При какой температуре замерзает соленая морская вода. Замерзание морской воды

При какой температуре замерзает вода? Казалось бы – простейший вопрос, ответить на который может даже ребёнок: температура замерзания воды при обычном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба составляет ноль градусов по Цельсию.

Однако вода (несмотря на чрезвычайно широкую распространённость её на нашей планете) является самой загадочной и не до конца изученной субстанцией, поэтому ответ на этот вопрос требует обстоятельного и аргументированного разговора.

• В России и в Европе температуру измеряют по шкале Цельсия, самое высокое значение которой имеет отметку в 100 градусов.
• Американский учёный Фаренгейт разработал свою шкалу, насчитывающую 180 делений.
• Существует ещё одна единица измерения температуры – кельвин, названная в честь английского физика Томсона, получившего звание лорда Кельвина.

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

• пресной;
• минеральной;
• морской;
• питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
• дождевой;
• талой;
• солоноватой;
• структурированной;
• дистиллированной;
• деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

1. лёгкой;
2. тяжёлой (дейтериевой);
3. сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

Температура замерзания воды

Почему вода замерзает? Обычная вода всегда содержит некоторое количество взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Это могут быть мельчайшие частицы глины, песка или домашней пыли.

Когда температура окружающей среды опускается до определённых значений, эти частицы берут на себя роль центров, вокруг которых начинают образовываться кристаллы льда.

Ядрами кристаллизации могут стать также воздушные пузырьки, а также трещины и повреждения на стенках сосуда, в котором находится вода. Скорость процесса кристаллизации воды во многом определяется количеством этих центров: чем их больше, тем быстрее замерзает жидкость.

В обычных условиях (при нормальном атмосферном давлении) температурой фазового перехода воды из жидкого состояния в твёрдое является отметка 0 градусов по Цельсию. Именно при такой температуре происходит замерзание воды на улице.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?

Горячая вода замерзает быстрее холодной – на этот феномен обратил внимание Эрасто Мпемба – школьник с Танганьики. Его эксперименты с массой для приготовления мороженого показали, что скорость замерзания подогретой массы значительно выше, чем холодной.

Одной из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», является более высокая теплоотдача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества ядер кристаллизации по сравнению с холодной водой.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?

При изменении давления, часто связанного с нахождением на разной высоте, температура замерзания воды начинает радикально отличаться от стандартной, характерной для обычных условий.
Кристаллизация воды на высоте происходит при следующих температурных значениях:

• как ни парадоксально, на высоте 1000 м вода замерзает при 2 градусах тепла по шкале Цельсия;
• на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах тепла.

Самая высокая температура замерзания воды в горах наблюдается на высоте свыше 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды?

Давайте попробуем увязать динамику изменения температуры замерзания воды с переменой давления.

• При давлении 2 атм вода замерзнет при температуре -2 градуса.
• При давлении 3 атм началом замерзания воды станет температура -4 градуса по Цельсию.

При повышенном давлении температура начала процесса кристаллизации воды понижается, а температура кипения увеличивается. При низком давлении получается диаметрально противоположная картина.

Именно поэтому в условиях высокогорья и разреженной атмосферы весьма трудно сварить даже яйца, поскольку вода в котелке закипает уже при 80 градусах. Понятно, что при такой температуре приготовить пищу попросту невозможно.

При высоком давлении процесс плавления льда под лезвиями коньков происходит даже при очень низких температурах, но именно благодаря ему коньки скользят по ледяной поверхности.

Аналогичным образом объясняется примерзание полозьев сильно нагруженных нарт в рассказах Джека Лондона. Тяжёлые нарты, оказывающие давление на снег, вызывают его плавление. Образующаяся при этом вода облегчает их скольжение. Но стоит нартам остановиться и задержаться продолжительное время на одном месте, как вытесненная вода, замерзнув, приморозит полозья к дороге.

Температура кристаллизации водных растворов

Будучи отличным растворителем, вода легко вступает в реакции с различными органическими и неорганическими веществами, образуя массу подчас неожиданных химических соединений. Разумеется, каждое из них будет замерзать при разных температурах. Отразим это в наглядном списке.

• Температура замерзания смеси спирта и воды зависит от процентного соотношения в ней обоих компонентов. Чем больше воды добавлено в раствор, тем ближе к нулю температура его замерзания. Если же в растворе больше спирта, процесс кристаллизации начнётся при значениях, близких к -114 градусам.

  Важно знать, что фиксированной температуры замерзания водно-спиртовые растворы не имеют. Обычно говорят о температуре начала процесса кристаллизации и температуре окончательного перехода в твёрдое состояние.

  Между началом образования первых кристаллов и полным застыванием спиртового раствора лежит температурный интервал величиной в 7 градусов. Так, температура замерзания воды со спиртом 40% концентрации на начальном этапе составляет -22,5 градуса, а окончательный переход раствора в твёрдую фазу произойдёт при -29,5 градусах.

