Морская вода

Морская вода. Из общей поверхности земного шара в 510 млн. км² только 149 млн. км³ занято сушэй, остальные же 361 млн. км² приходятся на водную поверхность, составляющую так. обр. около 71% всей поверхности земного шара. Распределение всей водной поверхности по отдельным бассейнам характеризуется табл. 1.,

Таблица 1.—Р аспределепие водной поверхности по бассейнам.

Наименование бассейнов	Площ. в млн. км²	Площ. в % от всей новерхн. М. в.
Тихий океан.	166	46
Атлантич. океан..	82	23
Индийский океан.	73	20
Все три океана.	321	89
Мешдуматериковые и вну-
триматерикозые моря..	32	9
Окраинные моря.	8	2
Все моря.	40	11
Вся поверхность М. в.	361	100

Химический состав. М. в представляет водный раствор различных солей. Общее число химических элементов, встре чаемых в М. в., достигает 32, однако большинство из них содержится в совершенно ничтожных количествах, а в основном М. в океанов заключает лишь следующие соли:

	На 1 кз	В % от всего
	воды	колич.
	в г	солей
Хлористый натрий (поваренная С01Ь)..	27,2	77,8
Хлористый магний.	3,8	10,9
Сернокислый магний.	1,7	4,7
Сернокислый кальций.	1,2	3,6
Сернокислый калий.	0,9	2,5
Углекислый кальций. _.	0,1	0,3
Бромистый магний.	0,1	0,2
Итого.	35,0	100,0

Многочисленные исследования состава М. в океанов, взятой с различных мест вдали от берегов, как на поверхности, так и с разных глубин, показали, в пределах точности современных методов исследования, постоянство относительного содержания солей; последнее позволяет определять состав морской воды в океанах по содержанию лишь одного из входящих в нее элементов, например хлора.

Соленость, удельный вес и плотность. Соленостью М. в называют общее весовое количество солей, выраженное в промилях (°/₀₀); ее принято обозначать знаком £ °/₀₀. Удельным весом М. в океанографии называют отношение веса объёмной единицы М. в при ί°= +17,5° к весу той же объёмной единицы дистиллированной воды при той же ί°; уд. вес обозначают знаком ρ_17ι5» и сокращенно выражают, отбрасывая 1 и перенося занятую десятичного знака на 3 цифры вправо, то есть вместо £>17,5⁰⁼⁼ 1,02641 пишут (?₁₇,₅°=26,41. Плотно’с ть ю М.в. называют отношение веса ее объёмной единицы в естественном состоянии (при темп-ре, которую она имела в природе—in situ) к весу той же объёмной единицы дистиллированной воды при +4°. Плотность М. в обозначается a_t для численного выражения ее принято делить такое же сокращение, как и для удельного веса. Исследованиями Международной комиссии по изучению моря в М. в установлена следующая функциональная зависимость между соленостью, уд. в., плотностью и содержанием хлора:

S=0,030+ 1,8050 ci.

σ_α= -0,069 + 1,4708 Cl-0,001570 Cl² + 0,0000398 Cl².

517,5»=(0,1215 + ff₀ - 0,0595 <7_o+0,000155 <7j)×1,00129.

<r₀=-0,093 + 0,8119 S-0,000182 S·* +0,0000068 S².

Соотношение величин S, ρ_17ι5° и a_t M. в характеризует табл. 2.

Таблица 2,—С оотношеиия величин S, ρΐ₇₍₅ο и o_t.

s°loo.	0,00	10,00	20,00	30,00	35,00	40,00
Θ17,5»	0,00	7,69	15,30	22,92	26,74	30,58
О₀.	0,99987*	8,02	16,07	24,11	28,13	32,17
σ_5ο.	0,99999*	7,97	15,86	23,75	27,70	31,67
	0,99823*	5,86	13,42	20,99	21,78	28,60
^σ30° · · ·	0,99567*	3,15	10,57	18,01	21,75	25,51

* Данные значения σ₀, σ₅„, σ₂ο», σ₃₀», меньшие 1, приведены без указанного выше сокращ ния; остальные значения этих величин, а также и βι?,5» в таблице и ф-лах имеют указанное ранее условное сокращенное выражение.

В зависимости от интенсивности испарения под действием ветра и нагревания солнеч-

ными лучами, а также от количества атмосферных осадков, от темпа таяния льдов и от объёмов пресных вод, выносимых реками, соленость М. в различных местах океанов и в разных морях в разное время года бывает весьма различна. Средние и крайние значения солености М. в океанах на поверхности определяются табл. 3.

