Основні фізичні властивості морської води

 

До основних фізичних властивостей морської води відносять: оптичні, акустичні, електричні і радіоактивність.

Оптичні властивості. Звичайно під ними розуміють проникнення світла у воду, поглинання і розсіювання його у воді, прозорість морської води, її колір.

Морська вода – напівпрозоре середовище, тому світло не проникає на великі глибини, а розсіюється і поглинається. Ступінь розсіювання і поглинання зростає при зменшенні висоти сонця над горизонтом. Це пов’язано з тим, що довжина шляху проходження сонячних променів збільшується.

Ослаблення світлового потоку внаслідок поглинання характеризується коефіцієнтом поглинання, який є функцією довжини хвилі. Мірою загального ослаблення світла служить коефіцієнт екстинкції С, що є сумою коефіцієнтів поглинання і розсіювання світла.

Акустичні властивості. Морська вода – пружне середовище і тому в ній добре поширюються повздовжні пружні коливання, зокрема звукові. Швидкість звуку збільшується з підвищенням температури, солоності, глибини і не залежить від частоти коливань, тобто відсутня дисперсія. Сила звуку пропорційна квадрату частоти, яка визначається числом пружних коливань в секунду.

Внаслідок того, що товща морської води включає в себе шари з різною акустичною щільністю (результат зміни температури і тиску), траєкторія звукового променя не є прямолінійною, а викривлена – рефракція звуку. Розрізнюють негативну і позитивну рефракцію. У першому випадку звукові промені згинаються, звертаючись опуклістю догори, у другому випадку – опуклістю вниз. Якщо на деякій глибині в товщі води є зони максимуму і мінімуму швидкості поширення звуку, то виникає знакозмінна рефракція.

Електричні властивості. Прісна вода – поганий провідник електрики. Морська вода, яка являє собою майже повністю іонізований розчин, добре проводить електричний струм. Електропровідність залежить від солоності і температури води: чим вища солоність і температура, тим вища електропровідність. Причому в більшій мірі на електропровідність впливає солоність.

Радіоактивні властивості. Морська вода володіє радіоактивністю, оскільки в ній розчинені і радіоактивні елементи. Основна роль належить радіоактивному ізотопу ⁴⁰К і в значно меншій мірі радіоактивним ізотопам Th, Rb, С, U і Ra. Природна радіоактивність морської води в 180 раз менша від радіоактивності граніту і в 40 раз менша радіоактивності осадових порід континентів.

Хімічний склад океанічних вод. Морська вода відрізняється від води рік і озер гірко-солоним смаком і більшою щільністю, що пояснюється розчиненими в ній мінеральними речовинами. Кількість їх, виражена в грамах на кілограм морської води, називається солоністю. Загальний вміст розчинених солей у морській воді складає в середньому 35 г на 1 кг води або 0,035 кілограма. Тисячні частки цілого називають проміле (‰). Отже, середня солоність води Світового океану рівна 35 промілів (35 ‰). Така солоність морської води називається нормальною. Суттєві відхилення від зазначеної величини, які фіксуються в окремих районах, пов’язані з кліматичною зональністю, що впливає на інтенсивність випаровування води в областях з сухим кліматом, та кількість прісної води, яка приноситься ріками у вологих кліматичних областях. Солоність морських вод коливається від 8 (поблизу дельтових ділянок великих рік) до 45 ‰ (Червоне море). З всього різноманіття розчинених у морських водах солей потрібно виділити хлористі сполуки (88,7 ‰), сульфати (10,8 ‰) і карбонати (0,3 ‰), на частку інших припадає лише 0,2 ‰. Це 70 різних компонентів, в тому числі U, Au, Ag, Pt.

Температура вод Світового океану. Основним джерелом тепла, що отримує Світовий океан, є Сонце. Від нього тепло надходить у вигляді короткохвильової сонячної радіації, що складається з прямої радіації і радіації, розсіяної атмосферою. Частина радіації відбивається назад в атмосферу (відбита радіація). Додаткове тепло Світовий океан отримує внаслідок конденсації пари води на поверхні моря і за допомогою теплового потоку, що йде з надр планети. У той же час океан втрачає тепло при випаровуванні, випромінюванні і водообміні. Розподіл температури по поверхні Світового океану залежить, переважно, від широти місцевості, тому найбільші температури розташовуються в приекваторіальній зоні (термічний екватор). З глибиною температура знижується. У відкритих частинах океану це відбувається порівняно швидко до глибини 300–500 м і значно повільніше до глибини 1200–1500 м; нижче за 1500 м температура знижується дуже повільно. У придонних шарах океану, на глибинах понад 3 км, температура тримається переважно між 2 – 3 °С, досягаючи – 1 ^оС в Північному Льодовитому океані. Багаторічні спостереження показують, що середня температура поверхневих вод Світового океану становить 17,54°С. Найтепліший Тихий океан (19,37 °С), оскільки його поверхня поглинає найбільшу кількість тепла, дальше – Індійський океан (17,27 °С), потім Атлантичний (16,9 °С), найхолодніший – Північний Льодовитий океан (мінус 0,75°С).

Щільність і тиск морської води. Щільність будь-якої речовини – це величина, що вимірюється масою речовини в одиниці об’єму. Щільність морської води – це відношення питомої ваги морської води з її солоністю і температурою до питомої ваги еталона. За еталон беруть щільність дистильованої води при температурі 4 °С і нормальному атмосферному тиску, що дорівнює 103 кг/м³. Внаслідок солоності щільність океанічної води становить 1,02474 г/см³.

Для її визначення порівнюють щільність морської води при температурі, яку вона мала в природі в місці її знаходження, з щільністю дистильованої води при 4 °С і нормальному атмосферному тиску. Щільність залежить від температури і солоності і позначається символом St^о/4^о.

Тиск у морях і океанах зростає на кожні 100 м глибини на 1 МПа. Його величина залежить також від щільності води. Розрахувати тиск Р (в МПа) можна за формулою:

де Н – глибина, для якої проводиться розрахунок, м;

r – щільність морської води, кг/м³.

Зміна гідрогеологічних елементів (температура, солоність, щільність) на одиницю відстані називається градієнтом зміни величини даного елемента. Шар, в якому вертикальні градієнти гідрогеологічних елементів великі і різко відрізняються від градієнтів в інших шарах, називається шаром стрибка.