Температура замерзания воды с солью находится в тесной связи со степенью её солёности: чем больше соли в растворе, тем при более низком положении ртутного столбика он замёрзнет.

Для измерения солёности воды используют особую единицу – «промилле». Итак, мы установили, что температура замерзания воды с увеличением концентрации солей понижается. Поясним это на примере:

Уровень солёности океанской воды равна 35 промилле, при этом средняя величина её замерзания составляет 1,9 градуса. Степень солёности черноморских вод насчитывает 18-20 промилле, поэтому замерзают они при более высокой температуре с диапазоном от -0,9 до -1,1 градуса Цельсия.

• Температура замерзания воды с сахаром (для раствора, моляльность которого составляет 0,8) равна -1,6 градуса.
• Температура замерзания воды с примесями во многом зависит от их количества и характера примесей, входящих в состав водного раствора.
• Температура замерзания воды с глицерином зависит от концентрации раствора. Раствор, содержащий 80 мл глицерина, замёрзнет при -20 градусах, при снижении содержания глицерина до 60 мл процесс кристаллизации начнётся при -34 градусах, а начало замерзания 20% раствора – минус пять градусов. Как можно заметить, линейная зависимость в данном случае отсутствует. Для замерзания 10% раствора глицерина будет достаточно температуры -2 градуса.
• Температура замерзания воды с содой (подразумевается едкая щёлочь или каустическая сода) представляет ещё более загадочную картину: 44% раствор каустика замерзает при +7 градусах Цельсия, а 80% - при+ 130.

Замерзание пресных водоёмов

Процесс образования льда на пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.

• Температура замерзания воды в озере, точно так же, как и температура замерзания воды в реке, равна нулю градусов по шкале Цельсия. Замерзание самых чистых речек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором присутствуют ядра кристаллизации в виде частиц донного ила. Коркой льда поначалу покрываются коряги и водные растения. Стоит лишь донному льду подняться на поверхность, как река мгновенно промерзает насквозь.
• Замерзшая вода на Байкале иногда может охлаждаться до отрицательных температур. Происходит это лишь на мелководье; температура воды при этом может составлять тысячные, а иногда и сотые доли одного градуса ниже нуля.
• Температура байкальской воды под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В низших пластах она постепенно повышается до +3,2 на дне самой глубокой котловины.

Температура замерзания дистиллированной воды

Замерзает ли дистиллированная вода? Напомним о том, что для замерзания воды необходимо присутствие в ней неких центров кристаллизации, коими могут стать пузырьки воздуха, взвешенные частицы, а также повреждения стенок ёмкости, в которой она находится.

Дистиллированная вода, совершенно лишённая всяких примесей, не имеет и ядер кристаллизации, а поэтому её замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды составляет -42 градуса. Учёным удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.

Вода, подвергнутая воздействию очень низких температур, но при этом не кристаллизовавшаяся, называется «переохлаждённой». Можно, поместив бутылку с дистиллированной водой в морозильную камеру, добиться её переохлаждения, а затем продемонстрировать очень эффектный трюк - смотрите в видео:

Тихонько постучав по бутылке, извлечённой из холодильника, или бросив в неё небольшой кусочек льда, можно показать, как мгновенно она превращается в лед, имеющий вид удлинённых кристаллов.

Дистиллированная вода: замерзает или нет под давлением эта очищенная субстанция? Такой процесс возможен лишь в специально созданных лабораторных условиях.

Температура замерзания соленой воды

Вода в морях и океанах очень сильно отличается от речной и озерной. Она соленая – и это определяет многие ее свойства. От этого фактора зависит и температура замерзания морской воды. Она не равняется 0 °C, как в случае с пресной водой. Чтобы покрыться льдом, морю требуется мороз покрепче.

Сказать однозначно, при какой температуре замерзает морская вода, невозможно, так как этот показатель зависит от степени ее солености. В разных местах мирового океана она разная.

Самое соленое – Красное море. Здесь концентрация соли в воде достигает 41‰ (промилле). Меньше всего соли в водах Балтийского залива – 5‰. В Черном море этот показатель равен 18‰, а в Средиземном – 26‰. Соленость Азовского моря – 12‰. А если брать в среднем, соленость морей составляет 34,7‰.

Чем выше соленость, тем больше должна охладиться морская вода для перехода в твердое состояние.

Это хорошо видно из таблицы:

Там, где соленость еще выше, как, например, в озере Сиваш (100 ‰), заливе Кара-Богаз-Гол (250 ‰), в Мертвом море (свыше 270 ‰), вода может замерзнуть только при очень большом минусе – в первом случае – при -6,1 °C, во втором – ниже -10 °C.

За средний же показатель для всех морей можно принять -1,9 °C.