Таблица 3.—С редпие и крайние значения солености М. в океанах (в °/₀₀)·

Соленость между 60° с. и ю. широт

Атлан тичес кий

Тихий

Индий ский

Весь миро вой

Северн, части. Южн. ».

В среднем.

Минимум.

Максимум.

35.8

35.0 35,4

35.0

37.9

34,6

35,1

34.9 34,0

36.9

35.0

34.7

34.8

32.0 36,5

35.0

32.0 37,9

Разница в солености морей более значительна. В Средиземном море средпяя соленость колеблется от 37 до 39°/₀₀. В Красном море соленость в отдельных местах достигает 41 °/₀₀. Черное море в с.-в. части имеет соленость ок. i 7°/₀₀, а в средней и юшной частях до 18.5°/₀₀. В Мраморном море, которое в отношении солености занимает среднее положение между Сре диземным и Черным морями, соленость колеблется от 20—21°/₀₀ у Босфора, до 24,5—25,0°/_оо у Дарды нелл. Азовское море имеет относительно весьма малую соленость, варьирующую в разных местах в пределах 9,3—1 ‘2,0°/_оо Соленость Балтийского моря еще меньше: в Ботническом заливе—от 5°/_со в южной части, до 2°/₀₀ в северной; в Финском заливе (по середине) она равняется ок. 4,5%₀, а вглубь залива уменьшается до 2,0°/_оо; между Готландом и Аландскими островами—6,0—6,7°/₀₀ и наконец как максимум—в Бель-тах, в зависимости от направления ветра (с 3. или В.), соленость колеблется от 10 до 22°/₀₀. Белое море в горле имеет соленость, близкую к океанской, именно около 33°/₀₀; в середине—от 25 до 26°/₀₀ п в южной части Двинет го залива—около 19°/₀₀. В Каспийском море вдали от берегов соленость варьирует в разное время года от 10 до 15°/₀₀; от Дербента к С. вдоль берега идет полоса солености от 1 до 10°/_оо; в совершенно особом положении находится Карабугазекий валив, η котором соленость на поверхности достигает громадной цифры 164°/₀₀.

Распределение солености М. в на глубинах в океанах еще мало изучено. Имеющиеся данные показывают, что заметные колебания солености имеют место только в поверхностном слое воды до глубины не свыше 1 000 метров.

В морях как правило соленость воды возрастает с глубиной, а именпо; в Мраморном море она равняется у дна—до 38,0—38.8°/₀₀, в Черном—до 22,5°/₀₀. в Азовском—до 6°1₀₀· В отдельных случапходнако наблюдается обратная картина, например в восточной части Средиземного моря, где на поверхности соленость выше ЗЭ.0%0, а с глубиною она несколько убывает (до 38.70/00).

Плотность М. в океанах в разных местах на поверхности варьирует от 1,0220 до 1,0275. С глубиной плотность М. в возрастает согласно следующим данным, соответствующим поверхностной плотности 1,02810: Глубина в м. loo 1 ооо з ооо 6 ооо ю ооо

Плоти 1СТЬ. 1,02856 1,03274 1,04222 1,05694 1,07758

В Средиземном море плотпость воды возрастает от 1,02568 на поверхности до 1,02908 в придонном слое. Аналогичным образом от поверхности к придонному слою плотность М. в возрастает и в Мраморном море с 1,01329 до 1,02884 и в Черном—с 1,0080 до 1,0173.

Давление и сжимаемость. С возрастанием глубины давление увеличивается приблизительно на 1 atm на каждые 10 метров Т. о. на глубине наир. 5 000 метров М. в находится под давлением ок. 500 atm, а на наибольшей наблюденной в мире глубине, в Тихом океане у Филиппинских островов, 9 778 м, М. в находится под давлением око ло 1 000 atm. Такие значительные давления, несмотря на весьма малую сжимаемость воды (коэф-т сжимаемости дистиллированной воды равняется 0,0000490, а у М. в этот коэф. понижается с увеличением солености и при S= 35°/₀₀ он составляет 0,0000442), создают все-таки значительное сжатие всего слоя морской воды в океанах. О величине этого сжатия дает представление следующий примерный расчет. Если принять среднюю глубину всех океанов 3 700 м, то при абсолютной несжимаемости М. в ее общий объём превышал бы фактич. объём этих океанов на 11 000 000 км³, что при равномерном распределении по всей поверхности океанов (301 млн. км²) повысило бы существующий океанский уровень примерно на 30 метров и соответственно сократило бы поверхность суши.

