Las principales propiedades fisicoquímicas de las aguas del océano mundial
El agua es el compuesto químico más simple de hidrógeno con oxígeno, pero el agua del océano es una solución universal uniforme ionizada, que incluye 75 elementos químicos. Estos son minerales sólidos (sales), gases, así como suspensiones de origen orgánico e inorgánico.
Vola tiene muchas propiedades físicas y químicas diferentes. En primer lugar, dependen de la tabla de contenido y de la temperatura del entorno. Démosle una breve descripción de algunos de ellos.
El agua es un solvente Dado que el agua es un solvente, se puede juzgar que todas las aguas son soluciones de sal de gas de diferente composición química y diferentes concentraciones.
La salinidad del océano, el mar y el agua del río
La salinidad del agua de mar (Tabla 1). La concentración de sustancias disueltas en el agua se caracteriza por la salinidad, que se mide en ppm (% o), es decir, en gramos de la sustancia por 1 kg de agua.
Tabla 1. El contenido de sales en agua de mar y de río (en% de la masa total de sales)
Conexiones Básicas | Agua de mar | Agua de río |
Cloruros (NaCI, MgCb) | 88.7 | 5 |
Sulfatos (MgSO4, CaSO4, K2SO4) | 10.8 | 10 |
Carbonatos (CaCO3) | 0.3 | 60 |
Compuestos de nitrógeno, fósforo, silicio, sustancias orgánicas y otras sustancias | 0.2 | 25 |
Total | 100 | 100 |
Las líneas en el mapa que conectan puntos con la misma salinidad se llaman isogalinas.
La salinidad del agua dulce (ver Tabla 1) promedia 0.146% o, y la marina - en promedio 35 % o. Disueltos en sales de agua le dan un sabor amargo y salado.
Aproximadamente 27 de 35 gramos son cloruro de sodio (sal de mesa), por lo que el agua es salada. Las sales de magnesio le dan un sabor amargo.
Dado que el agua en los océanos se formó a partir de soluciones salinas calientes del interior de la tierra y los gases, su salinidad fue original. Hay razones para creer que en las primeras etapas de la formación del océano, el agua por composición de sal difería poco del agua del río. Las diferencias se observaron y comenzaron a aumentar después de la transformación de las rocas como resultado de su intemperismo, así como el desarrollo de la biosfera. La composición moderna de la sal del océano, como se muestra por los restos fósiles, se formó a más tardar en el proterozoico.
Además de los cloruros, sulfitos y carbonatos, casi todos los elementos químicos conocidos en la Tierra, incluidos los metales nobles, se encuentran en el agua de mar. Sin embargo, el contenido de la mayoría de los elementos en el mar será insignificante, por ejemplo, el oro en un metro cúbico de agua reveló solo 0.008 mg, y la presencia de estaño y cobalto indica su presencia en la sangre de los animales marinos y en los sedimentos del fondo.
La salinidad de las aguas oceánicas no es constante (Figura 1). Depende del clima (la relación de precipitación y evaporación de la superficie del océano), la formación o el derretimiento del hielo, las corrientes marinas, cerca de los continentes, a partir de la afluencia de las aguas frescas del río.
Fig. 1. Dependencia de la salinidad de las aguas en latitud
En la salinidad del océano abierto varía de 32 a 38%; En los mares marginales y mediterráneos, sus fluctuaciones son mucho mayores.
Especialmente fuertemente en la salinidad del agua a una profundidad de 200 m afecta la cantidad de precipitaciones precipitación y evaporación. Partiendo de esto, se puede decir que la salinidad del agua de mar está sujeta a la ley de zonalidad.
En las regiones ecuatorial y subecuatorial, la salinidad es 34% c, porque la cantidad de precipitación es mayor que la cantidad de agua gastada en la evaporación. En latitudes tropicales y subtropicales, 37 porque hay poca precipitación y la evaporación es grande. En las latitudes templadas - 35% de. La salinidad más pequeña del agua de mar se observa en las regiones circumpolares y polares, solo 32 ya que la cantidad de precipitación excede la evaporación.
