авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 13 |

«И ЕГОРОВ. Н. Г И Д Р О iyi Е Т Е О И 3 Д А Т ЛЕНИНГР А Д * 1 9 7 4 УДК 5 5 1.4 6 Приводятся основные сведения ...»

-- [ Страница 2 ] --

Д настоящ о его вр ени п и и ем р зучени естественного элек­ и трического п в м ской среде осн оля ор овное вним ание уделялось теллурическим токам т. е естественны электрическим токам не­,. м стационарного реж а, захваты щ обш р е области зем о им ваю им и ны нй коры.порядка сотец и ты квадратны килом сяч х етров. Главной при­ ч н й образования теллурических (от латинского слова tellus— ио telluris —зем токов считаю изм ля) т енение интенсивности солнеч­ н й радиации, создаю ей в атм ере, гидросф и литосф пе­ о щ осф ере ере р ен о электром ем н е агнитное п ле. Эти токи н ер вн изм о епр ы о еняю тся в вр ен и в пространстве.

о ем и О днако кром теллурических токов в океане сущ е ествует такж е квазистационарное электрическое поле, вы званное различны и м ф зи и чески и, хим м ическим и биологическим проц и и ессам и.

Электрическое п м ет характеризоваться ли р и и о оле ож бо ел ч н й тока, проходящ ч ез зам его ер кнуты контур, ли разностью потен­ й бо ц алов м ду двум вы и еж я бранны и точкам м и.

О епринятая м бщ етодика и ер я горизонтальны составляю зм ени х ­ щ естественного электрического п ля основана на и ер и их о зм ени разностей потенц иалов м ду двум электродам еж я и,.обы разнесен­ чно н м на 1 0 м друг от друга. О ыи 0 тдельны и ерени вертикальной е зм я составляю ей поля п щ роводи сь со льда и с судна, стоящ на ли его якоре. П енявш рим аяся п и этом м р етодика н отличалась от м е ето­ дики и ер й горизонтальны составляю их, только о и и зм ени х щ дн з электродов опускался на определенную глубину, а втор оста­ ой вался в поверхностном сл е. о В 1 6 г. б л предлож б лее соверш й м 92 ы ен о енны етод и зучен я и вертикального распределения естественного электрического п л оя в в д о толщ И ерения осущ онй е. зм ествлялись в двух м одиф иях, икац приняты р х-в азвед очной геоф изике: потенциала и градиента потен­ циала. П изм ри ерениях потенциала о и электрод ф дн иксировался в п хностном слое океана, а втор неп ер вн опускался.

овер, ой рыо П и ер и градиента потенциала опускались оба электрода ри зм ени п и н зм но базе. В ход эксперим р еи ен й е ента и ндукц онная, составля­ и ю ая, вы щ званная течением и теллурические токи исклю, чались с п м щ градиентом о о ью икрозонда.

Теллурические -токи. П лотность теллурических токов (/) опре­ деляется п ф уле о орм ' 1=%Е, где К —электропроводность м ской в д (вы ор, о ы бирается и океано­ з логических таблиц), Е —градиент потенциала электрического тока.

В ср нем плотность теллурических токов в зем ой кор р ед н е авна 2-1 -1 А 2 О значительно возрастает в вр я м 0 0 /м. на о ем агнитны воз­ х м ени и м ущ й агнитны бур О чно теллурические токи создаю х ь. бы т градиенты потенциала порядка от десяты д десятка м хо илливольт н килом а етр, н в п и д сильны м о ер о ы х агнитны бур градиенты х ь м огут достигать десяти и б лее м о илливольт на килом етр.

П сравнению с токам на суш токи н м о и е а орях и ею больш мт ую плотность. Электрический ток в м р п и градиенте 1 м ое р В/км соз­ дает плотность тока 3*1 — А 2 П наблю 0 6 /м. ри давш ихся градиентах потенциала 1 0 м 0 В/км в Б аренцевом м р и 3 м о е 0 В/км в Ч ерном м р плотность тока чрезвы ое чайно велика п сравнению со ср ней о ед плотностью токов на суш Это создает больш е перспективы д е. и ля изучения процесса в общ епланетарном м табе, а не только для асш исследования М ирового океана. Больш плотность, а следова­ ая тельно, м еньш е относительны ош и е ибки п и и ер и доступ­ р зм ени, ность, п сравнению с зем кор, проникновения на глубины о ной ой даю возм ность более глубокого, полного и точного и т ож зучения п и и идинам теллурических токов в ц о.

рчн ики ел м П ервы и ерени теллурических токов в океане бы сделаны е зм я ли в Атлантике В. В. Ш улейкины в 1 5 г.

м П оле теллурических токов испы вает постоянны вариации ты е в связи с вариациям геом и агнитного поля. П оэтом ед н чн е из­ у ии ы м ени п теллурических токов в океане м дать лиш ор ен­ ер я оля огут ьи ти ровочны чисто качественны о ен. Величина напряж е, е ц ки енности электрического поля в м ской вод за счет вариаций колеблется ор е вш ироких пределах (от нескольких д сотен м о В/км).

О чевидно, м но считать установленны, что с глубиной плот­ ож м ность теллурических токов линейно увеличивается.

Индукционные (Фарадеевы) токи. О возникаю п и д ж и ни т р ви ени м орской в д в м о ы агнитном п Зем Согласно закону электро­ оле ли.

м агнитной индукции Ф арадея возбуж даем п и этом ЭД опре­ ая р С деляется п ф уле о орм E = Zlv • 1 -5, где Е —электродвиж ая сила, м Z —напряж ущ В;

енность м агнит­ ного поля, Э, I —длина проводника, см v —скорость движ, ения проводника, см /с.

На основе этого закона сконструирована аппаратура ЭМ ИТ (электром агнитны и еритель течения), прим й зм еняем для изм ая е­ р я течений в поверхностном слое океанов и м р на ходу ени о ей судна. Токи, индуц ируем е течениям следует рассм ы и, атривать как квазипостоянны индукц е ионны токи. Для средних ш е ирот, гд е Н г 0,5 Э, напряж енность электрического поля, индуцируем те­ая чен ям, п и ут=2 узла составляет 5 м /км иир 0В !

Индуцированны токи, текущ вокруг океанских островов, е ие м вы вать локальны эф екты обусловливаю ие ум огут зы еф, щ еньш ение м агнитны вариаций на м р Следует ож х о е. идать аном альны эф ек­ хф тов такж вблизи границ м ду океанам и м е еж и атерикам обуслов­ и, ленны той ж токовой систем х е ой.

И ерения естественного электрического п зм оля вод ой толщ н и показы т, ч п ваю то олученны значения потенциала, о еви н, е ч до связаны с м агнитогидродинам ическим эф ектом проявляю им в ф, щ ся возникновени индуцированного электром и агнитного п и токов, оля сопутствую их течениям щ.

Морские течения (наприм ветровы вы ваю м ер, е) зы т естны и е­ е зм нен я горизонтальной составляю ей м и щ агнитного п Зем срав­ оля ли, н м е с ам иы плитудой его суточны вариаций.

х Токи, обусловленные концентрационным эффектом. В м р й о ско во е и ею м д мт есто локальны электрохим е ические п оц, р ессы 3 Заказ № возникаю ие в результате диф узии и н в м ду слоям с различ­ щ ф о о еж и н й концентрацией солей Величина потенциала электрического о.

поля, обусловленного диф узионны и проц ф м ессам м ет б ть и, ож ы определена п известной ф м Н о ор уле ернста, в которуюввед попра­ ен во н й м итель за и ч ы нож онную активность м ской во ы Д рас­ ор д. ля тво о хлористого натрия, соответствую их концентрациям м ­ рв щ ор ской в д, ф ула и еет ви о ы орм м д d=- l 1 /Сl g ~,, «" ji где 51 и S 2 —соленость сопредельны вод х м К —коэф и­ х ны асс, ф ц иент и н о активности м ской в д, E d —концентрационная онй ор оы разность потенц иалов.

Токи, обусловленные биоэлектрическим эффектом. В ф м ро­ ор и вании естественного электрического поля океана и еет сущ м ествен­ н е значение и биоэлектрический эф ект. Разность потенц о ф иалов, как показали эксперим, проводивш енты иеся.в 1 6 г. на Ч 96 ерном м р обусловлена скоплени м о е, ем икроорганизм (наприм сапро­ ов ер, ф х бактерий и ф итны итопланктона), локализую ихся в слое повы щ ­ ш енного градиента плотности.

Токи, обусловленные суспензионным эффектом. Разность потен­ ц иалов создается за счет различны концентраций взвесей в со­ х предельны вод х м х ны ассах. Н аиболее значительно эф ект проявля­ ф ется в бассейнах с пони енной соленостью Величина разности, ж.

потенц иалов возрастает с увели чением концентраций суспензий и ум еньш ением разм еров взвеш енны частиц.

х Конвекционные электродинамические токи возникаю п и кон­ тр вективном перем ивании ионизированны слоев м ской в д в еш х ор оы м агнитном п л Зем О о ен слабы и н м о е ли. ни ч ь е огут б ть и ер ы ы зм ен.

Электрические пр ессы в атм ере (грозовое электричество), оц осф.о д о оказы т сущ чеви н, ваю ественное влияние на ф и орм ровани элек­ е трического п оля и на токовую систем в верхних слоях океана.

у О днако ни чего определенного о этом сказать пока нельзя.

б Структура электрического поля.1Удельны вес каж й дого и рас­ з см отренны ф х акторов м ет бы разны в отдельны районах ож ть м х М ирового океана. И ерения естественного электрического п ля зм о во н й толщ обнаруж неоднородность его структуры П ха­ до и или.о рактеру структуры электрического разреза все зарегистрированны е п и вертикальны зондированиях кривы электрического потен­ р х е циала м ж о подразделить пока на три типа (п м е увели он о ер чения числа наблю дений в различны районах океана,' о еви н, значи­ х ч до тельно увеличится и количество типов).

Первы тип характеризуется возрастанием потенциала на 4— й 6 м в вер В хнем слое, глубж потенциал м е еняется незначительно.

Этот тип кривы характерен для Саргассова м р м р Лаптевы х о я, о я х 1 По Р. М. Деменицкой, А. М.Тородницкому, М. М. Казанскому, Н. Н. Тру бятчнкскому. '. ию го-западной части Черного м я, где течения д ор овольн слабы о е (рис. 1.3).

Второй тип характеризуется возрастанием потенциала на 1 — 2 м д горизонта 500 м глубж д горизонта 1 0 м происходит 0Во, е, о 00, 1 12 ? 16 18 20 22 2ЬмВ 4— — —— — т 1I I I I 111[ [ —— — —— ~ 1000 Рис. 1.4. Кривые изменения потенциала естествен­ ного электрического поля с глубиной района тече­ ний Гольфстрима и Лабрадорского, Атлантический океан, 1963 (второй тип).

м Рис. 1.3. Кривые изменения по­ падение потенциала на 1 —1 м Этот 0 5 В.

тенциала естественного электри­ тип кривы потенциала наблю х дался ческого поля с глубиной в Сар в районах, прилегаю их к Гольф щ стрим у гассовом море. Атлантический иЛ абрадорском течению т. е в м у,. естах океан, 1963 (первый тип).

с больш м скоростям вод ы потоков ии и нх (рис. 1.4).