Этапы замерзания

Очень интересно наблюдать, как замерзает морская вода. Она не покрывается сразу равномерной ледяной коркой, как пресная. Когда часть ее превращается в лед (а он пресный), остальной объем становится еще более соленым, и для его замерзания требуется еще более крепкий мороз.

Виды льда

По мере охлаждения в море образуется лед разных видов:

• снежура;
• шуга;
• иглы;
• сало;
• нилас.

Если море еще не замерзло, но очень близко к этому, и в это время выпадает снег, он при соприкосновении с поверхностью не тает, а пропитывается водой и образует вязкую кашеобразную массу, которая называется снежурой. Смерзаясь, эта каша превращается в шугу, которая очень опасна для кораблей, попавших в шторм. Из-за нее палуба мгновенно покрывается ледяной коркой.

Когда столбик термометра достигает нужной для замерзания отметки, в море начинают образовываться ледяные иглы – кристаллы в форме очень тонких шестигранных призм. Собрав их сачком, смыв с них соль и растопив, вы обнаружите, что они пресные.

Сначала иглы растут горизонтально, потом они принимают вертикальное положение, и на поверхности видны только их основания. Они напоминают пятна жира в остывшем супе. Поэтому лед на этой стадии называют салом.

Когда еще больше холодает, сало начинает смерзаться и образует ледяную корку, такую же прозрачную и хрупкую, как стекло. Такой лед называют нилас, или склянка. Он соленый, хотя и образован из пресных игл. Дело в том, что во время смерзания иглы захватывают мельчайшие капли окружающей соленой воды.

Только в морях наблюдается такое явление, как плавучие льды. Возникает оно потому, что вода здесь быстрее остывает у берегов. Образующийся там лед примерзает к береговой кромке, почему и получил название припай. По мере усиления морозов во время тихой погоды он быстро захватывает новые территории, достигая порой десятков километров в ширину. Но стоит подняться сильному ветру – и припай начинает разламываться на куски различной величины. Эти льдины, часто огромных размеров (ледяные поля), разносятся ветром и течением по всему морю, создавая проблемы судам.

Температура таяния

Тает морской лед не при той же температуре, при которой замерзает морская вода, как можно было бы подумать. Он менее соленый (в среднем в 4 раза), поэтому его превращение обратно в жидкость начинается раньше достижения этой отметки. Если средний показатель замерзания морской воды – -1,9 °C, то среднее значение температуры таяния образовавшегося из нее льда – -2,3 °C.

Замерзание солёной воды: Видео

Опыты со льдом для детей — это всегда интересно. Проводя опыты вместе с Владом, я даже сделала несколько открытий для себя.

Сегодня найдем ответы на следующие вопросы:

• как ведет себя вода при замораживании?
• что будет, если заморозить соленую воду?
• шуба согреет лед?
• и некоторые другие...

Замораживание воды

Вода при замерзании расширяется. На фотографии стаканчик с замороженной водой. Видно, что лед поднялся бугорком. Вода замерзает не равномерно. Вначале лед появляется у стенок стакана, постепенно заполняя весь сосуд. В воде молекулы движутся хаотично, поэтому она принимает форму сосуда, в который налита. Лед же имеет четкую кристаллическую структуру, при этом расстояния между молекулами льда больше, чем между молекулами воды, поэтому лед занимает больше места, чем вода, то есть расширяется.

Соленая вода замерзает?

Чем более соленая вода, тем ниже температура замерзания. Для эксперимента мы взяли два стаканчика — в одном пресная вода (помечен буквой В), в другом очень соленая вода (помечен буквами В+С).

Простояв в морозилке всю ночь, соленая вода так и не замерзла, но в стаканчике образовались кристаллы льда. Пресная вода превратилась в лед. Пока я манипулировала со стаканчиками и растворами соли , Владик сотворил свой незапланированный эксперимент.

Налил в кружку воду, растительное масло и незаметно поставил в морозилку. На следующий день я обнаружила кружку со льдом и плавающим помутневшим маслом. Делаем вывод, что разные жидкости имеют различную температуру замерзания.

Соленая вода в морозилке не замерзла, а что будет, если посыпать лед солью? Проверим.

Опыт со льдом и солью

Возьмем два кубика льда. Один из них посыплем солью, а второй оставим для сравнения. Соль разъедает лед, проделывая канавки и ходы в ледяном кубике. Как и ожидалось, кубик льда, посыпанный солью, растаял гораздо быстрее. Именно поэтому дворники зимой посыпают дорожки солью. Если посыпать солью лед, можно не только наблюдать за таянием, но и немного порисовать!

Мы заморозили большую ледышку и посыпали ее солью, взяли кисточки и акварельные краски и стали творить красоту Старший сын наносил на лед краску кистью, а младший руками.

Наше опытное творчество объединяет всю семью, вот и Макарушкина ручка попала в объектив фотоаппарата!

Макар и Влад очень любят все замораживать . Иногда в морозилке находятся совершенно неожиданные предметы.