Las corrientes marinas, la escorrentía de las aguas de los ríos y los icebergs interrumpen la regularidad zonal de la salinidad. Por ejemplo, en las latitudes templadas del hemisferio norte, la salinidad de las aguas es mayor cerca de las costas occidentales de los continentes, donde las aguas subtropicales más salinas se traen con la ayuda de las corrientes, menos salinidad de agua en las costas orientales, donde las corrientes frías aportan menos agua salina.
Los cambios estacionales en la salinidad del agua ocurren en las latitudes subpolares: la salinidad aumenta en el otoño debido a la formación de hielo y una disminución en el flujo del río, y en la primavera-verano debido a la fusión del hielo y el aumento del flujo del río, la salinidad disminuye. Alrededor de Groenlandia y la Antártida en verano, la salinidad es menor como resultado del derretimiento de los icebergs y glaciares cercanos.
El más salado de todos los océanos es el Océano Atlántico, las aguas del Océano Ártico tienen la menor salinidad (especialmente cerca de la costa asiática, cerca de las desembocaduras de los ríos siberianos, menos del 10% o).
Entre las partes del océano - mares y bahías - se observa una salinidad máxima en las áreas que limitan con los desiertos, por ejemplo, en el Mar Rojo - 42%, en el Golfo Pérsico - 39%.
De la salinidad del agua, su densidad, conductividad eléctrica, formación de hielo y muchas otras propiedades dependen.
Composición de gas del agua del océano
Además de varias sales, varios gases se disuelven en las aguas del océano mundial: nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, etc. Como en la atmósfera, el oxígeno y el nitrógeno prevalecen en las aguas oceánicas, pero en otras proporciones (por ejemplo, la cantidad total de oxígeno libre en el océano 7480 mil millones de toneladas, que es 158 veces menos que en la atmósfera). A pesar de que los gases ocupan relativamente poco espacio en el agua, esto es suficiente para influir en la vida orgánica y en diversos procesos biológicos.
La cantidad de gases está determinada por la temperatura y la salinidad de las aguas: cuanto mayor es la temperatura y la salinidad, menor es la solubilidad de los gases y menor es su contenido en agua.
Así, por ejemplo, a 25 ° C, hasta 4,9 cm / l de oxígeno y 9,1 cm 3 / l de nitrógeno pueden disolverse en agua, respectivamente, a 7,1 y 12,7 cm 3 / l a 5 ° C. De esto se desprenden dos consecuencias importantes: 1) el contenido de oxígeno en las aguas superficiales del océano es mucho mayor en las latitudes templadas y especialmente polares que en las bajas (subtropicales y tropicales), lo que afecta el desarrollo de la vida orgánica: la riqueza de la primera y la pobreza relativa de las segundas aguas; 2) en las mismas latitudes, el contenido de oxígeno en las aguas del océano es más alto en invierno que en verano.
Los cambios diarios en la composición del agua debido a las fluctuaciones de temperatura son pequeños.
La presencia de oxígeno en el agua del océano promueve el desarrollo de la vida orgánica y la oxidación de productos orgánicos y minerales. La fuente principal de oxígeno en el agua del océano es el fitoplancton, llamado "pulmón del planeta". En general, el oxígeno se gasta en la respiración de plantas y animales en las capas superiores de agua de mar y en la oxidación de varias sustancias. En el intervalo de profundidad 600-2000 m, se encuentra una capa de oxígeno mínimo. Una pequeña cantidad de oxígeno se combina con un mayor contenido de dióxido de carbono. La razón es la descomposición en esta capa de agua del grueso de la materia orgánica entrante y la disolución intensiva del carbonato biogénico. Ambos procesos necesitan oxígeno libre.