Третий тип.характеризуется и ен и потенциала перем зм ен ем ен­ ного знака в пределах 3 м в вер —5 В хнем 200—300-м овом сл е, етр о далее д горизонта 600— м наблю о 900 дается падение потенциала на 6—1 м и глубж д гори­ 2В е, о 16 мВ зонта 1 0 —1 0 м потенц 00 10 иал почти н изм е еняется. Этот ти п кривы встречается преим е­ 200 х ущ ственно в средней удаленной от, берегов части Атлантического * океана за пределам Саргассова и м р (р с. 1.5).

оя и 600 Рис. 1/5. Кривые изменения потенциала естественного электрического поля в от- крытой части Атлантического океана, 1963 (третий тип) и индикация нижней qq м границы Гольфстрима.

Структура электрического поля, величи и интенсивность на вариаций в значительной степени зависят от характера магнитного поля района. И сходя и теоретических разработок М з аксвелла, Прайса и др., б л сделаны попы ыи тки создать м д расчета ето ы 3* электрического п для отдельны типов вариаций. Эти м д оля х ето ы достаточно ш р ко освещ в литературе. О им для них явля­ ио ены бщ ется то, ч о и даю идеализированную картину распределения то н т токов, которая н м ет приним е ож аться в расчет п и р ени задач р еш и прикладного характера.

Ч ерез парам етры электрического поля представляется возм ­ож н м исследовать вод ы м, и ф зико-хим ы н е ассы х и ические характерис­ тики. Кром того, изучени электрического поля океана м ет е е ож дать ц енную и орм и о глубинной структуре п течени и нф ац ю оля й гидробиологических проц ессах.

На ри 1 показана такж индикац ниж границы Гольф с..5 е ия ней ­ стрим на горизонте порядка 700 м полученная в результате изм а, е­ р я потенциала естественного электрического п ени оля.

Гл ава II СТРОЕНИЕ, Х И М И Ч Е С К И Й СО С Т А В И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА М О Р С К О Й В О Д Ы § 6 Современные представления о молекулярном.

строении воды Вода состоит и 11,19% водорода и 88,81% кислорода, п и ем з рч характерно, ч п объем водорода в 2,00285 раз больш ч кис­ то о у е, ем лорода.

Аномалии воды. П рассмри отрении в д как ф оы изического тела в н м ж о зам ей о н етить м ого особенностей—аном н алий, отличаю ­ щ е от больш их е инства других ф изических тел. Н аиболее важ ены и ни следую ие:

зх щ 1 И кинетической теории следует, ч плотность тела п и по­.з то р вы ени тем ш и пературы долж ум на еньш аться. П лотность в д п и оы р п ш и тем овы ени пературы от 0 д 4° С увеличивается. П 4° плот­ о ри ность становится наибольш и при дальнейш повы ени тем ей ем ш и пе­ ратурыум еньш ается.

2 П зам. ри ерзании вода увеличивает свой о ъ (почти на 10% б ем ).

Плотность пресного льда равна 0,9 г/см. П 3 лотность больш инства других тел, кром висм и галлия, увеличивается п и п еход е ута р ер е иж з идкого состояния втвердое.

3 Вода обладает больш удельной теплоем. ой костью П плавле­. ри н и льда (0°) отм и ечается увеличение удельной теплоем кости с 0, в твердой ф д 1 0 в ж азе о,0 9 идкой. Затем теплоем кость во ыд тем до ­ пературы о ло 40° ум ко еньш ается и только после этого начинает уве­ личиваться.

4. Лед обладает исклю чительно больш теплотой плавления, ой равной 79,4 калорий на грам, т. е. вода и лед п и 0 отличаю м р° тся п содерж о аниюскры энергии почти на 80 калорий.

той 5 Скры теплота парообразования о ен велика —5 9 кало­. тая чь р й на грам п и тем и мр пературе 1 0 °.

6. Диэлектрическая постоянная во ые п и 20° равна 8 ед н ц д р 1 иие СГСЭ, а у больш инства других тел она находится в пределах от до 3ед н ц ии.

П ы следствием такой больш диэлектрической постоян­ рям м ой н й с хим о, ической точки зрения, является больш иони рую ее ое зи щ свойство в д (расщ оы епление растворенны вещ х еств на и н ) и па­ оы раллельная ей больш способность к растворению ая.

7. Коэф ициент прелом ф ления света в вод п = 1 4 М ду тем е,3. еж как п во н во теории света, о долж б л б бы равны п= о ло й н ен ы ы ть м = 8= 9.

( / Все эти аном алии объясняю строением м тся олекулы и особен­ ностям структуры в д.

и оы Молекулярное строение морской воды. Д ля вы яснения строе­ ням и олекулы в д рассм оы отрим как располож два атом (по­, ены а лож ительны иона) вод ода относительно од х ор ного атом (отрица­ а тельного иона) кислорода. Это м ж о сделать, исследуя тепловое он движ ение м олекулы которое м ж о представить как сум у ш, он м ести составляю их. Три и н х характеризую поступательное движ щ зи т ение вд ль трех взаим перпендикулярны о, а три другие—вращ о но х сей а­ тельное—вокруг тех ж о. Эти составляю ие характеризую е сей щ т ш степеней свобод м есть ы олекулы.

Максвелл и Больцм доказали, ч п и тепловом дви ении ан то р ж м олекулы газа (а следовательно, и водяного пара) на каж дую и з степеней сво о ы приходится одинаковое количество кинетической бд энергии, равное e = — kT, где k = 1,38 42•1 ~6 Э ~ есть постоян* 0 0 1- ^ — 2 град ная Больцм Т —абсолю ана, 1 тная тем пература, °К.

Тогда для м олекулы газа с f степеням сво о ы кинетическая и бд энергия будет равна e,= ± kT.

Полная кинетическая энергия грам -м м олекулы лю бого газа, со­ держ ей N м ащ олекул, будет (2.1) E h= N e f = - L k N T, гд j е V=6,02472•1 2 г/м ль—постоянная А 03 о вогадро.

Произведение и постоянной Больцм k и постоянной Авога­ з ана д о N является такж вели н постоянной и назы р е чи ой вается уни­ версальной газовой постоянной, обозначаем ч ез R и р ой ер авной 8,31662•1 7--- — ------------------------------------- ^1,986 ---- ---- 0 град-м —оль град-м оль м ж о записать вви е он д (2.2) E h= ~ R T.

С кинетической энергией связана теплоем кость газа п и посто­ р янном об ем которая м ет б ть подсчитана и соотнош ъ е, ож ы з ения DT Л( f Д мд м ля о ели олекулы водяного пара, представляю его со о щ бй газ с шестьюстепеням свобод и ы cv= — R = 5,958 кал/град•м л о ь.

Точны и ерени показали, что у водяного пара п и низких е зм я р тем пературах м олекулярная теплоем кость c v стрем ится к этой ве­ ли не. Следовательно, м ж о утверж чи он дать, ч строение м то олекулы водяного пара долж бы таким чтобыобеспечивалось ш сте­ но ть, есть п ей сво ы м ен бод олекулы Этом условию соответствует только та­. у кая м д ь м о ел олекулы в которой составляю ие е и н (атом ) н, щ е оы ые располагаю на о н й п ям.

тся д о р ой Одной и наиболее подходя­ з щ м д ей м их о ел олекулы вод яного пара является м ель, в которой од ядра атом располагаю п ов тся о верш инам равнобедренного тре­ угольника таким образом ч, то ц тр и ц и и леж вблизи ен нер и х ит вер и его, заним ой яд о ш ны аем рм кислорода. Вокруг этого центра и ц и движ нер и утся электроны Уп­.

р енно м ж о принять, ч ощ он то электронная оболочка м олекулы есть сф радиуса г.

ера Геом етрический образ м д и о ел z м олекулы водяного пара пред­ ставлен на ри 2.1. Д с. оказано, чм то олекулы в д и ею анало­ оы м т Рис. 2.1. М одель молекулы водяного гичную структуру. Ф изическое пара.

обоснование пр вед и енной вы е ш м д объясняется связям электрического происхож о ели и дения. Всту­ пая в хим ическое соеди е, п и образовании в д атом кисло­ нени р оы рода присоединяет к своей систем п од у электрону, отнятом е о ном у от атом водорода, и тем сам м становится отрицательно заря­ ов ы ж м и н м В св ю о ер ь, оба вод одны атом ли ённы енны о о. о ч ед ор х а, ш е электронов, превращ тся в полож аю ительно заряж енны и н.

е оы Исследование этих электрических связей показало, ч м то олекулы в д образую электрический д поль, обладаю ий значительны оы т и щ м результирую им электрическим м м то (1,84•1 -1 электроста­ щ о ен м тических единиц). П оэтом попадая в электрическое п л о и сам у, о е, н и воздействую на это п л давая сильную поляризац, которая т о е, ию характеризуется больш диэлектрической постоянной (е=8 еди­ ой н ц СГСЭ). Такой больш результирую ий м ент возм ен ие ой щ ом ож только п и строении м р олекулы в д п м д и м о ы о о ел олекулы вод яного пара.

В настоящ вр я и ее ем звестны с больш точностью осн вн е эле­ ой оы м ты характеризую ие геом ен, щ етрическую м д в д (р с. 2.1).

о ель о ы и Расстояния м ду атом и вод ода НН= 1,5(Ь10~ см м ду еж ам ор 8, еж атом и вод р д икислорода ОН=0,96-10~8см м дувер и ам ооа, еж ш ной треугольника и ц тр и ц и g=0,13•1 ~ см радиус электрон­ ен ом нер и 08, н й о оло г= 1 8•1 — см угол п и верш не H Q H = 1 о б чки,3 0 8, р и 0 °.

Стереометрия воды и льда. Д недавнего прош о лого предпола­ галось, ч вода представляет со о ти то б й пичное ам ное вещ орф ество, в котор м ом олекулы движ утся в п о беспорядке и прилегаю олн м т од к другой так п на лотно, как только м огут бы наиболее ком ть ­ пактно улож шены арики.

Успехи стереохим основанны на достиж ии, е ениях рентгеногра­ ф ческого анализа, показали сходство структуры в д с кристал­ и оы ли ческой м д о елью в вод сущ : е ествует упорядоченное располож ение м олекул, п крайней м е на сравнительно небольш расстояниях.

о ер их Расчеты плотности в д п и различной упаковке м оы р олекул в д оы Рис. 2.3. Схема мо­ лекулярны х комп­ Рис. 2.2. Тетраэдральное рас­ лексов воды (п о полож ение молекул воды. Э у кен у ).

при вели к вы д ч последние н располагаю п ф р е наи­ во у, то е тся о о м б лее плотной упаковки, когда одна м о олекула вы ележ его слоя ш ащ касается двух ниж ележ их м ащ олекул, так как в этом случае плот­ ность в д бы б вдва раза больш ф о ы ла ы е актической.

Совпадение расчетной и ф актической плотностей достигается только в то случае, когда м м олекулы и ею тетраэдральное распо­ мт лож ение. П этом четы е м ри р олекулы заним щ верш ны тетра­, аю ие и эдра, окруж т пятую П аю. олож ительны и н вод од направлены е о ы ор а вд анном случае в сторону отрицательны и н в кислорода сосед­ х оо ни м х олекул (рис. 2.2).

П олученны и расчетов представления орасполож ез ении м олекул в д полностьюподтвердились п и рентгенограф в д.