Содержание газов. При солености 35%₀ и нормальном атмосферном давлении 1л М. в поглощает в зависимости от t° следующие количества кислорода и азота:

t°.-2° 0° +15° +30°

О. 8,47 8,03 5,84 4,50СлЗ

N. 15,00 14,40 11,12 9,26 »

Углекислота в свободном состоянии содержится в М. в океанов в ничтожном количестве. Вопрос о распределении кислорода и азота по поверхности и глубине океанов еще недостаточно исследован. Имеющиеся данные показывают, что в Атлантическом океане на поверхности М. в содержит—у экватора на 1 л около 4—5 см³ кислорода, на 50° с. широты—около 6—7 cm^z и на 50° южной широты—ок. 7—8 см³ кислорода. С увеличением глубины содержание кислорода в М. в быстро убывает. В разных морях содержание газов весьма различно. На поверхности М. в поглощает тем больше атмосферного воздуха, чем ниже температура и меньше соленость.

В Средиземном море содержание кислорода в 1 я. М. в на поверхности варьирует в разных местах от 4,4 до 5,3 см³, _а на значительных глубинах от 4,0 до 4,6 смз. В Черном море на поверхности М. в почти насыщена кислородом, а на глубинах от 150 метров до дна кислород совершенно отсутствует и вместо него там· образуется сероводород, содержание которого на глубине 200 метров составляет ок. 0,4 cjw³ на 1 л М. в., а в придонных слоях на больших глубинах (1 000—2 000 м)· достигает до 5,0 см³ на 1 л М. в В Балтийском море содержание кислорода на поверхности близко к насыщенному состоянию, то есть составляет около 8 см⁸ на 1 л воды, а в наиболее глубоких частях моря падает до 4 и даже в отдельных местах до 2 см³ на 1 л воды. В Каспийском море на поверхности содержание кислорода также близко к насыщенному, а с глубины ок.300 л< оно сильно падает и на глубине 600—700 метров кислород совершенно отсутствует.

Теплоемкость, наибольшая плотность и замерзаемость. Зависимость теплоемкости М. в от ее солености определяется следующими данными:

Соленость S°/oo. 0,00 20,0 30,0 35,0 40,0

Теплоемкость. 1,000 0,951 0,939 0,932 0,926·

Сравнение с другими телами, как то: льдом, чугуном, гранитом, воздухом, имеющими теплоемкости соответственно 0,505, 0,130, 0,200 и 0,237, показывает, насколько относительно велика теплоемкость М. в Запасы тепла, заключающиеся в М. в океанов и морей, имеют громадное значение для климата земли. При уд. весе М. в 1,02813 (при 0° и S=35°/₀₀) и воздуха 0,00129 охлаждение 1 см³ М. в на 1° может выделяемою при этом теплотою повысить температуру воздуха объёмом (1,02813 х 0,932) : (0,00129 х 0,237), равным 3 134 см³, на 1°. Темп-pa замерзания М. в., а также темп-pa наибольшей плотности ее с увеличением солености понижаются, а соответствующие плотности повышаются, как указано в таблице 4.

При обращении М. в лед часть имевшихся в ней солей не переходит в лед, а выделяется в находящуюся под ним М. в., повышая ее соленость; с другой стороны, масса льда всегда заключает в себе пузырьки воздуха; по этим причинам лед из М. в массе имеет обычно уд. вес ок. 0,9, вследствие чего, при уд. весе М. в полярных странах ок. 1,026, глыба льда правильной призматич. формы имеет соотношение высот надводной и подводной частей порядка 1:7.

Температура на поверхности и глубинах океанов и морей. Средние t° М. в на поверхности океанов определяются следующими цифрами:

Атлантический. +16,9° Тихий.+19,1°

Индийский. .+17,0° Весь мировой океан +17,4°

Суточные амплитуды ί° М. в на поверхности океанов вдали от берегов весьма незначительны, именно втропиках не превышают 0,5°, в широтах 30—40° составляют около 0,4° и в более высоких широтах ок. 0,1°. Средние годовые амплитуды той же ί° характеризуются следующими данными: Средние амплитуды годовой t° М. в на поверхности.

Северное полушарие

Градусы широты. 50 4 0 30 20 10

Годовая амплитуда .8,4° 10,2° 6,7° 3,6° 2,2°

Южное полушарие

Градусы широты. о 10 20 30 40 50

Годовая амплитуда .2,3° 2,6° 3,6° 5,1° 4,8° 2,9°

В отдельных местах на поверхности океанов Наблюдались гораздо более значительные годовые колебания t°, достигавшие 20° и далее 30°.

