23.Влияние солености на физические свойства морской воды

Большинство характеристик морской воды изменяется вмес­те с соленостью. Характеристики, убывающие с увели­чением солености: плотность, молекулярная вязкость, поверхностное натяжение, показатель преломления, электропроводность, коэффициент теплового рас­ширения, скорость звука, осмотическое давление. Характеристики, которые увеличиваются с увеличением солености: удельная теплоемкость, точка замерзания, температура максимальной плотности, давление паров, теплопроводность.

Электропроводность. Проводимость морской воды опреде­ляется числом сольватированных ионов на единицу объема воды. Помимо того что электропроводность служит мерой солености морской воды, ее зависимость от содержания со­лей может быть использована и в других целях.

Двойная смесь воды и растворенных солей содержит большое количество электрически заряженных частиц. Ког­да океаническое течение пересекает силовые линии геомаг­нитного поля, в воде индуцируются электрические токи.

Океанская вода, текущая со скоростью 1 см/с, генериру­ет электрическое поле; разность потенциалов между элек­тродами, поставленными поперек потока воды на расстоя­нии 100 м друг от друга, составит в этом случае около 10 мВ. На практике прибегают к буксировке такой пары электродов за судном (на некотором расстоянии, чтобы из­бежать влияния «электрического шума», создаваемого суд­ном); измеренное напряжение переводят в значения скоро­сти течения, перпендикулярного курсу судна.

Показатель преломления. Этот параметр является мерой скорости света в среде. Показатель преломления в некоторой степени изменяет­ся с изменением солености — примерно на 0,2% на 1%о. Эта зависимость имеет одно весьма важное примене­ние: она позволяет следить за конвективными движениями, вызываемыми изменениями солености.

Скорость звука. Упругие волны — эффективный механизм передачи информации через морскую воду. Не случайно многие морские животные используют для коммуникации именно его. Звуковые волны находят многочисленные при­менения в исследованиях океанов; они используются для из­мерения глубины дна, для поиска косяков рыб и анализа численности их популяций (даже для определения конкрет­ных видов рыб) и для передачи информации. Скорость звука в воде зависит от ее солености, темпера­туры и давления. При атмосферном давлении на поверхно­сти моря, температуре 30 °С и солености 35%о скорость зву­ка равна 1546,16 м/с. С увеличением солености на 1%о ско­рость звука возрастает примерно на 1,3 м/с.

Осмотическое давление. При увеличении солености осмоти­ческое давление растет. Фундаментальное значение этого яв­ления можно понять, изучая эффекты осмотического давле­ния в морских организмах. Осмос определяется как диффузия рас­творителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую два разных раствора; она всегда направлена на то, чтобы выровнять концентрации. В океанах растворителем служит вода, которая диффундирует через мембрану в раствор с бо­лее высокой концентрацией соли.

Характеристики, которые уменьшаются с возрастанием солености

Удельная теплоемкость. Удельная тепло­емкость чистой воды равна 1 кал/(г • град). Добавление со­ли уменьшает удельную теплоемкость раствора; при солено­сти 35%о и температуре 20 °С она равна 0,932 кал/(г • град).

Давление пара. Давление пара над поверхностью морской воды с типичной соленостью составляет 98% от давления пара над чистой водой при той же температуре. В боль­шинстве случаев учитывать это влияние солености нет необ­ходимости, поскольку куда более значителен эффект вариа­ции температуры воды (при прочих равных условиях теплая вода испаряется быстрее, чем холодная).

Температура замерзания. Добавление соли к чистой воде значительно понижает точку замерзания солевого раствора, при солености 32%о, характерной для полярных широт, поверхностная вода замерзает при температуре —1,7 °С. Поверхностные воды, находящиеся в длительном кон­такте со льдом, будут иметь как раз такую температуру.

Температура максимальной плотности. Океанские воды зна­чительно отличаются от вод пресных или солоноватых озер по своей температуре максимальной плотности. Вода в озере Крейтер в шт. Орегон почти пресная, со­держание растворенных солей в ней лишь 0,08%о, и макси­мальную плотность она имеет при +3,8 °С. Тем­пература глубинной воды в этом озере равна +3,8 °С, и объясняется это просто. С приближением зимы поверхност­ные воды охлаждаются. Когда температура приповерхност­ной воды снижается до +3,8 °С, вода становится плотнее, чем основная масса воды в озере, или такой же плотной. Если в это время температура придонной воды выше или ниже чем +3,8 °С, то ее плотность меньше, чем у поверх­ностной воды. Таким образом, вертикальный столб воды оказывается неустойчивым и «опрокидывается», в результа­те чего вода с температурой +3,8 °С оказывается у дна. При дальнейшем охлаждении с поверхности весь столб воды в конце концов принимает температуру максимальной плот­ности. Однако, если охлаждение продолжается и после этого, поверхностная вода становится все менее плотной в связи с приближением к точке замерзания. Будучи не в состоянии по­грузиться вглубь из-за нижележащей воды большей плотно­сти, она быстро охлаждается до точки замерзания. В противоположность этому поверхностный слой в океа­нах замерзает до того, как успеет достичь температуры максимальной плотности. Охлаждение поверхностных вод с наступлением холодного сезона приводит к увеличению плотности и порождает вертикальную конвекцию. Однако, поскольку океанам свойственна плотностная стратификация, глубина, до которой проникает такая конвекция, в боль­шинстве случаев ограничивается несколькими сотнями мет­ров. Заметным исключением из этого правила является Юж­ный океан.