оы р ии о ы П одобное построение м олекул и еет кварц, в связи с ч п м ­ м ем о о лекулярном строени вода м ет б ть отож у ю ож ы дествлена с кварц ем (аллотропическое ви ои ен е крем д зм ени незём SiCb). Кром ассоциа­ а е цйм и олекул п кварц о евой реш етке происходит и ассоц х иация по близкой к н тетраэдрической реш ей етке тридим такж являю ита, е ­ щ егося аллотропны и ен и крем м зм ен ем незем н и ею его м ее а, о м щ ен плотную реш етку, которая идентична реш етке льда. Естественно, что кристалличность строения в д распространяется только на не­ оы котор расстояние от м ое олекулы а сам ассоц, и иированны в группы е »

м олекулы образую в различны участках объем то распадаясь, тся х а, то появляясь вновь.

Наряду с ассоц иированны и м м олекулам сущ и ествую в во е и т д беспорядочно располож енны ме олекулы упаковка которы б л, х о ее плотна, ч у ассоц ем иированны м х олекул.

П охлаж ри дении дистиллированной в д количество ассоц оы ииро­ ванны м х олекул возрастает и препятствует увели чению плотности во ы связанном с ее охлаж д, у дением Тем н м ее плотность в д. е ен оы возрастает с пониж ем темени пературы в д д 4° С. П дальней­ оы о ри ш охлаж ем дении плотность в д ум о ы еньш ается. Это объясняется тем ч п и пониж и тем, то р ени пературы ниж 4° С преобладаю им е щ проц ессом является ассоциация м олекул в реш етку м олекул льда (тридим ита), и ею ую м ее плотную упаковку м мщ ен олекул. П за­ ри м ерзании в д происходит п оы очти полная перестройка м олекул в ре­ ш етку ледяны м х олекул, что вы вает резкое ум зы еньш ение плотно­ сти (увеличение удельного объем а).

И звестная упорядоченность группировки м олекул м ет б ть ож ы объяснена следую им образом щ.

Вследствие располож ения атом водорода п дуглом о л 1 ов о ко о 0 ° внутрим олекулярны электрические си ком е лы пенсирую н пол­ тся е ностью и м олекула в д образует электрический диполь со сравни­ оы тельно б льш м д о и ипольны м ен. Силы диполя и проявляю м ом том тся преж всего в том что м де, олекулы Н2 ассоциирую в м 0 тся ногочис­ ленны ком е плексы.

А. Эукен объясняет образование м олекулярны ком х плексов сле­ дую им образом Каж й центральны атом кислорода, н теряя щ. ды й е связь с атом и водорода своей м ам олекулы м ет образовать с че­, ож ты я бо далеким атом и кислорода после создания водо­ рьм лее и ам родны связей более слож е м х ны олекулы—агрегаты П этом о. ри н считает, что в ж идкой вод происходит образование зависящ о е ей т тем пературы см и восьм -, четы ех- и двухчленны м еси з и р х олекул с остатком одночленны м х олекул в д. В то вр я как двух- и че­ оы ем ты рехчленны ме олекулы представляю ли ны частично тупо­ т ней е, угольны ц очки восьм членны м е еп, и е олекулы образую зам т кнуты е образования в ви е треугольны пр зм (рис. 2.3). Благодаря вну­ д хи треннем полом пространству о и и ею относительно б у у н мт ольш ой объ, и и.назы т «ледообразую им м ем х ваю щ и олекулам О пред­ и». ни ставляю главную основу для построения и таких отдельны тр т з хи дим итообразны при особен крупноячеистой кристаллической х зм но реш етки об чн льда. Равновесие отдельны больш м ы ого х их олекул, зависящ от тем ее пературы поддерж, ивается тем ч пр пониж, то и е­ н и тем и пературывозрастает количество вы соком олекулярны ипре­ х ж всего восьм членны м де и х олекул.

На рис. 2.4 представлена зависим ость от тем пературы относи­ тельного содерж ания (п отнош ю к содерж о ени анию просты м х оле­ кул (НгО)1 м олекулярны агрегатов восьм членны (Н )8, четы х и х гО ­ рехчленны (НгО) 4 идвучленны (НгО)г.

х х Н аличием ассоц иаций м олекул и перестройкой и реш х еток объ­ ясняется н только увели е плотности дистиллированной в д е чени оы с п вы ен ем тем о ши пературы от 0 д 4° С и увели о чением объ а п и ем р зам ерзании в д, н и такие аном оы о алии в д, как ее вы оы сокая тепло­ ем кость, больш теплота плавления и парообразования, влияние ая давления на тем пературу зам ерзания и другие, связанны с затра­ е там энергии на ассоц ац ю и диссоц ац м и и и, и ию олекул и п еод и р олен е электрических м м тов п и перестройке м о ен р олекул в соответствую­ щ й тип реш и еток.

Однако стереом етрия строения в д н м ет объяснить всех о ы е ож е аном е алий, так как в н н учиты ей е вается наличи в вод изотоп­ е е н х соед нени вод ода икислорода.

ы и й ор Изотопы кислорода и водорода. «Тяж елая вода». Кислород и во о о —о о ы элем д р д сн вн е енты в д, определяю ие ее агрегатное оы щ состояние и о о ы свойства. Д 30-х год считалось, что все сн вн е о ов (U о CU S з о о Рис. 2.4. Относительное содержание молекулярных агрегатов в морской воде.

вещ ества, втомчисле кислород и вод р д представляю соб про­ оо, т ой сты хим е ические элем енты и и соединения. П этом н удава­ ли х ри е лось определить абсолю тную м ассу атом х ядер, а определялись ны лиш условны атом е веса. П производстве о ы п опреде­ ь е ны ри п тов о лен ю м и ассы атом х яд обнаруж ны ер илось, ч вещ то ества, считав­ ш иеся ранее просты и хим м ическим элем и ентам на сам д и, ом еле есть см нескольких элем есь ентов—и зотопов, обладаю их близ­ щ ки и атом м весам т. е м м ны и и,. ассам ядер. Различие яд п м и ер о ас­ сам а следовательно, и п ф зи, о и чески свойствам объясняется тем м, ч п и о н м и том ж числе протонов ядра и ею разное число то р д о е мт ней о о тр н в.

Ч исло изотопны разновидностей ограниченно в силу возникаю х ­ щ п тер устойчивости ядра с и ен и числа н тронов. Тем ей о и зм ен ем ей н м ее ещ далеко н все и е ен е е зотоп элем ы ентов известны Так, на­.

п и ер д недавнего вр ен считалось, что у вод ода возм ны рм, о ем и ор ож три изотопа. В настоящ врем установлено пять и ее я зотопов. Из н х и наиболее сущ ественное значение и ею п вы два: изотоп Н1с м м т ер е ас­ со м чи м 1 равны числу протонов, которы назы т лег­ вы сло, м й ваю ки во о о о, иизотоп H2 с м м дрдм =D ассовы ч сло 2 равны сум е ми м, мм протона и нейтрона, названны дейтерием И й. зотоп Н3 с м =Т ассо­ в м чи м 3 равны сум е протона и двух ней ы сло, мм тронов—тритий, представляет соб й радиоактивны и о й зотоп. Вследствие неустойчиво­ сти атом в пр р д ой во е его обнаруж практически невоз­ а ион д ить мжо о н.

А налогично и кислород им несколько изотопов, о о ы и и еет сн вн м з которы являю О1 с м х тся 6 ассовы ч сло 1, р м и м 6 авны сум е 8 про­ мм тонов и 8 нейтронов, О1 с м 7 ассовы ч сло 1 (8 протонов+9 ней­ ми м тронов) и О1 с м 8 ассовы чи м слом 1 (8 протонов+10 нейтронов).

Лабораторны путем удалось получить и м зотопы кислорода О1 и О1, которы так ж как и тритий, являю неустой вы и и 9 е, е тся чи м в пр р д о во е практически н обнаруж ионй д е иваю тся.

Наличие изотопов кислорода и вод ода свидетельствует, ч ор то вода представляет соб см всех изотопны соед нени кисло­ ой есь х ий рода и вод ода. О ор сновную м ассу в д составляю м оы т олекулы чи­ стой во ыН*01, составляю их 99,73% всего объем в д. Осталь­ д 6 щ а оы н й о ъ в д приходится на м о б ем о ы олекулярны соеди я и е нени зотоп ов вод ода Н2икислорода О1 и О1 в различны сочетаниях н только ор 78 х е м ду со о, н и с просты и атом и Н1и О1. Эти сочетания на­ еж бй о м ам зы т «тяж ваю елой во о ».

дй В табл. 3 представлено, п Д о итриху, проц ентное содерж ание различны ком х понент во ы В последнейграф для сравнения пока­ д. е заны хим ические элем, растворенны в в д содерж енты е о е, ание кото­ ры близко к содерж х анию соответствую его ком щ понента тяжелой вд.

оы Таблица Компоненты воды (по Дитриху) Соответствует % объема % общего Молекула концентрации в морской воде объема воды тяжелой воды воды следующего элемента н’о 6 99,73 — — 73, 0, X оN Магний C н*о 7 14, 0,04 Кальций Н Вг ЮД 11, 0,032 Калий Н 1Н Ю8 2 0, 0,00006 Аргон Н 1Н Ю7 2 0, 0,00001 Фосфор н|о 6 0, 0,000003 Железо н2 о1 0, 0,000000006 Ртуть н о ^1 0,000000001 0,0000003 Золото И таблицы ви н, что в тяж з до елой во е преобладаю м д т олекуляр­ н е соединения Н О1, назы ы кислородно тяж ы *8 ваем е елой во о.

дй М олекулярны соединения Н2О1 (D2 назы т вод р д о е 6 0) ваю оон тяжелой во о. Соединение и трития— (Т)—сверхтяж дй з Н3 елая вода, вМ ировом океане содерж ится в весьм н а ичтож ном количестве и п и пересчете н тритий составляет всего 800 г на весь М р а и­ р во океан. И ой зотопы кислорода О1 и О1, так ж как и и 5 9 е зотопы вод р а Н4 и Н5 в пр р н во е пока н обнаруж, а полу­ о од, и од ой д е ены ч ы лабораторны путём П ен м. оэтом м у олекулярны соединения, е вклю щ эти и чаю ие зотопы в общ й о ъ в д н вош.

, и б ем о ы е ли Свойства чистой в д Н 1 и составляю их тяж о ы ^О6 щ елой в д су­ оы щ ественно различны м ду соб. Н еж ой аиболее п л о исследованы он физические свойства вод р д о тяж оон елой (дейтериевой) составляю ­ щ тяж ей елой в д Н|01 (D2O), которы представлены в табл. оы 6 е.

(п Ф о ридм ану).

Таблица и водородно вд оы Физические свойства обычной тяжелой ( D 2o ) н’ о16 d2o Ф и зи ч е ск о е св о й ство Плотность при 20° С 0,9982 1, 11, Температура наибольшей плотности, °С Температура замерзания, °С 3, 100 101, Температура кипения, °С Диэлектрическая постоянная при 20° С 80, (единицы СГСЭ) Вязкость при 20° С (пуазы) 0,01082 0, 72,75 67, Поверхностное натяжение (дин/см) В о д а к а к р а с т в о р и т е л ь обладает зам ечательны свойством м растворять различны вещ е ества благодаря си льно вы енной по­ раж лярности и больш у дипольном м енту м ом у ом олекул. Теоретически н растворим х в во е вещ е ы д еств н сущ е ествует, если вр я для рас­ ем творения этого вещ ества н ограничено. П е оэтом в пр р е н у и од е встречается хим ически чистая вод а.

М орская вода отличается от во суш значительно более бога­ ди ты качественны составом растворенны в н вещ м м х ей еств, и поэтом у все ее свойства оказы тся отли м от свойств п ваю чны и ресной в д.

