласно которым более плотная, а значит и более тяжёлая жидкость опускается ниже жидкости с меньшей плотностью.
Основные зоны водных масс Мирового океана
Комплексные характеристики водных масс формируются под воздействием не только территориального признака в сочетании с климатическими условиями, но и вследствие смешивания разных водных потоков. Верхние слои океанических вод более подвержены смешиванию и влиянию атмосферы, нежели более глубинные толщи воды того же географического региона. В связи с этим фактором водные массы Мирового океана подразделяются на два больших раздела:
- Океаническая тропосфера – верхние, так называемые поверхностные слои воды, нижняя граница которых достигает 200-300, а иногда и 500 метров глубины. Отличаются наиболее подверженным влиянием со стороны атмосферных, температурно-климатических условий. Имеют разнородные характеристики в зависимости от территориальной принадлежности.
- Океаническая стратосфера – глубинные воды ниже поверхностных слоёв с более устойчивыми свойствами и характеристиками. Свойства водных масс стратосферы более устойчивы, поскольку отсутствуют сильные и обширные перемещения водных потоков особенно в вертикальном разрезе.
Виды вод океанической тропосферы
Океаническая тропосфера образуется под влияние совокупности динамичных факторов: климата, осадков, а также прилива материковых вод. В связи с этим поверхностные воды имеют частые колебания температуры, уровня солёности. Движение водных масс из одной широты в другую формирует образование тёплых и холодных течений.
В поверхностных водах наблюдается наибольшая насыщенность формами жизней в виде рыб и планктона. Виды водных масс океанической тропосферы принято подразделять по географическим широтам с ярко-выраженным климатическим фактором. Назовём основные из них:
- Экваториальные.
- Тропические.
- Субтропические.
- Субполярные.
- Полярные.
Характеристика экваториальных водных масс
Территориальная зональность экваториальных водных масс охватывает географическую полосу от 0 до 5 северной широты. Экваториальный климат характеризуется практически одинаково высоким температурным режимом на протяжении всего календарного года, поэтому и водные массы данного региона прогреты в достаточной степени, достигают температурной отметки 26-28.
Вследствие выпадения обильных осадков и притока пресной речной воды с материка экваториальные океанические воды имеют небольшой процент солёности (до 34,5‰) и наименьшую условную плотность (22-23). Насыщенность водной среды региона кислородом также имеет наименьший показатель (3-4 мл/л) ввиду высокой среднегодовой температуры.
Характеристика тропических водных масс
Зона тропических водных масс занимает две полосы: 5-35 северного полушария (северо-тропические воды) и до 30 южного (южно-тропические воды). Формируются под воздействием особенностей климата и воздушных масс – пассатов.
Летний температурный максимум соответствует экваториальной широте, но зимой этот показатель опускается до отметки 18-20 выше нуля. Зона характеризуется наличием восходящих водных потоков с глубины 50-100 метров у западных прибрежных материковых линий и нисходящими потоками у восточных берегов материка.
Тропические виды водных масс имеют больший, чем у экваториальной зоны, показатель солёности (35–35,5‰) и условной плотности (24-26). Насыщенность кислородом тропических водных потоков остаётся приблизительно на таком же уровне, что и у экваториальной полосы, а вот насыщенность фосфатами превосходит: 1-2 мкг-ат/л против 0,5-1 мкг-ат/л у экваториальных вод.
Субтропические водные массы
Температура в течение года субтропической водной зоны может опускаться до 15. В тропической широте опреснение вод происходит в меньшей степени, чем в других климатических поясах, поскольку здесь выпадает малое количество осадков, в то время как идёт интенсивное испарение.
Здесь солёность вод может доходить до 38‰. Субтропические водные массы океана при охлаждении в зимний период года отдают много тепла, тем самым внося значительный вклад в процесс теплообмена планеты.
Границы субтропической зоны доходят примерно до 45 южного полушария и до 50 с.ш. Наблюдается повышение насыщенности вод кислородом, а значит и формами жизни.
Характеристика субполярных водных масс
По мере отдаления от экватора температура водных потоков снижается и варьирует в зависимости от времени года. Так на территории субполярных водным масс (50-70 с.ш и 45-60 ю.ш.) зимой температура воды падает до 5-7, а летом повышается до 12-15о С.
Солёность воды имеет тенденцию уменьшения от субтропических водных масс в направлении к полюсам. Происходит это вследствие таяния айсбергов – источников пресной воды.
Характеристика и особенности полярных водных масс
Локализация полярных океанических масс – околоматериковые полярные северные и южные пространства, таким образом, океанологи выделяют наличие арктических и антарктических водных масс. Отличительными особенностями полярных вод являются, конечно же, наименьшие температурные показатели: летом в среднем 0, а зимой 1,5-1,8 ниже нуля, что также влияет на плотность – здесь она самая высокая.
Помимо температуры, отмечается и низкая солёность (32-33‰) за счёт таяния материковых пресных ледников. Воды полярных широт очень богаты кислородом и фосфатами, что благоприятно сказывается на разнообразии органического мира.
Виды и свойства водных масс океанической стратосферы
Океаническую стратосферу океанологи условна подразделяют на три вида:
- Промежуточные воды охватывают толщи воды на глубине от 300-500 м до 1000 м, а иногда и 2000 м. По сравнению с двумя остальными видами водных масс стратосферы, промежуточный слой наиболее освещённый, тёплый и в большей степени богат кислородом и фосфатами, а значит и богаче подводный мир планктоном и различными видами рыб. Под влиянием соседства с водными потоками тропосферы, у которой преобладает стремительно текущая водная масса, гидротермические характеристики и скорость течения водных потоков промежуточного слоя весьма динамичны. Общая тенденция движения промежуточных вод наблюдается в направлении от высоких широт к экватору. Толщина промежуточного слоя океанической стратосферы не везде одинакова, более широкий слой наблюдается у полярных зон.
- Глубинные воды имеют ареал распространения, начиная с глубины в 1000-1200 м, и доходят до 5 км ниже уровня моря и характеризуются более постоянными гидротермическими данными. Горизонтальное течение водных потоков данного слоя гораздо меньше промежуточных вод и составляет 0,2-0,8 см/с.
- Придонный слой воды наименее изучены океанологами в виду своей недосягаемости, ведь они располагают на глубине более 5 км от поверхности воды. Главными особенностями придонного слоя является практически постоянный уровень солёности и высокая плотность.
Источник