Наименьшая 1°, наблюденная па поверхности океана вдали от берегов (в Атлантическом океане, к востоку от полуострова Новая Шотландия), составляла -3,3°; самая высокая 1° (в тропич. области Тихого океана) +32°. В морях, вследствие влияния суши, колебания поверхностной t° более значительны, чем в океанах. В Черном море бывает tmax 22—26° и l°min ^п южйой части 8—12°, а в северной 6—8°, где в исключительных случаях она спускается до 0 и даже несколько ниже, так что образуется лед. Наивысшие поверхностные 4° в Балтийском море колеблются от 10° в северной части до 16—17°вюжной; в Азовском— достигают 25—26° и в Каспийском—до 23°.

Суточные колебания ί° проникают с поверхности на весьма небольшие глубины, порядка 25—30 метров Годовые изменения έ° передаются в глубину до 150—200 метров На более значительных глубинах t° М. в не подвергается периодич. колебаниям. Везде в открытых океанах, кроме полярных стран, t° М. в непрерывно уменьшается от поверхности до дна, однако это убывание t° идет весьма неравномерно; наир, в тропическом поясе от поверхности до глубины 1 000 метров t° падает с 22—28° до 3,5—4°; далее до 1 500 метров падение t° происходит значительно медленнее и наконец за этим пределом падение температуры происходит настолько медленно, что при переходе с глубины 1 500 метров до 5 500 м, t° падает всего на 1—2°.

Придонные t° Тихого и Индийского океанов колеблются в пределах от 0 до + 2,0, а в Атлантическом океане местами снижаются до -0,9° и даже -1,2°. В полярных областях вертикальное распределение t° М. в несколько иное, именно в верхнем слое ί° варьирует от +1,0° до -1,0°, ниже лежиг слой воды с 1° выше нуля, и затем до дна идет опять слой холодной воды, имеющий t° ок.-0,5°. В морях придонная t° весьма различна, именно: в Красном море ок. + 21,5°, в Средиземном—ок. + 13,0°, в Черном—ок. + 9,0°, в Каспийском—ок. + 5,0° и в Белом море—ок.-1,5°.

Прозрачность, цвет, распространение звука. Прозрачность М. в до последнего времени определялась диском С е к к и, представляющим металлич. диск диаметром 30 см, окрашенный в чисто белый цвет. Мерилом прозрачности служила предельная глубина погружения диска, при которой его еще можно различить с поверхности. Прозрачность М. в значительной степени зависит от угла падения солнечных лучей, то есть от высоты солнца над горизонтом, и от количества неорганич. веществ и мельчайших организмов (т. н. планктона), находящихся в ней.

Наибольшая прозрачность наблюдалась в Атлантическом океане (в Саргассовом море), где диск Секки был виден до глубины 66,5 метров В Индийском океане наибольшая прозрачность составляет 40 — 50 м, а в Тнхом океане наблюдалась прозрачность до 59 метров В Красном и Средиземном морях прозрачность достигает 50 -к, в Балтийском составляет 10—13.и, а в Белом— всего лишь 6—8 метров.

В новейшее время глубина проникновения солнечного света в М. в определялась фотографии. путем, причем установлено, что пределом светопроницаемости М. в является глубина 1000—1700 метров.

Цвет М. в определяется сравнением с шкалой Фореля, представляющей набор стеклянных трубок, наполненных особым образом составленными цветными растворами, заключающими серию последовательных тонов от темноголубого цвета до зеленовато-желтого (11 основных тонов) и далее до чисто коричневого цвета (10 дополнительных тонов). Наблюдения над цветом М. в показа

Таблица 4.—3 ависимость ί° замерзания и плотности М. в от солености

Соленость, S°/oo		0	1 -5 1 10		15	20	24,695	25	30	35	40
Замерзание	Температура.	0°	О со 0 1	-0,5°	-0,8°	-1,1°	-1,332°	-1,35°	-1,6°	-1,9°	-2,2°
Замерзание	Плотность (сокращ. выражение) ..	-	3,94	8,00	12,02	16,07	19,85	20,10	24,14	28,21	32,27
Наибольшая плотность (сокращенное выражение). ^.		-	4,15	8,18	12,13	16,07	19,85	20,10	24,15	28,22	32,32
4° наибольшей плотности.		+3,98°	+2,9°	+ 1,9°	+0,8°	-0,3°	-1,332°	—1,4°	-2,5°	-3,5°	-4,5°

ли, что оптически пустая вода, то есть не содержащая никаких непрозрачных плавающих мельчайших частиц, поглощает красные и желтые лучи солнечного спектра, но пропускает голубые лучи, и потому сама принимает голубой цвет. В природе цвет М. в всецело зависит от количества и рода взвешенных в ней мельчайших неорганических частиц, а также населяющих ее мелких организмов (планктона).