оы И енение свойств в д п д влиянием растворенны в н вещ зм оы о х ей еств настолько велико, что м орскуюводу м ж о рассм он атривать как рас­ твор, подчи щ йся всем законам присущ слабы растворам няю и, им м.

О собенностью м р ко в д как раствора является то, ч она оо й оы то представляет слабы и поэтом полностьюи зи й у они рованны раствор, й содерж ий бо ое количество частиц.

ащ льш Разм еры растворенны в м ской во е частиц весьм разнооб­ х ор д а разны П. оэтом м у орская вод м ет в отдельны случаях вести а ож х себя как м олекулярны и и кристаллоидны раствор, когда раз­ йл й м ырастворенны частиц м ьш 1 ~ см и н обнаруж ер х ен е 0 7 е иваю оп­ тся тическим путем а п и пересы ени наблю ом в проц льдо­,р щ и, даем ессе образования, вы деляю кристаллы П увели тся. ри чении р еров азм растворенны неорганических и органических вещ х еств она прибли­ ж ается к коллоидны, а вблизи побереж и к м м растворам м ий утны.

В таких растворах происходит постепенное соед нени растворен­ ие н х вещ ы еств и осаждение вследствие увеличения и веса. Н х аличие п м, находящ ри есей ихся в взвеш о енномсостоянии, сущ ественны об­ м разом влияет на оптические, акустические и другие явления, проте­ каю ие в океане.

щ § 7. Х ический состав м р й в д им о ско о ы и ее соленость Х ический состав м им орской во ы Как о ечен вы е, теоре­ д. тм о ш тически в м орской во е м д огут бы найдены почти все сущ ть ествую ­ щ е в при од вещ и ре ества. П равда, некоторы элем е енты находятся в столь м х количествах, что и присутствие обнаруж алы х ивается только в м орских организм собираю их эти элем ах, щ енты и окру­ з жщ им аю ей х орской в д. Таковы наприм кобальт, никель и оы, ер, о о, найденны в крови голотурий, ом л во е аров, устриц и других ж и­ вотны Пх. рисутствие некоторы других элем х ентов доказы вается лиш и наличи в м ьх ем орских отлож ениях. Кром тверды вещ е х еств вм орской во е растворены некоторы газы кислород, азот, аргон, д е :

углекислота, сероводород и д. и некоторое количество органиче­ р ского вещ ества океанического и м атерикового (принесенного бере­ го мстоком происхож вы ) дения.

Среднее количество растворенны в водах М х ирового океана тверды вещ составляет о л 3,5% п весу и лиш в отдельны х еств ко о о ь х м р соединенны с океаном м ет достигать 4,0% (Красное о ях, х, ож м оре). Больш всего в м ской вод содерж е ор е ится хлора —1,9% т. е.

, б л 50% всех растворенны в вод тверды вещ о ее х е х еств. Затем сле­ дую натрий—1,06% м т, агний—0,13% сера —0,088% кальций—,, 0,040% калий—0,038% б о —0,0065% углерод—0,003% Со­,, рм,.

держ ание остальны вещх еств определяется ещ м ьш м величи­ е ен и и нам а некоторы и них обнаруж и, ез иваю только п и анализах м ­ тся р ор ских организм которы естественно, м ов, е, огли и получить только х и м ской в д.

з ор оы Главнейш растворенны в во е элем ие е д енты о ы н находятся н б чо е в чистом ви е, а в ви е соеди й (солей). О д д нени сновны и и н х м зи являю тся:

1 хлор ы (NaCl, MgCl), проц ) ид ентное содерж аниекоторы равно х 88,7% всех растворенны в вод тверды вещ х е х еств. О обусловли­ ни ваю горько-солены вкус во ы т й д;

2) сульф аты (M gS04, CaS04 K2SO4), которы в м ской во е, х ор д содерж ится 10,8%.

3) карбонаты (СаСОз), 0,3%.

Следует отм етить, что в р н й во е соотнош еч о д ение м ду раство­ еж р н м солям обратное. Больш всего в н содерж ен ы и и е ей ится карбо­ натов (60,1% и м ) еньш всего хлоридов (5,2%).

е О ее содерж бщ ание тверды вещх еств (частиц), растворенны х в м ской во е, принято вы ать в ты ор д раж сячны долях весовы х х ед н ц—пром ии илле и обозначать знаком %. Содерж0 ание раство­ ренны тверды вещ х х еств, вы енное впром раж илле, численно равно их весу, содерж ем в о н м килограм е м ской во ы и вы ащ уся д о м ор д ­ раж енном в грам ах.

у м Разм тверды частиц и и соед нени (солей), растворенны еры х х ий х вм р о ской во е, весьм м и н превы аю 1 -7 см П д а алы е шт0. оэтом чиу­ стая (незагрязненная) м орская вода ведет себя как м олекулярны й (кристаллоидны раствор.

й), О днако, как о еч о вы е, в м ской во е всегда находится из­ тм ен ш ор д вестное количество твердого вещ ества в ви е взвесей неорганиче­ д ского и органического происхож дения, которы придаю м р й е т о ско во е некоторы свойства коллоидны растворов (броуновское дви­ д е х ж ение, электроф орез и др.), а п и больш скоплении крупны ча­ р ом х стиц свойства м х растворов.

— утны В водах океана неп ер вно идут слож е хим ры ны ические, биологи­ чески и геологические пр ессы изм е оц, еняю ие состав и содерж щ ание растворенны в н вещ х ем еств. Эти п оц р ессы м ж о разделить на д он ве группы.

П ессы 1 группы м роц -й еняю лиш общ концентрацию рас­ т ь ую твора, н затрагивая его содерж е ания, т. е соотнош. ений м ду рас­ еж твор н м вещ ен ы и ествам Сю относятся приток пресны в д и. да х о, осадки, и спарение, образование и таяние льда. П этих процессах ри концентрация раствора м ет м ож еняться в о ен ш ч ь ироких преде­ лах —от 0д 4% (от 0д 40% ).

о оо П ессы 2-й группы м роц еняю содерж т ание, т. е. соотнош ение м е­ ж растворенны и в во е вещ ду;

м д ествам К н м относятся ф и. и отосин­ тез растений и ды хание ж ивотны си х, льно м яю и содерж ен щ е ание газов, деятельность бактерий, деятельность всех организм расхо­ ов, дую их некоторы вещ щ е ества на постройку своих скелетов, панц рей и и тканей, а такж отложе ение и распад (растворение) донны отло­ х ж ений., Эти пр ц о ессы м огут о ен си ч ь льно—в несколько раз —и енять зм содерж ание ф атов, нитратов, нитритов, солей ам они и других осф мя м икроэлем ентов, им щ х больш биологическое значение, так как ею и ое о и в значительной м е определяю условия развития населяю н ер т ­ щ океан организм их ов.

Содерж ание главны элем х ентов эти п оц р ессы п очти н затраги­ е ваю т.

Содерж ание в м ской в д таких элем ор ое ентов, как N К, M Са a, g,, обусловлено вы ветриванием горны п р д и последую им и вы х оо щ х­ н со рекам Содерж ом и. ание Cl, SO4, Вт обусловлено дегазацией м ан­ тии и вы о м в океан ч ез атм еру и и п н со ер осф л одзем ы пути н не а д океана. П не оэтом м ж о предполож ч состав океана м у он ить, то е­ нялся п д влиянием вы о носа б еговы стоком продуктов хим ер м иче­ ского вы ветривания зем ко ы и поступления летучих вещ ной р еств (преж всего НС1), вы еляем х м де д ы антией и проры щ ваю ихся ч езер зем кору и д о океана, а такж атм еру, м ную н е осф енявш свой со­ ую став. П А. П Виноградову, 50% солевой м о. ассы приходится н а долю вы ветривания, а 50% на д людегазации м о антии.

Вм есте с тем изм енения хим ического состава М ирового океана, на протяж ении доступного для нас пери изучения иода стории Зем ли, оказались весьм незначительны и, ч свидетельствует о его ста­ а м то билизац ии.

Соленость м орской во ы И д. сследования м орской в д п пору­ оы о ч и спец ен ю иальной м дународной ком еж иссии бы вы олн ы ли п ен группой учены в составе Кнудсена (м х етодика сбора п о, удельны рб е веса и вы слени таблиц), Ф чи е орха (коэф ициент терм ф ического рас­ ш ирения м ской воды Серенсена (хлор и соленость) и другим ор ),. и лиц и, принявш и участие вэтой обш ной работе. Анализу б л ам им ир ыо подвергнуто больш чи п о в д с соленостью от 2,688 д ое сло р б о ы о 4,1 1%, собранны в разны частях М 08 о х х ирового океана. П этом ри оказалось, ч содерж то ание в этих пробах хлора составляло н е м ьш 55,21% и н больш 55,34% от веса всех растворенны ве­ ен е е е х щ еств. Главнейш результатом этих исследований б л установ­ им ыо ление ф акта о стабильности соотнош ения м ду растворенны и еж м в м ской во е вещ ор д ествам для различны частей М и х ирового океана, которая получила название постоянство солевого со­ става м орскойв д.

оы Благодаря этом оказалось возм ны составить таблицы д у ож м ля вы слени солености и удельного веса м ской во ы п содерж чи я ор до а­ н юв н хлора как элем и ей ента, содерж егося в наибольш коли­ ащ ем честве, названны и составителем М Кнудсеном (1 01 г.) гидро­ ех. граф ическим С тех п р этим таблицам пользую и. о и и тся п и всех р океанограф ических расчетах. В 1 3 г. б л изданы наш отечест­ 91 ыи и вен ы океанограф не ические таблицы составленны Н Н. Зубовы.

, е. м В этих таблицах п содерж од анием хлора поним ается число грам овм хлора, эквивалентное общ у количеству галогенов, содерж ихся ем ащ в 10 г м 0 0 орской во ы (К галогенам относятся ф хлор, б о, д. тор, рм идо.) П соленостью поним од ается общ й вес в грам ах всех твер­ и м ды вещ х еств, растворенны в 1 0 г м ской в д, п и условии, ч х 0 0 ор оы р то б о зам ен эквивалентны количеством хлора, все карбонаты р м ещ м превращ в оки и все органические вещ ены слы ества сож ены (п и ж р 480°С).

Соотнош ение м ду соленостью S и содерж еж анием хлора С вы1­ раж ается ф р улой ом 5=0,030+1 5 1,80 0С.

Считается, ч действительное содерж то ание солей никогда н о е т-' личается от вы сленного п при енной ф уле больш ч н чи о вед орм е, ем а 0,25%.

Внутренние бассейны частично и полностью отчлененны от, ли е М ирового океана и благодаря этом сильно распресненны и, у е ли наоборот, о солоненны м им и о солевой состав, а следова­ е, огут еть н й тельно, и другие соотнош ения м ду соленостью и содерж еж анием ' хлора.

В Балтийском и Ч ерном м орях эти отличия п ч незам.

о ти етны О днако в А зовском и Каспийском различия весьм сущ а, ественны.

П оэтом для соотнош у ения м ду соленостью и содерж еж анием хлора вы глядят так:

Азовское м рое S=0,23+1,79С1, Каспийское м р ое 5 =0,14+2,38601.

Для расчета солености в таких м ях составлены о б е таблицы ор со ы.