La cantidad de nitrógeno en el agua de mar es mucho más baja que en la atmósfera. Este gas cae principalmente en el agua del aire durante la descomposición de sustancias orgánicas, pero también se produce por la respiración de organismos marinos y su descomposición.
En la columna de agua, en las cuencas profundamente estancadas, como resultado de la vida de los organismos, se forma sulfuro de hidrógeno, que es venenoso e inhibe la productividad biológica del agua.
Capacidad de calor de las aguas oceánicas
El agua es uno de los cuerpos que más calor consume en la naturaleza. La capacidad calorífica de solo diez metros del océano es cuatro veces mayor que la capacidad calorífica de toda la atmósfera, y una capa de agua de 1 cm absorbe el 94% del calor solar que ingresa a su superficie (Fig. 2). Debido a esta circunstancia, el océano se calienta lentamente y lentamente emite calor. Debido a la alta capacidad de calor, todos los cuerpos de agua son potentes acumuladores de calor. Enfriando, el agua gradualmente le da su calor a la atmósfera. Por lo tanto, el Océano Mundial sirve como termorregulador para nuestro planeta.
Fig. 2. Dependencia de la capacidad de calor de los bueyes en la temperatura
La conductividad térmica más baja es hielo y especialmente nieve. Como resultado, el hielo es un fusible de agua en la superficie del reservorio debido a la hipotermia, y la nieve protege el suelo y los cultivos de invierno de la congelación.
El calor de evaporación del agua es 597 cal / g, y el calor de fusión es 79.4 cal / g; estas propiedades son muy importantes para los organismos vivos.
Temperatura del agua del océano
El indicador del estado térmico del océano es la temperatura.
La temperatura promedio de las aguas oceánicas es de 4 ° C.
A pesar de que la capa superficial del océano sirve como un termorregulador de la Tierra, a su vez, la temperatura del agua de mar depende del balance de calor (llegada y consumo de calor). La llegada del calor se compone de radiación solar , y el gasto se compone de los costos de evaporación del agua y el intercambio de calor turbulento con la atmósfera. A pesar de que la proporción de calor consumido por el intercambio de calor turbulento no es grande, su valor es enorme. Es con su ayuda que la redistribución planetaria del calor tiene lugar a través de la atmósfera.
En la superficie, la temperatura de las aguas oceánicas varía entre -2 ° C (punto de congelación) y 29 ° C en el océano abierto (35.6 ° C en el Golfo Pérsico). La temperatura media anual de las aguas superficiales del océano mundial es de 17,4 ° C, y en el hemisferio norte es aproximadamente 3 ° C más alta que en el sur. La temperatura más alta de las aguas oceánicas superficiales en el hemisferio norte es en agosto y la temperatura más baja en febrero. En el Hemisferio Sur, lo opuesto es verdad.
Dado que el Océano Mundial tiene interrelaciones térmicas con la atmósfera, la temperatura del agua superficial, al igual que la temperatura del aire, depende de la latitud del terreno, es decir, está sujeta a la ley de zonality (Tabla 2). La zonificación se expresa en una disminución gradual de la temperatura del agua desde el ecuador hasta los polos.
En latitudes tropicales y templadas, la temperatura del agua depende principalmente de las corrientes marinas. Por lo tanto, debido a las corrientes cálidas en las latitudes tropicales en el oeste de los océanos, las temperaturas son 5-7 ° C más altas que en el este. Sin embargo, en el Hemisferio Norte, debido a las corrientes cálidas en los océanos orientales, las temperaturas son durante todo el año durante todo el año, y en invierno, debido a las corrientes frías, el agua se congela en invierno. En latitudes altas, la temperatura durante el día polar es de aproximadamente 0 ° C, y durante la noche polar, poddal - aproximadamente -1.5 (-1.7) ° C. Aquí, la temperatura del agua está influenciada principalmente por fenómenos de hielo. En otoño se libera calor, lo que suaviza la temperatura del aire y el agua, y en la primavera el calor se gasta en la fusión del hielo .