Этот опыт я мечтала сделать еще с детства, но у мамы не было шубы, а мне нужна была именно шуба и никаких заменителей! Любимый купил мне шубу, и теперь представляю вашему вниманию этот чудо-опыт. В начале я не представляла, как можно решиться на то, что бы завернуть мороженое в шубу, даже если очень хочется поэкспериментировать. А если опыт не удастся, как ее потом отстирывать. Эх, была ни была!..

Мороженое положила в пакетики:) Завернула шубой и стала ждать. Ура, все замечательно! Шуба цела, и мороженое растаяло гораздо меньше, чем контрольный образец, стоявший рядом без шубы.

Как же здорово быть взрослой, иметь шубу и делать какие угодно детские опыты!

Дети любят красить и украшать. А цветной лед доставляет массу положительных эмоций и позволяет развивать творчество у малышей. Опыты не просто яркие, познавательные, но и полезные. Рецепты еще большего количества ярких экспериментов для детей дарю вам сейчас. Скачивайте полезный сборник опытов для вашей домашней лаборатории — “Опыты с водой ”. Пишите в комментариях ваши отзывы об опытах и пожелания: какие опыты вы бы хотели увидеть на страницах нашего сайта. Наука — это ведь весело.

Ваша Галина Кузьмина

Морская вода, в отличие от пресной, не имеет определенной точки замерзания, но она всегда ниже 0°С. Температура замерзания морской воды зависит от ее солености: чем больше соленость, тем ниже температура замерзания. Так, при средней для океана солености 35 % вода замерзает при -1,9°С, а при солености 40% — при -2,2°С. В Черном море, например, где соленость от 15 до 20%, лед появляется при охлаждении воды от -0,8 до -1,1°С.

Когда морская вода охладится до температуры замерзания соответственно своей солености, начинается образование кристаллов льда (замерзание) . При замерзании содержащиеся в морской воде соли не входят в состав кристаллов образовавшегося льда, так как температура замерзания солевого раствора значительно ниже (например, температура замерзания попаренной соли -21°С) . Поэтому большая часть солей выпадает в незамерзающую подледную воду, а некоторое се количество вмерзает в лед в виде мелких капель крепкого раствора солей, существенно влияющих на физико-химические и механические свойства морского льда. Чем ниже температура, при которой замерзает вода, тем больше капель рассола остается в морском льду и тем, следовательно, больше его соленость. Соли, выпадающие в процессе замерзания морской воды в поверхностный слой, увеличивают его соленость, что понижает температуру замерзания.

Температура наибольшей относительной плотности и температура замерзания морской воды с увеличением солености понижаются. При солености 24,7% обе температуры становятся одинаковыми: -1,33°С. Воды, соленость которых меньше 24,7 %, называются солоноватыми, температура их наибольшей плотности выше температуры замерзания. Поэтому процесс замерзания воды соленостью меньше 24,7 % происходит так же, как и пресной воды: сначала вода достигает температуры наибольшей плотности при данной солености, затем точки замерзания.

У воды соленостью более 24,7% температура самой высокой плотности всегда ниже температуры замерзания, поэтому до самого момента замерзания плотность морской воды с понижением температуры увеличивается, и верхние охлажденные слои воды (как более тяжелые) опускаются вниз; на поверхность поднимаются менее плотные и более теплые воды, что затрудняет льдообразование. В связи с этим в морях и океанах пода замерзает только после длительных осенних холодов, когда вся толща воды, охваченная вертикальной циркуляцией (конвекцией) , охладится до температуры замерзания.

Пресная вода имеет наибольшую плотность при +4°С и начинает замерзать при 0°С. В пресноводном бассейне после охлаждения воды до +4°С дальнейшее охлаждение поверхностного ее слоя происходит очень быстро. Вода здесь становится легче нижележащих вод, что исключает перемешивание, следовательно, и поднятие на поверхность более теплых водных масс из глубины. Лед, образовавшийся из пресной воды, представляет собой однородную массу ледяных кристаллов, в которую вкраплены пузырьки воздуха и различные твердые частицы, находившиеся в воде.

Если вы заметили, то в море вода замерзает при температуре значительно ниже нуля градусов. Почему так происходит? Все зависит от концентрации в ней соли. Чем ее больше, тем ниже температура замерзания. В среднем, увеличение солености воды на два промилле понижает температуру ее замерзания на одну десятую градуса. Вот и посудите сами, какой должна быть температура окружающего воздуха, чтобы на поверхности моря, с соленостью воды 35 промилле, образовался тонкий слой льда. Как минимум, должно быть два градуса мороза.

То же Азовское море, с соленостью воды 12 промилле, замерзает при температуре минус 0,6 градуса. При этом примыкающий к нему Сиваш остается незамерзшим. Все дело в том, что соленость его воды составляет 100 промилле, а значит, для образования здесь льда необходимо не менее шести градусов мороза. Чтобы льдом покрылась поверхность Белого моря, где уровень солености воды достигает 25 промилле, нужно чтобы температура понизилась до минус 1,4 градуса.