В настоящ вр я для опред ее ем елени солености м ской в д я ор оы разработан б л соверш й м, основанны на и ер и о ее енны етод й зм ени электропроводности м ской в д. П енение этого м ор о ы рим етода оказа­ лось возм ны после разработки в последние год прец зи ож м ы и онны х пр б р в для изм иоо ерени электропроводности м ской в д.

я ор оы ЮНЕСКО совм естно с Национальны океанограф м ическим институ­ том Великобритании опубликовало М дународны океанологиче­ еж е ские таблицы П составлении таблиц использовано следую ее. ри щ условное соотнош ение м ду соленостьюихлорностью еж :

5% = 1 0 5 С '°/о.

0,8 6 5 1 о В основу соотнош ения м ду соленостью и относительной элек­ еж тропроводностью1i?i5 полож точны определения хлорности и ены е Rib 1 5 п о м р 3 р б о ской во ы собранны в слое от поверхности д д, х о 1 0 м Эти п о ы взяты и всех океанов, а такж и Балтийского, 0. рб з ез Ч ерного, Средизем ного и Красного м р. П о ей осле перевода хлорно­ сти в соленость п приведенном соотнош ю б л рассчитан м о у ени ы е­ тодомнаим еньш квадратов следую ий п н :

их щ оли ом 5о— °/ о —0,08996+28,29720i?i5+12,80832tf2 — — 10,67869#3 +5,98624i?4—1 2 1 R\b.

5 1,3 3 Среднеквадратическая ош ибка п и расчете солености п этой р о ф уле равна 0 0 % п и хлорности б орм,0 2 о р ольш 1°о и 0 0 % п и е 5/ о,0 5 о р м ьш.

ен ей Следует отм етить, что н вы м о й етод изм ерени солености п я о относительной электропроводности н в коей м е н исклю и ер е чает фи­ зического определения солености, при веденного вы е.

ш Газы в м ской во е. Вода поглощ (растворяет) газы с ко­ ор д ает, торы и она соприкасается. Естественно, что, соприкасаясь с атм м о­ сф, океан долж содерж в растворе, в пер о ер ь, в ерой ен ать вую ч ед се атм ерны газы Кром того, в м р поступаю газы и ею и и осф е. е ое т, м ще другое происхож дение, как наприм связанное с биологической ер, деятельностью стокомводидругим проц, и ессам и.

Н отря на то ч газовы реж океана оказы есм то й им вает сущест­ вен о влияние на гидробиологические и хим не ические проц, н ессы а 1О тносительная электропроводность s —отнош ение электропроводности Ri пробы воды к электропроводности воды с соленостью точно 35% при условии, п что обе пробы находятся при одной и той же температуре (15° С для при R K) и давлении в одну стандартную атмосферу.

распространение звука в воде и другие проц, его изученность ессы остается слабой.

Количество растворенны газов в вод Q зависит от парциаль­ х е ного давления данного газа р и от его растворимости т и опреде­ ляется соотношением Q = pm.

Растворим ость газа, в свою о ер ь, зависит от тем ч ед пературы и солености во ы Как правило, она увеличивается с пониж емтем д. ени ­ пературы и ум еньш ением солености. Д ействительное содерж ание' каж дого газа в вод определяется, кром того, интенсивностью свя­ е е занны с н м хим хи ических и биологических проц ессов и условиям и перем ивания и вертикальной циркуляции. П еш оэтом содерж у ание некоторы газов, наприм кислорода, часто вы аю в процентах х ер раж т от его насы аю его количества и назы т относительны содер­ щщ ваю м ж анием За насы аю ее приним т то количество газа, которое. щщ аю м ет раствориться в во е данной тем ож д пературы и солености п ир норм альной сухой атм ере идавлении 760 м.

осф м Кислород и азот. Н щ щ количество кислорода и азота асы аю ее в м ской вод в зависим ор е ости от тем пературы и солености, п дан­ о н мФ ы окса, представлено в табл. 5.

И таблицы ви н, ч соотнош з д о то ение кислорода и азота, раство­ р м х в во е (О2 : N ~l : 2), и о ч в атм ере, где о о равно иы д 2 н е, ем осф н приблизительно 1:4.

Т а б лица Насыщающее количество кислорода и азота (мл/л) при давлении атмосферы 760 мм рт. ст.

Соленость, °/оо Темпе­ 0 10, ратура °с о о2 о2 n2 n N2 n2 02 n2 15, 9,5 0 8,81 15,69 8, -2 16, 9,6 5 8,3 6 15,05 8,0 4 14, 0 18,64 9,0 0 16, 10,29 17, 6,6 3 12, 7,5 6 12,46 6, 10 15,02 14,17 7,0 9 13, 8, 6,2 2 5,5 2 10,74 5,3 5 10, 20 12,59 11,97 5,8 8 11, 6, 5,2 7 4,6 5 9,5 3 4,5 0 9,2 30 10,98 10,49 4,9 5 10, 5, Кислород поступает в воду не только из атм еры н и в ре­ осф, о зультате ф отосинтеза растений, находящ ихся в верхних слоях в д, оы в которы проникает солнечн й свет. В этих слоях летом особ н е ы, ен о на мелководье, наблю дается повы енное содерж ш ание кислорода (до 180% В А ). зовском м р п наблю о е, о дениям Н. М Книповича, пере­.

насы ение во ыкислородом достигало 315% П щ д. еренасы ение в д щ оы кислородом м ет такж наблю ож е даться п и ее нагревании. И ток р збы кислорода вэтих случаях передается атм ере.

осф 4 Заказ № Кислород, растворенны в во е, расходуется на ды й д хание м ­ор ских организм и на оки ов сление находящ ихся в н вещ ей еств. При этом относительное содерж ание кислорода м ет си ож льно пони­ ж аться. П ониж ается о о и на больш х глубинах, куда кислород н и поступает только в результате вертикальной ц иркуляции. В некото­ р х случаях, когда перем ивание отсутствует (ш ы еш тиль), в районах, гд на поверхности м р находится си е оя льно распресненная вода, со­ держ ание кислорода падает д нуля даж в верхних слоях. Это яв­ о е лен е, сопровож ое так назы ы «зам ом р б, о ы н и даем ваем м ор » ы ы б ч о наблю дается в м елководны и предустьевы районах м р.

х х о ей Содерж ание растворенного в м ской во е азота изм ор д еняется сравнительно м ало. В поверхностны слоях его относительное со­ х держ ание всегда близко к 100% и о ы н умб ч о еньш ается с увеличе­ н ем глубины В особы условиях вертикальной циркуляции содер­ и. х ж ание азота с глубиной возрастает.

И ток азота образуется, п д м у, за счет восстановления збы о-ви и ом нитратов и распада органических вещ еств. Растворенны азот ус­ й ваивается вкаком количествевблизибереговособ м азотоф -то ыи ик­ сирую им бактериям и перерабаты щи и вается и и в азотисты соеди­ м е нени котор е затем поглощ тся растениям я, ы аю и.

Сероводород (H2 появляется в м ской в д в тех случаях, S) ор ое когда передача на глубину кислорода, накопление которого проис­ ходит только в поверхностны слоях океана, в силу каких-либо при­ х ч н затруднена. П и рисутствие сер ор а о ечен в некоторы овод од тм о х глубоких ф иордах Н орвегии, в Каспийском Ч, ерном и А равийском мро ях.

ВЧ ерном м р содерж ое ание сероводорода достигает 6,5 м г/л.

Вертикальное перем ивание достаточно хорош развито здесь еш о ли ь д горизонта 75—1 5 м Н е этого слоя количество кисло­ шо 2. иж р бы о падает и на горизонте 1 5 225 м становится равны ода стр 7— м нулю Н. ачиная с горизонта 1 0 5 м в в д появляется серово­ 0 —1 0, о е дрд оо.

В Аравийском м р сероводородная область обнаруж (1934г.) ое ена к востоку от м са Рас-эль-Хад на склонах к больш м океанским ы и глубинам На глубине 4 1 мв п и онн п об содерж. 2 р д ой р е ание серово­ дорода оказалось равны п и ер о 1 м /л м рм н 9 л.

Образование сер ор а в м ской вод объясняю ли дея­ овод од ор е т бо тельностью гнилостны бактерий, разлагаю их органический бе­ х щ лок, ли деятельностью сер ор ны (анаэробны бактерий.

бо овод од х х) Сероводородны бактерии в бескислородной среде использую для е т ды хания кислород сульф атов, преобразуя их в сульф, и одно­ иты вр ен о вы ем н деляю углекислоту. Соединяясь с сульф и, угле­ т итам кислота образует карбонатыисер ор. овод од Не исклю и и о путь появления сероводорода—вы ос его чен н й н находящ ися на д м н им не и еральн м (сер ыи оводор одны и источни­ м) кам Во всех трех случаях слабое вертикальное перем ивание и и. еш, как следствие его, отсутствие кислорода является необход м м ус­ иы л ви накопления сероводорода. В присутствии кислорода о о ем н легко окисляется.

Углекислота, и двуокись углерода (С02 растворяетсявво е ли ), д в значительно больш количествах, ч кислород и азот. П этом их ем ри в нейтральной вод растворим е ость свободной углекислоты так ж, е как и растворим ость кислорода и азота, ум еньш ается с повы е­ш н ем тем и пературы Д дистиллированной во ы п и давлении. ля др 760 м это ум м еньш ение составляет от 1 1 м /л при 0° д 665 м /л 73 л о л п и 30°.

р П о н й итой ж тем ри д о е пературе растворим ость свободной угле­ кислоты ум еньш ается с увеличением солености. Так, наприм п и ер, р тем пературе 0 растворим ° ость углекислоты ум еньшается о т 1 1 м /л п и солености, равной нулю д 1 0 м /л п и солености 73 л р, о 46 л р 4 '%.

0о Если б вода н обладала н свойством щ ы е и елочи н кислоты,и, т. е бы нейтральной, то насы аю ее количество свободной угле­. ла щщ кислоты вследствие м алости ее парциального давления м огло б ы достигать лиш 0,5 м /л в то врем как насы аю ее количество ь л, я щщ азота достигает 1,0 м /л а кислорода 1,5 м /л О 9 л, 0 л. днако м орская вода всегда и еет слабощ м елочную реакц, и углекислота ведет ию себя в н соверш ей енно иначе, ч кислород и азот. Часть углекис­ ем лоты п м е растворения вступает в соеди е с основаниям о ер нени и.

В раствор переходят н вы количества углекислоты и в результате ое, общ ее содерж ее ание (свободной связанной) м ет достигать, ож 50 м /л л.

Углекислота, соединяясь с во о, образует угольнуюкислоту дй С02 0 ^ Н 2, +Н2 С которая затем дваж диссоциирует, вы ды деляя сначала бикарбонат н йи н ыо НаСО-^Н+Н-НСО / а затемкарбонатный н со -^н + + со -.

М ду углекислотой атм еры и океана устанавливается, та­ еж осф ки образом подви ное равновесие.

м, ж П рисутствие в м ской во е легко перестраиваю ихся соедине­ ор д щ н й углекислоты заставляет п и исследовании е общ баланса и р е его в водах океана учиты вать не только свободную углекислоту, н и о связанную (карбонаты и бикарбонаты и наконец общ ее содер­ ),,, ее ж ание. П этом оказы ри вается, ч с увели то чением солености об ее щ содерж ание углекислоты н только н ум е е еньш ается, 'как содерж а­ н е кислорода, азота и свобод ой углекислоты н, наоборот, уве­ и н,о личивается.

Запасы углекислоты в океане поддерж иваю ды тся ханием орга­ н зм в и растворением известковы п ио х ород дна и берегов, а такж е соврем енны органогенны отлож х х ений (скелетов, раковин и т. д.).