В открытом океане М. в по преимуществу имеет темноголубой цвет (номер 0 по шкале Форелп); воды Гольфштрома обладают нежным голубым цветом. В Красном море цвет воды варьирует от голубого (номера 0—2) до голубовато-зеленого (номера 2—5); в Немецком и Балтийском морях—от голубовато-зеленоватого до мутно-зеленого (номера 9—12 по шкале Форе ля).

Скорость распространения звука, составляющая для пресной воды 1 435 ж/ск, увеличивается с повышением солености воды и в условиях океанской солености ее определяют в 1 500 м/ск.

Лит.: Книпович Η. М., Основы гидрологии Европейского Ледовитого океана,СПБ, 1906; е г о ж е, Экспедиция для научно-промысловых исследований у берегов Мурмана, СНЕ, 1902—04; его же, Данные по гидрологии и гидробиологии Черного и Азовского морей, «Труды Азовско-Черноморской научно-промысловой экспедиции», Керчь, 1926, вып. 1; «Известии Центрального гидро-метеорологического бюро», П.— Л., 1923—29, вып. 1—8; «Труды Пловучего морского научного ин-та», М., 1924—29; Макаров С. О., «Витязь» и Тихий океан, СПБ, 1894;Ш пиндлер И Гидрология моря, т. 1, СПБ, (914; Шокальский Ю., Океанография, П., (917; Bren песке W., Ozeanographie, В. 3, В., (909; Knudsen М., Hydrographical Tables, Copenhagen, 1901; KrSmmel О., Handburh d. Ozeanographie, 2 Aufl., В. 1—2, Stg., 1907—1 1; Richard J., L ’oedanographie, P, 1907; Nansen F., The Waters of the North-eastern, N. Atlantic, 1913; M a 1 m g г e n F., On the Properties of Sea-ice, Bergen, 1927.

Техническое значение и применение. М. в. используется на морских судах: а) в качестве балласта, для увеличения их остойчивости при совершении рейсов в одну сторону порожняком; б) для изменения диферента путем перекачки М. в из носовых балластных цистерн в кормовые и обратно; этим пользуются при снятии судов с мели, а также освобождении их из ледяного затора;

в) в качестве охладителя при конденсации отработавшего пара (циркуляционная вода); г) для противопожарных и санитарных целей; д) в отдельных случаях, преимущественно на военных судах, для пополнения запасов питательной воды для паровых котлов, а также и питьевой воды после переработки в опреснительных установках (смотрите Опреснители); е) в качестве заземления для судовых радиоустановок, так как соленость М. в придает ей электропроводность. В промышленности М. в используется для добычи поваренной соли (NaCl); добыча эта производится преимущественно в местностях с теплым климатом посредством выпаривания М. в при помощи солнечного тепла в береговых бассейнах значительной площади, но малой глубины (в СССР подобным образом ведется добыча соли из М. в Карабу-газекого залива, Каспийского моря, а также из М. в Черного моря в Крыму). Добыча поваренной соли из М. в составляет около 18% от всей мировой добычи соли. В строительстве приморских сооружений М. в используется; а) наравне с пресной водой при изготовлении бетонов и цементных растворов, а также при производстве бетонной и

Путовой накладки; б) для разжижения грунта в целях передачи его на расстояние по лоткам и тпубопроводам (см.Землечерпательные снаряды). Наконец как среда, в которой находятся приморские сооружения, М. в характеризуется: а) в отношении конструкций деревянных (при отсутствии древоточцев) и металлических—почти полным отсутствием разрушительного влияния, при условии однако постоянного нахождения их в М. в без периодического выхода на дневную поверхность (например при отливе, сгоне и тому подобное.); б) в отношении бетонных и бутовых конструкций— б. или м. разлагающим действием, в зависимости от состава гидравлич. раствора, именно меньшего или большего применения гидравлич. добавок (пуццолан, трасса и тому подобное.).

Лит.: Каула Р. Д. и Робипсон И. В., Конденсационные установки, пер. с англ. Л., 1929; М а к e е в В. А., Конденсационные устройства паросиловых установок, Ы.—Л., 1930; С т р и ж К. А., Корабельные конденсационные устройства, М., 1926; Гордон И. Л., Вода и ее очистка для питания котлов и промышл. целей и питья, М., 1927; Лукьян о в Π. М., Курс химич. технологии минеральных вешеетп, 2 изд., ч. 1, М. 1929. П. Божич.