Самое удивительное в том, что в охлажденной до минус одного градуса морской воде, снег не таит. Он просто продолжает в ней плавать, до тех пор, пока не превратится в кусок льда. Но попадая в охлажденную пресную воду, он тут же таит.

Процесс замерзания морской воды имеет свои особенности. Вначале начинают формироваться первичные ледяные кристаллы, которые невероятно похожи на тоненькие прозрачные иглы. Соль в них отсутствует. Она выдавливается из кристаллов и остается в воде. Если собрать такие иголки, и растопить в какой — нибудь посуде, то мы получим пресную воду.

Каша из ледяных иголок, внешне похожая на огромное жирное пятно, плавает на поверхности моря. Отсюда и ее оригинальное название – сало. При дальнейшем понижении температуры сало смерзается, образуя гладкую и прозрачную ледяную корку, которая носит название нилас. В отличие от сала, нилас содержит соль. Она появляется в нем в процессе смерзания сала и захватывания иголками, капелек морской воды. Это довольно хаотичный процесс. Именно поэтому соль в морском льде распределяется неравномерно, как правило, в виде отдельных вкраплений.

Ученые выяснили, что количество соли в морском льде зависит от температуры окружающего воздуха, которая имела место в момент его образования. При небольшом морозе скорость образования ниласа низкая, иглы захватывают мало морской воды, отсюда и соленость льда невысокая. При большом морозе ситуация прямо противоположная.

При таянии морского льда из него, в первую очередь, выходит соль. В результате, он постепенно становится пресным.

Соли, растворенные в морской воде. В морокой воде растворено много различных солей, которые придают ей своеобразный горько-соленый вкус. Соленый вкус морской воды обусловливается главным образом раствором хлористого натрия (поваренной соли). Горький же вкус зависит от растворов солей магния (MgCl 2 , MgSO 4 ). 1 тыс. г (литр) океанической воды в среднем содержит 27,2 г хлористого натрия, 3,8 г хлористого магния, 1,7 г сернокислого магния. Далее идут сернокислый кальций (CaSO 4 ) 1,2 г, сернокислый калий (K 2 SO 4 ) 0,9 г и другие, содержание которых не превышает 0,1 г. Таким образом, на 1 тыс. г океанической воды приходится 35 г солей.

Как бы ни была разбавлена морская вода пресными водами, процентное соотношение солей, входящих в ее состав, остается строго постоянным.

Так:

Кроме того, в состав морской воды входит еще до 30 различных веществ, но количество их так мало, что все они вместе составляют не более 0,1%.

Вода океанов и морей, как уже говорилось, находится в непрерывном круговороте. Она испаряется, падает атмосферными осадками, проходит длинные пути подземными и наземными водами и снова возвращается в океан. Проходя эти длинные пути, вода растворяет много различных веществ и приносит их в Мировой океан. Таким образом, Мировой океан является как бы местом накопления тех растворимых веществ, которые все время приносятся туда реками и речками. Однако, если сравнить химический состав растворов, содержащихся в морской и пресной воде, то мы заметим большую разницу.

В морской воде преобладают хлористые соли, а в речной, наоборот, их очень мало. В речной воде очень много углекислых солей (углекислого кальция), тогда как в морской воде их очень мало. Последнее объясняется тем, что углекислый кальций, кремний и другие вещества в морях в огромном количестве расходуются животными и растительными организмами на создание всякого рода скелетных образований, раковин, коралловых построек и т. д. После смерти этих организмов их скелеты и раковины падают на дно, образуя там огромные толщи отложений. Вообще следует отметить, что соотношение солей в морской воде все время регулируется органической жизнью моря.

Соленость. На 1 л (1 тыс. г) морокой воды, как уже говорилось, всреднем приходится около 35 г солей. Иначе говоря: на 1 тыс. весовых частей морокой воды приходится 35 весовых частей солей. Число 35 в данном случае обозначает соленость морской воды, выраженную в тысячных долях. Символически соленость обозначается так: S =35°/оо, т. е. соленость (S ) = 35 промилле.

Вода океанов, взятая вдали от берегов, имеет обычно соленость (S )=35°/ oo . Вода же прибрежных частей, опресненная реками, имеет соленость 34-33 и даже 32%о. В поясах пассатных ветров, где дожди падают редко, а испарение большое, соленость повышается до 36 и даже 37%о.

В Северном Ледовитом океане, наоборот, в связи с малой испаряемостью соленость на поверхности понижается до 34%о. Пониженная соленость наблюдается также в экваториальном поясе, где выпадает очень много осадков (рис.157).

На глубине свыше 1000-1500 м соленость во всех океанах 35% 0 .