Значительны количества углекислоты поступаю в океан п и под­ е т р водны вулканических изверж х ениях. Расходуется углекислота н а ф отосинтез растений и на образование организм и скелетов и ра­ ам ко нви.

Щ елочной резерв. Активная реакция м ской в д. М ор о ы орская вод как отм о вы е, обладает свойствам щ ч. Щ а, ечен ш и ело и елочность мр о ской в д определяется щелочным резервом, которы оы й м ет бы вы ен количествомкислоты которое надо прибавить ож ть раж, к определенном объем во ы чтобыв н н оставалось карбонат­ у у д, ей е н х и бикарбонатны и н в и недиссоц ы х оо иированны м х олекул уголь­ н й кислоты о.

С. диссоц ией угольной кислоты и содерж иац анием карбонатны х (СО и бикарбонатны (НСОз) и н в, т. е с щ з) х оо. елочн м р ы езервом, тесно связано содерж ание вод од х и н в ор ны о о.

Как показано вы е, первая и вторая диссоциац угольной ш ии кислоты приводят к образованию вод одны и н в. И концентра­ ор х оо х ц я определяет так назы ую активную реакцию м ской и ваем ор в д. О характеризует равновесие м ду угольной кислотой и о ы на еж карбонатам и бикарбонатам Д и и. ействительно, бикарбонаты и кар­ бонаты делаю м т орскую воду щ елочной Угольная кислота, наобо­.

р делает ее ки. П от, слой оэтом активная реакция (концентрация у вод р д ы и н в) определяет степень диссоциац угольной кис­ оон х оо ии лоты соответствую ую р, щ авновесию с карбонатны и и бикарбонат м н м и нам.

ыи о и Д во ы как для лю ля д, бого электролита, сущ ествует соотнош ение концентрации диссоц иированной и недиссоц иированной ее частей [Н+НОН-] [Н20] н*0’ где Xг, —константа диссоциац в д. ии о ы 12U Как установлено опы, концентрация вод од ы и н в в вод том ор н х о о е равна о н й десятим до иллионной норм альной (норм альны раствор й во о о н х и н в есть раствор 1 г Н в литре воды Следова­ дрды оо + ).

тельно, в о н м литре нейтральной в д содерж до оы ится 1•1 -7 г водо­ р одны и н в. П х о о оэтом если в вод концентрация вод одны у, е ор х и н в равна концентрации гидроксильны и н в (Н+ оо х оо =ОН= = 1 —г), то вода нейтральна, если преобладаю вод од ы и н 07 т ор н е о ы (H+ l-ip~7 г), то вода кислая, а если преобладаю гидроксиль­ т н е и н (Н+ ы оы 10-7 г), то вода щ елочная.

П ринято вы ать конц раж ентрац вод од ы и н в показате­ ию ор н х о о лем степени (десятичны логариф ом взяты с обратны знаком м м ), м м иобозначать pH Таким образом., pH=lg[H +].

И преды его следует, ч если pH=7 то вода нейтральная, з дущ то, если pH7, то вода щ елочная, и если pH7, то вода кислая.

Концентрация вод од ы и н в тесно связана с содерж ор н х о о анием свобод ной и связанной углекислоты Установлено, ч pH растет. то с увели чением концентрации карбонатны и бикарбонатны и н в х х оо ис ум еньш ениемсодерж ания свобод углекислоты СО ной г.

В откры м р pH колеблется от 7,8 д 8,8. Л том о е о етом когда ф, и­ топланктон энергично потребляет углекислоту поверхностны слоев, х величина pH растет. Зим когда ды ой, хание преобладает над асси­ м ляц ей углекислоты pH пониж ии, ается. С глубиной pH ум еньша­ ется, так как давление повы ает диссоц ац угольной кислоты ш и ию, а это делает воду более ки.

слой Таким образом содерж, ание углекислоты щ, елочной резерв и концентрация вод одны и н в тесно связаны м ду со о.

ор х оо еж бй § 8. Ф и зи ч е ск и е с в о й с т в а м о р ск о й во д ы Ф изические свойства дистиллированной в д зависят только от оы двух парам етров: тем пературы и давления. Ф изические ж свойства е м ской в д зависят, кром того, ещ и от солености, которая со­ ор оы е е ставляет наиболее характерную ее особенность. Н екоторы свой­ е ства, как наприм сж аем ер, им ость, терм ическое расш ирение, коэф ­ ф иент прелом иц ления, относительно м изм ало еняю с и ен и тся зм ен ем со ен.сти в то врем как другие —плотность, тем ло, я пература зам ер­ зания и наибольш плотности и другие сущ ей ественно зависят от солености. С соленостью связано наличие таких свойств м ской ор во ы которы нет у дистиллированной (осм д, х отическое давление, электропроводность).

Рассм атривая ф изические свойства пр р н во ы необходим и од ой д, о учиты вать наличие растворенны (взвеш х енны в вод частиц иосо­ х) е бенности ее движ ения.

Н аличие растворенны в пр р н вод частиц изм х и од ой е еняет ее оп­ тические, акустические и другие двойства. П роцессы теплопровод­ ности, диф узии, трения протекаю в неподвиж во е несоизм ф т ной д е­ р м м леннее п сравнению с этим ж проц и о ед о ие ессам наблю ­ и, даю щ ися в во е п и турбулентном ее движ им др ении. П оэтом значения у коэф иц ф иентов теплопроводности, диф узии, вязкости, полученны ф е в лабораторны условиях в неподвиж во е, т. е. для м х ной д олекуляр­ ны проц х ессов, н и ею практического значения при и емт зучении ре­ альны проц х ессов в океане и требую зам т ены соответствую им щи коэф ициентам турбулентной теплопроводности, диф узии и вяз­ ф и ф кости. О днако следует им в виду, что если о н ф еть д и изические свой­ ства м ской в д, н зависящ от наличия в н п м ор оы е ие ей ри есей и ха­ рактера движ ения, м огут бы оп ед ть р елены с вы сокой точностью в зависим ости от тем пературы солености и давления, то другие м ­, о гут бы определены только приближ ть енно, так как м еняю с из­ тся м ен ем количества взвеш ен и енны в во е частиц и характера дви­ х д ж ения, которы в настоящ вр я н м е ее ем е огут бы опред ть елены с до­ статочной точностью.

Н все ф е изические свойства и ею одинаковое значение п иизу­ мт р ч и проц ен и ессов, протекаю их в М щ ировом океане. Н аиболее важ ­ н м являю такие, как плотность, теплоем ыи тся кость, тем пература зам ерзания и наибольш плотности, которы и рассм ей е атриваю тся ниж с больш подробностью Д е ей. ругие, как, наприм тем ер, пература кипения, молекулярная вязкость, теплопроводность и диф узия, ф им т м ьш значение и поэтом освещ тся м ее детально.

ею ен ее у аю ен П лотн ость, удельны й вес и удельны й объем м орской воды.

Одну и важ з нейш характеристик м ской в д составляет плот­ их ор оы н ость, с которой тесно связаны такие понятия, как удельны в и й ес удельны объ. От распределения плотности в д зависит гори­ й ем оы зонтальная и вертикальная циркуляция вод М ирового океана.

В сво о ер ь, плотность м ю ч ед орской в д зависит от ее тем оы пературы, л н сти и давления, и которы наибольш изм востью в со е о з х ей енчи о врем ипространстве обладает тем ени пература в д.

оы Плотностью м ской в д S — в океанограф принято на­ ор оы ии зы вать отнош ение веса ед н ц объ а в д п и той тем и и ы ем о ы р пературе, ко р, она им в м ент наблю то ую ела ом дений, к весу ед н ц объ а и и ы ем.дистиллированной в д п и 4° С, т. е п и тем оы р.р пературе ее наиболь­ ш плотности. Как следует и определения, понятие плотности, ей з принятое в океанограф н соответствует ф ии, е изическом поняти у ю плотности, согласно котором плотность определяется м у ассой, со г ерность ---— (в си­ держ ейся в ед ни е объем и и еет разм ащ иц а, м стем СГС). О е кеанограф ическое понятие плотности соответствует принятом в практике понятию удельного веса, которы является у й вел чи о безразм и нй ерной.

t Численно плотность м ской в д 5— равна ф зи ор оы и ческой плот­ ности, так как м асса од ного кубического сантим етра дистиллиро­ ванной в д п и тем оы р пературе 4° приним ается за едини у. О ц днако при производстве различны ф х изических расчетов, в которы ис­ х пользуется плотность м ской во ы следует пом ор д, нить о е разм е ерно­ сти. Так как плотность м р й в д больш ед н ц (среднее зна­ о ско о ы е ииы чен е для океанов равно 1 2 г/см ), то п предлож и,0 5 3 о ению Кнудсена для сокращ ения записи введ о понятие условной плотности ен м р й в д at, опред о ско о ы еляем и соотнош ой з ения • / - ( s j - 1) ' 1 ’ Ч исленное значение плотности м р й в д определяется ч ез о ско о ы ер.зн ен е удельного веса м р й в д п и тем ач и о ско ' о ы р пературе 7 0 17,5°—‘ 5 и п и тем ли р пературе 0°— -. Удельны вес 5—^ й 1/) т г 1/ Э определяется как отнош ение веса ед н ц объ а м ской в д и и ы ем ор оы при тем пературе 1,5 (соответствую ей средней ком 7° щ натной тем пе­ ратуре) к весу ед н ц объем дистиллированной в д той ж тем ииы а оы е­ пературы Соответственно удельны вес 5— определяется как о=. й т нош ение веса ед н ц объ а м ской в д п и тем и и ы ем ор оы р пературе 0°С к весу ед н ц объ а дистиллированной в д п и тем и и ы ем оы р пературе 4° С.

Вм есто истинны значений удельны весов в практике для со­ х х кращ ения записей пользую условны и удельны и весам опре­ тся м м и, деляем м и соотнош ыи з ений Условны вес п и тем й р пературе 0°С —с0назы т стандартны т ваю м условны весо м ской в д.

м м ор оы Во м ногих случаях бывает удобнее пользоваться н п о о е л тн стью удельным объемом м ской во ы Так как удельны о ъ ор д. й б ем всегда больш 0,9, н м е о еньш 1, то, п предлож е,0 о ению Н. Н Зубова*.

для сокращ ения записей введ о понятие условного удель­ ен ного объема Vt, определяем соотнош ем ого ени В результате исследований, вы полненны ком х иссией М дуна­ еж родного совета п и о зучени м р (Кнудсен и др., 1 0 г.), бы ю о ей 91 ли установлены соотнош ения м ду удельны весом п и 0°С и при.

еж м р 1 ° С, с о н й стороны и содерж 7 до, анием хлора (С % ) и соленостью 1о (S o м ской во ы с другой. О вы аю следую им урав­ % ) ор д, ни раж тся щи нен ям :

ии а0=_0,069+ 1,47 8С —0,001570С 01 +0,0000398С13, а0=—0,093+0,8149S—0,000482S2 +0,000006853, р7 = (0,1245+0,940а 15 +0,000155а2) X 1,00 2.

П этим уравнениямсоставлены таблицы«Соответствия величин о Cl, S, 0Ои р 5» вклю 17,, ченны в сборник «О е кеанологические таб­ ли ы Н. Н. Зубов, Гидром ц », етеоиздат, 1 5 (табл. 7).

Соответственно значениям pi7,5 вычисляется условная плотность, м р й в д сг п ф м о ско о ы г о ор уле Е.