Tabla 2. Temperaturas medias anuales de las aguas superficiales de los océanos
Latitud | Temperatura media anual, 'C | Latitud | Temperatura media anual, ° С | ||
Hemisferio norte | Hemisferio sur | Hemisferio norte | Hemisferio sur | ||
0 ° | 27L | 27.1 | 50 ° | 7.9 | 6.4. |
10 ° | 27.2 | 25.8 | 60 ° | 4.8 | 0.0 |
20 ° | 25.4 | 24.0 | 70 ° | 0.7 | -1.3 |
30 ° | 21.3 | 19.5 | 80 ° | -1.7 | -1.7 |
40 ° | 14.1 | 13.3 | 90 ° | -1.7 | - |
El más frío de todos los océanos es el Océano Ártico, y el más cálido es el Océano Pacífico, ya que su área principal está ubicada en latitudes ecuatoriales tropicales (la temperatura superficial anual promedio del agua es -19.1 ° C).
Una influencia importante en el indicador de la temperatura del agua oceánica es ejercida por el clima de las áreas circundantes, así como por la época del año, ya que el calor solar, que calienta la capa superior del océano mundial, depende de esto. La temperatura más alta del agua en el hemisferio norte se observa en agosto, la más baja en febrero y en el sur, por el contrario. Las fluctuaciones diarias en la temperatura del agua de mar en todas las latitudes son de aproximadamente 1 ° C, los mayores valores de las variaciones de temperatura anuales se observan en latitudes subtropicales - 8-10 ° C.
La temperatura del agua del océano varía con la profundidad. Disminuye y ya a una profundidad de 1000 m casi en todas partes (en promedio) por debajo de 5,0 ° C. A una profundidad de 2000 m, la temperatura del agua se iguala, disminuyendo a 2.0-3.0 ° C, y en las latitudes polares - a diez grados sobre cero, después de lo cual o bien baja muy lentamente, o incluso aumenta ligeramente. Por ejemplo, en las zonas de rift del océano, donde a grandes profundidades hay afloramientos poderosos de aguas calientes subterráneas bajo alta presión, con una temperatura de 250-300 ° C. En general, dos capas principales de agua se distinguen verticalmente en el Océano Mundial: superficie cálida y frío intenso , que se extiende hasta el fondo. Entre ellos hay una capa de transición del salto de temperatura, o la termoclina principal , dentro de la cual hay una fuerte caída de temperatura.
Esta imagen de la distribución vertical de la temperatura del agua en el océano se ve perturbada en latitudes altas, donde una capa de agua más cálida y salina de latitudes templadas se rastrea a una profundidad de 300-800 m (Tabla 3).
Tabla 3. Valores promedio de la temperatura del agua del océano, ° С
Latitud | Profundidad, m | |||||
0 | 200 | 500 | 2000 | 4000 | 5000 | |
Ecuatorial | 26.65 | 12.99 | 8.14 | 2.69 | 1.70 | 1.56 |
Tropical | 26.06 | 18.06 | 8.82 | 2.48 | 1.56 | 1.51 |
Polar | 1.69 | 1.29 | 1.83 | 0.85 | 0.26 | 0.57 |
Cambio en el volumen de agua con cambio de temperatura
Un aumento brusco en el volumen de agua durante la congelación es una propiedad peculiar del agua. Con una fuerte caída de temperatura y su transición a través de la marca cero, se produce un aumento brusco en el volumen de hielo. A medida que aumenta el volumen, el hielo se vuelve más fácil y flota hacia la superficie, volviéndose menos denso. El hielo protege las capas profundas de agua de la congelación, ya que es un mal conductor del calor. Aumento de más del 10% en el volumen de hielo en comparación con el volumen inicial de agua. Cuando se calienta, hay un proceso, el inverso de la expansión, - compresión.