Несколько иначе обстоит дело с морями. Краевые моря, соединенные с океанами широким проливом или большим количеством проливов, имеют довольно высокую соленость. Так, например, в Японском море она выражается в ЗЗ 0 / 00 в Охотском - 32°/оо. Отдаленные от океанов внутриматериковые моря, в которые вливается много больших рек, имеют слабую соленость. Так, например, соленость Черного моря 14-19°/ О о, Балтийского 8-12% 0 , а в северной части Ботнического залива даже 3°/ 00 . Наоборот, моря, окруженные областями с сухим климатом, имеют повышенную соленость. Так, Средиземное море имеет соленость 38-39°/оо, а Красное море, окруженное пустынями, имеет соленость около 41% 0 .

Изучение солености имеет большое значение как в науке, так и в практической жизни. Точное знание солености дает возможность определять течения и вообще движение водных масс как в горизонтальном, так и вертикальном направлении. Большое значение соленость и удельный вес морских вод имеет в оборонном деле. Плавание подводных лодок, глубина и скорость погружения, минирование вод, торпедирование неприятельских судов и пр. требуют точных знаний о солености и течениях в том или другом участке моря.

Цвет. Чистое оконное стекло нам кажется совершенно прозрачным. Но если положить два-три десятка чистых прозрачных стекол в стопку, то окажется, что стопка стекол стала полупрозрачной и с трудом пропускает голубой или слегка зеленоватый свет. Значит, чистое прозрачное стекло все же не вполне прозрачно и не бесцветно.

Приблизительно то же приходится, сказать и о воде. Чистая дистиллированная вода кажется бесцветной и совершенно прозрачной. Однако это наблюдается только в том случае, если слой воды сравнительно тонок. В более толстом слое вода кажется голубоватой. Этот голубоватый цвет легко заметить в белой ванне, наполненной чистой прозрачной водой.

Для точного определения цвета чистой воды брали стеклянную трубку в 5 м длины и, наполнив ее дистиллированной водой, закрывали оба конца трубки плоскими стеклами. Трубку помещали в светонепроницаемый футляр. Установив один конец трубки в окно, смотрели в другой конец на свет. Оказалось, что чистая дистиллированная вода имеет замечательный нежный и чистый голубой цвет. Это значит, что вода поглощает красные и желтые лучи спектра и хорошо пропускает голубые.

Зная, что чистая вода имеет голубой цвет, мы легко поймем, почему чистая вода озер, морей и океанов имеет преобладающий голубой цвет. Всякая же примесь к воде изменяет окраску. Так, например, если к чистой воде прибавить тончайший порошок желтого или красноватого цвета, то вода приобретает зеленоватый оттенок и т. д. Последнее хорошо видно на море у берегов после сильных прибоев: взмученная вода у берегов приобретает зеленоватую окраску.

Соли, растворенные в морской воде, на цвет воды не влияют, в силу чего вода морей имеет преобладающую голубую окраску. Однако примеси взвешенных частичек ила сразу же придают воде тот или другой оттенок. Так, например, р. Хуанхэ (Желтая), протекающая через лессовые области Китая, окрашивает морскую воду в желтоватый цвет (Желтое море). Примесь илистых частиц, приносимых реками, придает воде Белого моря зеленоватый цвет, а водам Балтийского моря - мутно-зеленый оттенок.

Прозрачность. Примеси различных веществ не только меняют цвет, но также изменяют и степень прозрачности воды. Каждому известно, что мутные воды наименее прозрачны, а чистая вода отличается наибольшей прозрачностью. В науке и в практической жизни (особенно в оборонном деле) изучение цвета и прозрачности воды имеет большое значение. Для исследования степени прозрачности воды употребляется очень простой прибор - диск Секки. Он состоит из цинкового диска, имеющего 30 см в диаметре, окрашенного в белый цвет. Диск наподобие чашки обычных весов привешивается к шнуру и медленно погружается в воду. При этом сверху следят, на какой глубине белый диск перестает быть видимым. Эта глубина определяет степень прозрачности воды в бассейне. Так, например, в Белом море диск становится невидимым на глубине 6-8 м, в Балтийском 11 -13 м, в Черном 28 м. Наибольшей прозрачностью отличаются воды Средиземного моря - до 50-60 м. Большой прозрачностью отличаются также воды Тихого океана (59 м) и особенно Саргассова моря (66 м).

При определении прозрачности обычно определяют и цвет. Белый диск по мере погружения меняет цвет. В одних бассейнах диск на некоторой глубине принимает голубой цвет, в других зеленый и т. д.

Для точности обозначения наблюдаемого цвета употребляется шкала, состоящая из ряда трубочек, наполненных растворами различных оттенков от голубого до желтого цвета.