Ori = P l 7, Значения поправки в зависим ости от p и тем i7,5 пературы в д t оы даю в «О тся кеанологических таблицах» (табл. 8).

Когда требуется опред елени условной плотности сг с б лее вы е то ­ сокой точностью вы, числения производятся ч ез условны удель­ ер й н йвес с0п ф уле Кнудсена ы г о орм at=E t+( * +0,1324) [1—А%-\-Bt (со—0,1324) ].

т Условная плотность дистиллированной в д оы п и тем р пера­ туре / икоэф ициентыA t и Bt рассчиты тся п ф улам ф ваю о орм :

„ (/—3,98)^+ 503,570/+67,26° ’ At = /(4,7867—0,098185/+0,001 8 3 ) •1 ~, 0 4 /2 0 B t = t (18,030—0,8J64/+ 0,001667/8) •Ю. " Значения вел чи и н At, B t п и различны тем р х пературах / д ы ан в «О кеанологических таблицах» (табл. 9).

П плотности м ской в д определяется удельны объ, как о ор оы й ем величина, обратная плотности. В «О кеанологических таблицах»

дана таблица перевода условной плотности о в условны удельны * й й объ vt (табл. 1 ) и таблица для непосредственного оп елен я ем 2 ред и Vt п тем о пературе и солености для океанских вод (табл. 1 ). Определение условного удельного объ а м ет производиться ем ож и с п м щ специальны граф о о ью х иков, назы ы Т^ ваем х -диаграм ам ми и вклю ы в спец чаем х иальны сборники ном е ограм и граф м иков д ля океанограф ических расчетов. Эти диаграм ы представляю систем м т у изоли й условного удельного объ а, нанесенны в прям ни ем х оуголь­ н й систем координат Т (тем о е пература) и S (соленость).

Приведенны ф м и рассчитанны п н м таблицы и диа­ е ор улы еои грам ы позволяю определять плотность иудельны о ъ м ской м т й б ем ор в д п и атм ерном давлении, при м ом в океанограф за оы р осф ни аем ии нулевое значение, т. е. в поверхностном слое. В п р ны условиях ри од х (in situ) м орская вод находится на различны глубинах и подвер­ а х ж ена воздей ю гидростатического давления вы ележ их стви ш ащ слоев, которое вы вает сж зы атие в д и соответствую ее ум оы щ еньш е­ н е ее удельного веса (увеличение плотности). П и оэтом п и опре­ ур делении истинны значений плотности и удельного объ а м р й х ем о ско во ы котор е она им на глубине своего залегания, н б д м д, ы еет ео хо и о учиты вать ее сж аем им ость.

Сж аем им ость м орской во ы Д д. авление во ы р в океане уве­ д личивается на каж е десять м ов глубины п и ер о на 1 бар ды етр рм н, которы равен 1 един/см.

й 0 В ф зи величина 1д н 2такж назы и ке и /см е вается баром Следова­.

тельно, 1 бар, приняты в океанограф равен 1 6бара, при м й ии, 0 няты в ф зи Величину давления, равную 0 бара, назы т дециба­ и ке.,1 ваю р м 0 0 бара—м баром Следовательно, на каж й м о.,0 1 илли. ды етр глубины давление увеличивается на о и децибар. Это обстоятель­ дн ство позволяет легко переходить от глубины вы енной в м, раж етрах, к давлению вы енном вдецибарах.

, раж у П действием давления вы ележ их слоев происходит сж од ш ащ а­ тие м р й в д и ум о ско о ы еньш ение удельного объ а а на величи ем ну —О. тнош ение изм енения удельного объ а под действием дав ем da ления —— к значениюудельного объ а а назы т истинным ем ваю k.

воды морской коэффициентом сжимаемости С л е д о в ате л ь н о, 1 da k — а dp Вм есто истинного значения коэф ициента сж аем ф им ости п и вы р­ числени удельного объ а in situ пользую средним коэф­ и ем тся фициентом сжимаемости,и которы связан с истинны, й м соотнош ением du, ц + р- dp (2.3) 1— iip Значение удельного объем п и давлении р определяется ч ез ар ер удельны о ъ на поверхности м р а0 (п и давлении, равном й б ем оя р нулю исредний коэф ициент сж аем ) ф им ости п ф м о ор уле а=а0(1—(хр ). (2.4) Д расчетов среднего коэф ициента сж аем ля ф им ости м р й о ско в д Экм оы аном бы предлож эм ла ена пирическая ф ула, которая орм дает удовлетворительны результат только для в д соленостью о й оы т 1,0 д 3,5 % и с тем 3 о 83о пературой б лее 20° С. П о оэтом п и прак­ ур тических расчетах условного удельного объем vPts вм а есто ф ор­ м улы (2.4) пользую ф м, предлож тся ор улой енной Бьеркнесом, U p is.= + б р + б jp + 6 s p + 6 s tp, (2 - 5 ) где vt —условны удельны о ъ м ской в д на п вер о :

й й б ем ор оы о хн сти мро я;

б =«35,о —«5 ор—поправка на давление для в д с тем р,о 3,, оы пе­ ратурой =0° С исоленостьюS =3 %;

5о б t p = («35, t, р -- «35, О, р ) --- («35, t, О -- «35, 0, о) S б S p = ( « s, 0, Р — «35, 0, р ) — (« S, 0, 0 '— «35, 0, o )i б s ip = [ ( « s, f, р — «35, t, р ) — • ( « s, г, о "— «35, г, о) ] — -- [ ( « s, 0, Р -- «35, 0, р ) --- ( « «, 0, 0 -- «35, 0, о) ].

Поправки 8tP, бsp 6S представляю добавки к б за счет от­, fp т р клонения t и 5 от 0° д 3 %. Все поправки даю в «О о 5о тся кеанологи­ ческих таблицах» (табл. 1 —18).

Сж аем им ость м ской в д невелика. О ор оы днако п и изучени м р и но­ гих проц ессов, как наприм исследование плотностны течений, ер: х адиабатических и енени тем зм й пературы устойчивости, скорости,, звука и других, ее неучет м ет привести к весьм сущ ож а ественны, м ош ибкам.

Интересно отм етить, что несм, отря на м алую сж аем им ость м ­ ор ской в д, уровень реального М оы ирового океана располож при­ ен м н на 3 мниж того уровня, которы о б заним п и усло­ ер о 0 е йны ал р ви несж аем и им ости в д.

оы ът Термические свойства морской воды. К терм ическим свойствам м р й в д относятся ее тем о ско о ы пература, удельная теплоем кость, те­ плопроводность, тем пература наибольш плотности и зам ей ерзания, теплота испарения (конденсации) и плавления (льдообразования).

В зависим ости от исследуем х тепловы пр ессов в океане р л ы х оц оь тех и и х характеристик неодинакова. Так, наприм на льдо­ ли ны ер, образование сущ ественное влияние оказы т соотнош ваю ение м ду еж тем пературой зам ерзания и наибольш плотности, теплота плавле­ ей н я (льдообразования), которы н и ею значения п и исследова­ и еем т р н и п о ессо в м р й в д п и тем и р ц в о ско о е р пературах вы е тем ш пературы зам ерзания.

О днако п и рассм р отрении практически лю х тепловы проц бы х ес­ со невозм но обой сь б учета теплоем в ож ти ез кости и турбулентной теплопроводности.

Удельная теплоемкость. Удельная теплоем кость определяется количеством тепла, которое н еобход м затратить на нагрев 1г ве­ ио щ ества на 1°С. Удельная теплоем кость зависит от давления, п д о которы находится тело, и от его объем Д тверды тел и ж м а. ля х ид­ костей бо важ ф зи лее ной и ческой характеристикой является тепло­ ем кость п и постоянном давлении ср, которая м ет бы практи­ р ож ть чески и ерена. Теплоем зм кость п и постоянном об ем cv и еет зна­ р ъе м ч и только п и и ен е р зучении некоторы проц х ессов, протекаю ихщ в м р й во е, наприм распространение звука. В этих случаях о ско д ер, она определяется п теплоем о кости п и постоянном давлении, так р как изм ерить е непосредственно затруднительно.

е Теплоем кость м ской в д ср зависит от ее тем ор оы пературы t и солености 5. Эта зависим ость для атм ерного давления (п осф о Н. Н Зубову) представлена в табл...

Таблица Удельная теплоемкость морской воды при атмосферном давлении ( -- _ \ г-град.

S°/oo t° с 0 10 30 0 1,009 0, 0,977 0,947 0, 10 1,002 0, 0,970 0,941 0, 20 0, 0,999 0,967 0,938 0, 30 0, 0,998 0,966 0,937 0, Как ви н и таблицы удельная теплоем до з, кость м ской в д ор оы ум еньш ается с увели чением солености и тем пературы О ум. на ень­ ш ается и с увеличением давления. Так, наприм мер, орская вода со­ леностью 3,8 % п и тем 45о р пературе 0°С и еет теплоем м кость п и дав­ р лении 1 0 д ибар (на глубине 1 0 м 0,926, а п и давлении 0 0 ец 00 ) р 1 0 0дец 00 ибар 0,872 -——-—. ' г-град Удельная теплоем кость в д п и постоянном об ем cv м оы р ъе еньше теплоемкости п и постоянном давлении и м ет бы рассчитана р ож ть п значени ср на основе первого и второго начал терм о ю одинам и ики уравнения состояния.

Расчетная ф ула и еет ви орм м д Тае Cv — Cp ' Г7 j kl где Т — абсолю тная тем пература, а —удельны об ем е—коэф и­ й ъ, ф циент теплового расш ирения, k — -истинны коэф ициент сж ае­ й ф им м и/ —м ости еханический эквивалент работы.

Ч е при расчетах важ знание н абсолю ащ но е тной вел ч н ииы Ср а отнош ения у = ---, используем в частности, для расчета ско ого, Cv рости звука вво е.д Д дистиллированной в д п и тем ля оы р пературе ее наибольш ей плотности 4°С и атм ерном давлении у=1- С п ш и тем осф овы ен ем ­ пературы у увеличивается д 1 02 пр тем о,1 2 и пературе 90° С.

П данны Экмана, для м ской в д соленостью 3,8 % и ат­ о м ор оы 45о м сф н м давлении у растет от о ер о,0004 п и 0°С д р о,0207 п и 30° С.

р Растет у ип иувеличении давления. Так, наприм при0°С и дав­ р ер, лени 1 0 дец и 0 0 ибар у = 1 0, а пр давлении 1 000 децибар и той,0 9 и ж тем е пературе у = 1,0 2. Удельная теплоем кость в д превы ает теплоем оы ш кость других вещ еств. Только несколько вещ еств, как ам иак и ж м идкий в д р д о о о,.

. кал им т удельную теплоем ею кость больш ч вода t 1 и 3,4------ е, ем, \ г-град соответственно). Больш инство ж вещ е еств, в том числе воздух и по­ р д зем оы ной кор, им т удельную теплоем ы ею кость зн и ьн ' ач тел о м ьш ч вода. Так, наприм воздух им удельную теплоем ен е, ем ер, еет ­ кость 0,237, гранит 0,200, кварц 0,190— —.г-град Вы сокая теплоем кость в д по сравнениюс теплоем оы костьюсуш и оказы вает огр ное влияние на характер тепловы и динам ом х ических проц ессов, протекаю их в атм ере, обеспечивая накопление щ осф больш запасов тепла в океане в теплую часть года и п степ н их о ен ую его передачу атм ере взи н ю осф мю.