Densidad de agua
La temperatura y la salinidad son los principales factores que determinan la densidad del agua.
Para el agua de mar, cuanto menor es la temperatura y cuanto mayor es la salinidad, mayor es la densidad del agua (Figura 3). Por lo tanto, a una salinidad del 35% oy una temperatura de 0 ° C, la densidad del agua de mar es de 1,02813 g / cm3 (la masa de cada metro cúbico de dicha agua de mar es 28,13 kg más que el volumen correspondiente de agua destilada). La temperatura del agua de mar de mayor densidad no es +4 ° C, como en agua dulce, pero es negativa (-2.47 ° C con salinidad de 30% s y -3.52 ° C con una salinidad de 35% o
Fig. 3. Relación entre la densidad del buey marino y su salinidad y temperatura
Debido al aumento de la salinidad, la densidad del agua aumenta desde el ecuador hasta los trópicos, y como resultado de una disminución de la temperatura, desde latitudes moderadas hasta los círculos árticos. En el invierno, las aguas polares descienden y se mueven en las capas inferiores hasta el ecuador, por lo que las aguas profundas del Océano Mundial son generalmente frías, pero enriquecidas con oxígeno.
También se revela la dependencia de la densidad del agua con la presión (figura 4).
Fig. 4. Dependencia de la densidad del buey marino (N = 35% o) sobre la presión a diferentes temperaturas
La capacidad del agua para autopurificarse
Esta es una propiedad importante del agua. Durante la evaporación, el agua pasa a través del suelo, que a su vez es un filtro natural. Sin embargo, si se infringe el límite de contaminación, se infringe el proceso de autolimpieza.
El color y la transparencia dependen de la reflexión, absorción y dispersión de la luz solar, así como de la presencia de partículas suspendidas de origen orgánico y mineral. En la parte abierta, el color del océano es azul, cerca de la costa, donde hay muchas suspensiones: verdoso, amarillo, marrón.
En la parte abierta del océano, la transparencia del agua es más alta que la de la costa. En el Mar de los Sargazos, la transparencia del agua es de hasta 67 m. Durante el desarrollo del plancton, la transparencia se reduce.
En los mares, es posible un fenómeno como el resplandor del mar (bioluminiscencia). Luminoso en organismos vivos de agua marina que contienen fósforo, especialmente como protozoos (nocturnos, etc.), bacterias, medusas, gusanos, peces. Presumiblemente, el brillo sirve para disuadir a los depredadores, para buscar comida o para atraer a personas del sexo opuesto en la oscuridad. Glow ayuda a los barcos de pesca a encontrar bancos de peces en el agua de mar.
La conductividad del sonido es la propiedad acústica del agua. En los océanos, se descubrió una mina que dispersa el sonido y un "canal de sonido" subacuático con superconductividad acústica. La capa de dispersión del sonido se eleva por la noche y cae durante el día. Es utilizado por submarinistas, ya que extingue el ruido de los motores submarinos, y por los buques de pesca para detectar escuelas de peces. "Sonic
señal "se utiliza para el pronóstico a corto plazo de las olas de tsunami, en la navegación subacuática para la transmisión de señales acústicas a larga distancia.
La conductividad eléctrica del agua de mar es alta, es directamente proporcional a la salinidad y la temperatura.
La radioactividad natural del agua de mar es pequeña. Pero muchos animales y plantas tienen la capacidad de concentrar isótopos radiactivos, por lo que la captura de productos del mar se prueba para determinar la radiactividad.
La movilidad es una propiedad característica del agua líquida. Bajo la influencia de la gravedad, bajo la influencia del viento, la atracción de la Luna y el Sol y otros factores, el agua se mueve. Cuando se mueve, el agua se mezcla, lo que permite que las aguas de diferente salinidad, composición química y temperatura se distribuyan uniformemente.