1001 вопрос об океане и 1001 ответ - Гарольд Дубах

Физические свойства морской воды

181. Какое физическое свойство присуще только воде?

Вода — самое удивительное из всех веществ. Она встречается в естественных условиях на поверхности Земли во всех трех своих физических состояниях: твердом, жидком и газообразном (в виде льда, воды и водяного пара). Есть вещества, которые могут существовать при типичных для земной поверхности температурах в твердом и жидком или в жидком и газообразном состояниях, но, по-видимому, не существует другого химического вещества, которое встречалось бы в природных условиях во всех трех физических состояниях.

182. Каковы важнейшие физико-химические свойства воды?

1. Вода не имеет запаха, цвета и вкуса. 2. Вода — единственное известное нам вещество, которое встречается в естественных условиях на поверхности Земли в твердом, жидком и газообразном состояниях. 3. Вода — универсальный растворитель. Она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. 4. Воду очень трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода — химически стойкое вещество. 5. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые твердые горные породы. 6. Вода имеет уникальную способность при замерзании расширяться, вследствие чего лед плавает на воде, остающейся в жидкой фазе. 7. Вода имеет большое сродство к самой себе, самое большое из всех жидкостей. Именно поэтому вода существует в форме сферических капель — ведь сфера имеет наименьшую поверхность при заданном объеме. Поверхностное натяжение является необходимым условием капиллярных процессов, столь важных для жизнедеятельности растений и животных. 8. Вода замерзает не при температуре наибольшей плотности (4 °C), а при 0 °C[15]. 9. Вода обладает способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало нагреваться при этом. Кроме того, у воды очень высокая скрытая теплота плавления (80 кал/г) и испарения (540 кал/г), то есть она поглощает значительное количество дополнительной теплоты при неизменности температуры в процессе замерзания и при кипении. 10. Дистиллированная вода очень плохо проводит электрический ток, но даже весьма малые добавки солей превращают ее в очень хороший проводник.

183. Что относят к физическим свойствам морской воды?

Обычно измеряются или рассчитываются такие физические характеристики морской воды, как температура, плотность, давление, цвет, прозрачность, скорость звука. Для специальных исследований могут измеряться и другие характеристики, например электропроводность[16]. Часто к физическим свойствам относят и соленость (хотя, вообще говоря, это химическое свойство), так как она измеряется совместно с температурой.

184. Почему температура и соленость измеряются совместно?

Знать температуру, соленость и давление (зависящее от глубины) необходимо для расчета плотности (масса единицы объема) и течений. Для каждого района океана характерен свой диапазон изменения температуры и солености. Эти характеристики, дополненные данными о содержании растворенного в воде кислорода, помогают специалистам в области физической океанографии прослеживать движения водных масс на различных глубинах.

185. Как измеряют температуру на глубинах?

На дискретных глубинах температура измеряется опрокидывающимися термометрами. Для непрерывной регистрации изменений температуры с глубиной пользуются механическими батитермографами и электронными зондами.

186. Что такое глубоководный опрокидывающийся термометр?

Ртутный термометр в течение последних ста лет был основным океанографическим прибором. Его характерная особенность — сужение капилляра вблизи резервуара ртути. При опрокидывании термометра на заданной глубине столбик ртути отрывается от резервуара, и при подъеме на борт судна термометр показывает температуру, которую принял в момент опрокидывания. Для введения поправки на разность температур на глубине и на палубе применяется вспомогательный термометр.

187. Какова точность опрокидывающихся термометров?

Глубоководные опрокидывающиеся термометры изготавливаются вручную из специального закаленного стекла и тщательно калибруются. Они измеряют температуру воды с точностью 0,01 — 0,02 °C. Хотя эти термометры настолько хрупки, что океанологи приносят их на исследовательские суда в руках, они способны выдерживать давление воды на глубинах до 10 000 м, где оно достигает 1 т на 1 см 2. В последние годы в обиход все больше входят электронные датчики температуры, однако на многих океанографических судах до сих пор можно встретить опрокидывающиеся термометры.