Свечение моря. В ночное время нередко наблюдается свечение морской воды. Последнее происходит не от самой воды, а от некоторых организмов, обитающих в морской воде, способных испускать свет. К числу таких организмов относятся: светящиеся бактерии, одноклеточные (особенно ночесветка, которые в большом количестве появляются в конце лета), некоторые медузы и др.

Температура морской воды. Вода - самое теплоемкое тело на Земле. Чтобы нагреть 1 см 3 воды на 1 0 , нужно затратить тепла столько же, сколько потребуется его на нагревание 5 см 3 на тот же 1° гранита или 3134 см 3 воздуха. Это значит, что теплоемкость воды в пять раз больше теплоемкости гранита и в 3 тыс. с лишним раз более теплоемкости воздуха.

Поверхность океанов и морей составляет более 2 / 3 поверхности земного шара. Стало быть, более 2 / 3 солнечной энергии, поглощаемой поверхностью земного шара, приходится на Мировой океан. Часть этого тепла расходуется на испарение, часть на нагревание воздуха над морем, часть, отражаясь, излучается в небесное пространство и часть идет на нагревание самой водной поверхности. В итоге, по приблизительным подсчетам, из всего количества солнечного тепла, падающего на единицу поверхности водного бассейна, в тропическом поясе на нагревание уходит 60%, в умеренных около 30% и в холодных до 10%.

Роль этого тепла в жизни атмосферы и жизни материковых вод нами уже отмечалось. Говорилось также и о том, что суточные и годовые колебания температуры водной поверхности совершенно иные по сравнению

с сушей. Напомним только, что суточная амплитуда поверхности океана в тропическом поясе выражается в 0,5-1°, в умеренном поясе около 0°,4 и холодном около 0°,1. Что же касается годовой амплитуды, то она также очень невелика: в жарком поясе 2-3°, в умеренном от 5 до 10° и холодном 1-2°. Отметив эти особенности в нагревании водной поверхности, перейдем теперь к температурам океанов и морей.

Измерение температур морей и океанов. Измерение температуры поверхностных слоев не представляет никаких трудностей. Берут ведро воды, опускают в ведро термометр, который и покажет температуру. Что же касается более глубоких слоев воды и в особенности измерения температуры на глубинах, то здесь приходится применять термометры совершенно особого устройства, называемые глубинными термометрами (рис. 158).

Глубинный термометр прежде всего должен противостоять силе того огромного давления, которое существует на глубинах. Это достигается, во-первых, тем, что термометр заключается в трубку из толстого стекла, а потом в медную гильзу таким образом, чтобы вода касалась толстостенной стеклянной трубки термометра только около ртутного шарика. Кроме того, глубинный термометр должен фиксировать ту температуру, которая отмечена им на глубине. Последнее достигается тем, что в нужный момент, по данному сверху сигналу, термометр быстро поворачивается верхом вниз. При этом столбик ртути в термометре разрывается, что и позволяет фиксировать показание термометра.

Температура поверхности океанов и морей. Кораб ли, которые плавают по различным морям и океанам, ежедневно, вместе с определением географических координат, определяют и температуру воды на поверхности моря. На основании подобных многочисленных наблюдений составляются карты средних месячных и годовых температур поверхности Мирового океана и наносятся соответствующие изотермы (рис. 159). По картам изотерм видно, что температура поверхности океанов в жарком поясе повышается к западу, а в умеренном к востоку. Последнее зависит, как мы увидим дальше, от морских течений, которые в тропическом поясе направляются преимущественно на запад, а в умеренном отклоняются к востоку.

Сравнивая те же средние годовые температуры воздуха над сушей и над океанами, мы видим, что в жарком поясе средняя годовая температура на суше несколько выше, чем над морем. В умеренном и холодном поясах, наоборот, температура над морем значительно выше, чем над сушей. Это умеряющее и согревающее влияние моря мы в свое время уже отмечали.

Температуры на глубинах. Непосредственные измерения показали, что суточные колебания, правда, очень ничтожные, можно заметить до глубины 25-30 м, годовые же до 200-300 м, а в некоторых случаях даже до 350 м. Глубже 300-350 м температура остается неизменной во все времена года. Иначе говоря, на глубине 300-350 м мы имеем слой постоянной температуры. Однако с глубиной температура продолжает постепенно понижаться (на каждые 1 тыс. м глубины приблизительно на 1-2°), и на глубине 3-4 тыс. м она доходит до 2° и даже до - 1°. Это

постепенное понижение температуры с глубиной объясняется тем, что холодная вода, имея большую плотность, погружается вниз, а теплая вода, как более легкая, сосредоточивается в верхних слоях. В отличие от пресной воды морская вода приобретает наибольшую плотность не при 4° С, а при 2° и ниже, что опять-таки зависит от степени ее солености. Низкая температура глубин всех океанов объясняется влиянием полярных морей и океанов. Там вода, охлаждаясь до - 1 и - 2°, опускается и медленно растекается по дну всех океанов. Происходит, правда, очень медленное, но постоянное движение воды в придонных частях от полюсов к экватору и в верхних частях от экватора к полюсам (рис. 160). Наличие подобного движения делает понятным, почему придонные температуры южных частей океанов ниже тех же придонных температур северных частей океанов. Подводный порог (Томсона) в Атлантическом океане преграждает путь придонным холодным водам Северного Ледовитого океана, в силу чего в северной части Атлантического океана придонная температура 3°,5 и 4°, а за порогом Томсона, в Северном Ледовитом океане, она сразу же падает до -1°,2.