Теплопроводность. П теплопроводностью м ской в д по­ од ор оы ним ается количество тепла, переноси ого в единицу вр ен ч р з м ем и е е ед н чн площ и и ую адку, располож енную перпендикулярно направле­ н ю градиента тем и пературы когда последний равен ед н ц О, и и е. на характеризуется ли коэффициентом молекулярной те­ бо плопроводности X когда передача тепла осущ, ествляется м ­ о лекулам в д п и и хаотическом движ и оы р х ении, ли коэффици­ бо ентом турбулентной теплопроводности, когда пе­ редача тепла осущ ествляется больш и объем и во ы п и и им ам д р х ви евом (турбулентном дви ении хр ) ж.

О ее количество тепла Q, переноси ое в результате м бщ м олеку­ лярной теплопроводности, определяется ф м ор улой (2.6) dt где —---градиент тем пературы.

Н аибольш изм ие енения тем пературы в океане, а следовательно, и наибольш ее градиенты наблю тся в вертикальном направ­ ие даю лении. Горизонтальны градиенты тем е пературы пр м н в 1 и ер о 0— 1 7 раз м ьш вертикальны Тем н м ее даж в вертикальном 0 ен е х. е ен е направлении передача тепла за счет м олекулярной теплопроводно­ сти протекает весьм м лен о вследствие м а ед н алого значения коэф ­ ф ициента м олекулярной теплопроводности. Для дистиллированной в д с тем оы пературой 1 ° С о равен 1,39-1 ~ — —, а для м ­ 5н 03 ор ем-град.

ской в д нем о ы ного м е и возрастает с увели еньш чениемтем пературы и давления. Расчеты показы т, ч если б тем ваю то ы пература в д н оы а поверхности океана бы 0°С, а затем ла /повы силась д 30° С и оста­ о валась неи ен, то в результате м зм ной олекулярной теплопроводности тем пература на глубине 300 м оказалась б ч ез 1 0 лет равн ы ер 0 0 ой только 3 С.

° М олекулярная теплопроводность в чистом ви е в океане м ет д ож наблю даться только тогда, когда ли вод неподвиж ли ча­ бо а на, бо стицы в д перем аю в ви е параллельны струй (лам оы ещ тся д х инарное движ ение). Н о н, н другое условие в океане н наблю и до и е дается.

Как показы т наблю ваю дения, в в д практически всегда происхо­ ое дит ви евое (турбулентное) движ хр ение. П оэтом как при енн й у вед ы п и ер расчета интенсивности м рм олекулярной теплопроводности, так и отсутствие реальны условий для ее сущ х ествования в океане поз­ воляю н приним в расчет м те ать олекулярную теплопроводность.

Д океана о овную р играет теплопроводность, связанная ля сн оль с турбулентностью которая будет рассм, отрена вгл. III. Здесь только отм, ч коэф ициент турбулентной теплопроводности в ты етим то ф сячи раз больш коэф ициента м е ф олекулярной теплопроводности.

С теплопроводностью связана температуропроводность, характеризую ая скорость переноса тепла. О и еет разм щ на м ерность см/с в систем СГС и определяется как отнош 2 е ение коэф ициента ф теплопроводности в д к ее теплоем оы кости п и постоянном давлении р Ср и плотности р Д. ля м олекулярной тем пературопроводности это отнош ёние и еет ви м д К, а — -- Срр Т е п л о в о е р ас ш и р е н и е м о р ск ой во д ы, т е м п е р а т у р а ее н аи б о л ь ­ С и ен и тем зм ен ем пературы м р йо ско ш ей плотн ости и за м е р за н и я.

в д изм о ы еняется и е о ъ. М е б ем ерой этого и енения служ коэф зм ит ­ ф иент теплового (объ ного) расш иц ем ирения е, определяем й и со­ ыз отношения 1 da 1/гр.

ад a dt где а —удельны о ъ. й б ем Зависим ость е от тем пературы и солености представлена н а ри 2.5. На этом рисунке линия е = 0 характеризует те значения тем с. ­ пературы и солености, п и которы удельны о ъ будет наим р х й б ем ень­ ш м а следовательно, плотность—наибольш П и, ей. оэтом е м у е о­ ж рассм но атривать как кривую характеризую уютемпературу, щ наибольшей плот­ ности м ской в д в ор оы зависим ости от солености.

Как ви н, тем до перату­ ра наибольш плотности ей пониж ается с увеличени­ емсолености.

На том ж рисунке е пунктиром показана кри­ вая, характеризую ая за­ щ висим ость тем пературы начала зам ерзания м ­ ор ской во ы от еесолености.

д О кр вы пересекаю бе и е тся в точке с соленостью 2,6 5 о и тем 4 9% перату­ 24,70 30 40S%c рой— 1 3,3 °.

П зам ри ерзании м ­ Рис. 2.5. Коэффициент теплового расшире­ ор ской во ы как будет п ­ давлении в воды (е • 104) при атмосферном д, о ния морской зависимости от температуры казано ниж происходит е, и солености.

вы делени солей и обра­ е з зовавш егося льда, вслед­ ствие ч соленость незам его ерзш в д возрастает. С увели ем ей о ы чени солености пониж ается тем пература зам ерзания;

следовательно, од­ н й и особенностей льдообразования в м ской во е будет то, ч оз ор д то этот проц м ет происходить только, п и неп ер вн пониж есс ож р р ы ом е­ н и тем и пературы В пресной в д как известно, зам. о е, ерзание в д оы происходит п и неи еннойтем р зм пературе.

Вторая особенность льдообразования в м ской вод связана ор е с точкой пересечени кривы тем я х пературы наибольш плотности и ей начала зам ерзания м ской в д.

ор оы Тем пература наибольш плотности в д с соленостью м ьш ей оы ен е 2,6 5 о так ж как и пресной во ы леж вы е тем 4 9 %, е д, ит ш пературы е е зам зан я. П -ер и оэтом проц заму есс ерзания развивается в такой во е д п чтитак ж как в пр ой о е, есн.

О сенью с началом холод начинается общ вы, ов, ее холаж ивание во о о П де всего, охлаж д ем в. реж дается поверхностны слой в д.

й оы П лотность ее п и этом повы ается и вода с поверхности опускается р ш вни а на е м з, е есто подним ается б лее теплая вода. Благодаря пе­ о р еш ваниювся толщ в д достигает сначала опред ем и а оы еленной тем ­ пературы (гом отерм ия), равной тем пературе наибольш плотно­ ей сти. П дальнейш охлаж ри ем дении плотность в д поверхностного оы слоя начинает ум еньш аться и перем ивание прекращ еш ается. Д ля образования льда в в д с соленостьюм е 24,695% оказы ое еньш 0 вается достаточны ее охлаж м дение д тем о пературы зам ерзания сравни­ тельно тонкого поверхностного слоя.

Тем пература наибольш плотности в д с соленостью б ей оы, ольш ей 2,6 5 о леж ниж тем 4 9 %, ит е пературыее зам ерзания.

П охлаж ри дении такой в д перем ивание в вр я зам оы еш о ем ерза­ н я н прекращ ие ается. П оэтом для образования льда н у еобход м ио охладить значительно больш й п толщ поверхностны слой, ч ио ине й ем п и зам р ерзании п ресной исолоноватой в д. оы С к р ы т а я т е п л о т а и с п а р е н и я и л ь д о о б р а з о в а н и я. Скры тая теп­ лота испарения в д определяется количеством тепла в калориях, оы затрачиваем на превращ ого ение 1г в д в пар той ж тем оы е пературы.

Равное ем количество тепла, вы еляем п и конденсац у д ое р ииГ во­ дяного пара, назы вается скрытой теплотой конд е ис а ции.

Для дистиллированной в д в пределах тем оы ператур от 0 д 30° С о.скры теплота испарения определяется ф м тая ор улой. ’X 5 0—0,52/ кал/г, L которая используется и п и расчетах испарения м ской в д.

р ор оы Скры теплота испарения в д, как следует и ф м, ве­ тая оы з ор улы лика, и поэтом она играет больш р ль в тепловом балансе по­ у ую о верхности океана и атм еры Это тепло вм осф. есте с вод ы п о ян м ар м переходит в атм еру, составляя полож осф ительную часть ее тепло­ во баланса иотрицательнуюдля океана.

го Скрытая теплота льдообразования определяется количеством тепла в калориях, вы деляем п и переход од ого р е ного грам а в д в лед той ж тем м оы е пературы Равное ем количество. у тепла, затрачиваем н превращ ое а ение о н грам а льда ввод д ого м у, назы т с кр ыто й теплотой плавления льда. Д прес­ ваю ля но льда о равна 79,67 кал/г п и 0° С.

го на р Д м ского льда, таяние которого происходит п и непреры ля ор р в­ н м повы ени тем о ш и пературы правильнее говорить н о скры те­, е той плоте плавления, а очисле калорий, н еобход м х для расплавления иы 1 г м ского льда с начальной тем ор пературой t. Это тепло расхо­ дуется на плавление чистого льда, заклю ченного в 1 г м ского ор льда, и на повы ен е темши пературы чистого льда и рассола * обра­, зую егося п и таянии льда. Затрачиваем п и этом количество щ р ое р тепла п и ен в табл. 7 (п Н Н. Зубову).

р вед о о.

В я з к о с т ь ( в н у т р е н н е е т р е н и е ). Вязкость, так ж как и тепло­ е проводность, м ж о рассм он атривать:

1 Определение рассола и процесса его образования дано в г. IV.

л Таблица Количество тепла (кал), необходимое для растопления 1 г морского льда при температуре t и солености S (по Н. Н. Зубову) Соленость, 0 / • Температура, °С 0 4 80 38 -1 83 72 -5 85 -10 85 - а) как ф изическое свойство м ской в д, когда исследую ор оы тся проц ессы в условиях лам инарного движ ения п и м х скоростях;

р алы в этом случае она назы вается м олекулярной вязкостью и характе­ ризуется коэф иц ф иентом молекулярной вязкости. И ногда пользую такж коэф ициентом кинематическо! вязко­ тся е ф сти, которы равен п ои й р зведени коэф ициента м ю ф олекулярной вязкости на удельны о ъ ж й б ем идкости;

б как характеристику возм ности и интенсивности перем и­ ) ож еш вания п и различны динам р х ических процессах, в о овном вихре­ сн вы сопровож щ х, даю ихся перераспределением и вы равниванием гидрологических характеристик. В этом случае она назы вается турбулентной (виртуальной) вязкостью Турбулентная.

вязкость рассм атривается в главе о перем ивании.

еш Пмо олекулярно-кинетической теории вязкость ж идкости пред­ ставляет собой силу, необходим для противодействия разъеди­ ую н и вр ен о объединенны м ен ю ем н х олекул. Ее м н определить ож о такж как силу, необходим для того, чтобы сдвинуть столб ж е ую ид­ кости с поверхностьюоснования и вы сотой р, авны и ед н ц отно­ м и и е, сительно соседнего с н м слоя, со скоростью равной ед н ц Вяз­ и, и и е.

кость характеризует о м количествомдвиж б ен ения м ду сосед и и еж нм слоям Вязкость, или сила внутреннего трения F, отнесенная к еди­ и.

н ц площ определяется п известной ф уле Н тона ие ади, о орм ью 'd v t =Т ] dz dv где ri —коэф ициент м ф олекулярной вязкости, ------градиент ско az роста в направлении z.

Н аправление си перпендикулярно направлению градиента лы скорости.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 13 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.