188. Как пользуются опрокидывающимися термометрами?

Два или три термометра помещают в раму, крепящуюся к батометру Нансена — латунному цилиндру, с помощью которого берутся пробы воды для химических анализов. Батометры через определенные интервалы прикрепляются к тросу и. опускаются за борт. Скользящий по тросу «посыльный груз» переворачивает ближайший к поверхности батометр. В момент переворачивания высвобождается прикрепленный к батометру очередной посыльный груз, и так далее, пока не перевернутся батометры всей серии.

Батометры снабжены клапанами, которые при переворачивании прибора закрываются, тем самым сохраняя в целости пробы воды с нужного горизонта. Одновременно переворачиваются и термометры, фиксируя температуру на той же глубине.

189. Как определяется глубина погружения опрокидывающихся термометров?

Глубину погружения термометров в момент переворачивания можно приблизительно определить по блок-счетчику, через который проходит трос. Однако точность такого определения невелика, так как под влиянием дрейфа судна и глубинных течений трос значительно отклоняется от вертикали. Для точного определения глубины один термометр защищается от давления, а другой остается незащищенным. Незащищенный термометр[17] показывает большую температуру, так как на него действует еще и давление воды. По разности показаний двух таких термометров можно определить давление на данной глубине, а давление прямо пропорционально зависит от глубины. Расчеты, выполняемые обычно на судовой ЭВМ, позволяют определить глубину с погрешностью, до 0,5%.

190. Что такое батитермограф?

Этот простой, но остроумный прибор позволяет получить профиль температуры от поверхности до глубины в несколько сот метров. Датчиком температуры в нем служит 15-метровая медная трубка, заполненная толуолом и намотанная на специальный каркас. При расширении и сжатии толуола перемещается связанное с трубкой перо, которое царапает стеклянную пластинку, покрытую специальной пастой. При этом под действием давления воды на мембрану перемещается и сама пластинка, так что перо прочерчивает кривую в двух координатах — температуры и глубины. Отсчеты температуры на различных глубинах снимаются с кривой по специальной сетке в отсчетном приспособлении, куда вставляется пластинка.

191. В чем заключаются достоинства батитермографа?

Батитермограф — дешевый прибор, которым можно работать на ходу судна до 12 узлов. В отличие от опрокидывающихся термометров, дающих температуру на дискретных глубинах, батитермограф позволяет получить непрерывную запись распределения температуры по глубине..

192. Каковы недостатки батитермографа?

Прежде всего глубина погружения прибора ограничена 300 м. Точность его в лучшем случае составляет 0,05 °C, что недостаточно для многих научных задач. Кроме того, каждый прибор имеет свою собственную нелинейную отсчетную сетку, поэтому снятие показаний с температурной кривой невозможно автоматизировать и эту утомительную процедуру приходится производить вручную[18]. По этим и некоторым другим причинам в настоящее время отдается предпочтение электрическим батитермографам разового действия.

193. Что такое батитермограф разового действия?

Это обтекаемой формы прибор, предназначенный для измерения температуры воды в слое от поверхности до 450 м. Его можно сбрасывать с судна, движущегося со скоростью до 30 узлов. Датчик температуры соединен с находящимся на борту судна регистратором с помощью тонкого электрического провода, который обрывается при достижении зондом максимальной глубины.

194. В каком диапазоне изменяется температура воды в океане?

В открытом океане температура воды изменяется в пределах от — 2° до 4 30 °C. Поверхностная температура в Персидском заливе в летние месяцы превышает 33 °C, а на мелководьях у берегов может достигать 36°. Основная масса воды в океане значительно однороднее по температуре: 75% объема воды имеет температуру от 0 до 6°, 50% — от 1,3 до 3,8 °C.