Отсутствие подобных порогов в южной части Атлантического океана приводит к обратным результатам. Там уже с 50° ю. ш. придонная температура ниже 0°.

Еще резче отделена северная часть Тихого океана от Северного Ледовитого океана, что приводит к понижению температур к югу.

Замерзание морской воды. Процесс замерзания морской воды протекает значительно сложнее по сравнению с пресной. Пресная вода при обычных условиях замерзает при 0°, а морская - при более низких температурах. Температура замерзания морской воды зависит прежде всего от степени ее солености, что хорошо можно видеть из приведенной таблицы:

Пресная вода наибольшую плотность имеет при 4°С. Что же касается морской воды, то она наибольшей плотности достигает при более низких температурах, опять-таки в зависимости от степени солености. Так, например:

Вода пресноводных бассейнов при охлаждении с поверхности становится более тяжелой и погружается вниз, а на ее место из глубины поднимается более легкая теплая вода. Это своеобразное движение (называемое конвекцией) постепенно захватывает все большие и большие толщи воды. Когда же, наконец, вся масса воды охлаждается до 4°С, т. е. достигнет своей максимальной плотности, конвекция прекращается, потому что вода на поверхности бассейна, охлаждаясь далее, становится легче. При создавшихся условиях поверхностный слой дальше охлаждается очень быстро и скоро замерзает. В морской воде конвекция не прекращается, потому что плотность воды с понижением температуры все время возрастает. Кроме того, при замерзании морской воды кристаллики льда образуются из чистой (пресной) воды, причем соль выделяется и повышает соленость незамерзшей воды. С повышением же солености температура замерзания и температура наибольшей плотности, как это видно из приведенных выше таблиц, значительно понижается. Все это вместе взятое сильно замедляет процесс замерзания. Таким образом, для замерзания морской воды требуются более низкие температуры и большая продолжительность времени. Обильное выпадение снега (опресняющего поверхность морской воды) ускоряет замерзание. Волнение, наоборот, замедляет замерзание.

При замерзании пресных вод мы различали три момента: образование сала, образование блинчатого льда и, наконец, полное замерзание всей поверхности. Приблизительно так же протекает и замерзание моря. Кристаллы в морской воде образуются более крупные и срастаются более крупными комками и льдинками, которые почти сплошь покрывают море. Последнее придает морю своеобразный матовый оттенок. Этот начальный период замерзания моря известен у моряков под названием ледяного сала.

Далее льдины увеличиваются в размерах, трутся друг о друга и принимают вид больших плавающих тарелок более или менее округлой формы. Этот своеобразный, пока еще не сплошной подвижный ледяной покров называют блинчатым льдом.

Если погода стоит тихая и волнение на море слабое, то отдельные «блины» смерзаются, в результате чего образуется сплошной ледяной покров, толщина которого постепенно увеличивается. Сильное волнение обычно разбивает ледяной покров на огромные плоские ледяные куски, которые называются ледяными полями. Ледяные поля под влиянием ветров надвигаются друг на друга, взламываются по краям, нагромождая груды и валы обломков, известных под названием ледяных торосов (рис. 161).

Высота торосов над поверхностью ледяного поля обыкновенно не превышает 5 м, но в отдельных случаях доходит до 9 м. Эта подводная масса льда удерживается большим скоплением льда под торосом. Толщина ледяных масс под торосом обычно превосходит высоту тороса в два-три раза, так что общая толщина тороса доходит до 15-20 м.

Торосистые льды легко застревают на мелях и образуют у берегов скопления подвижных льдов, известных под названием берегового припая. Наибольших размеров береговой припай достигает у восточных берегов Таймыра и особенно у Новосибирских островов и о. Врангеля (300-400 км ширины). Отдельно сидящие на мелях торосы называют стамухами.

Ледяные поля, находящиеся в пределах Северного Ледовитого океана, не успевают растаивать в течение короткого и прохладного лета. В следующую зиму толщина льда увеличивается. Получается более толстый двухлетний лед. Утолщение льда продолжается и в следующие годы. В результате образуется толстый и очень крепкий лед до 5 и более метров. Большие скопления движущегося многолетнего льда известны под названием полярного пака. Полярный пак занимает большую часть поверхности Северного Ледовитого океана.

Мы уже говорили о том, что ледяные поля Северного Ледовитого океана за лето не могут растаять. Если бы в Северный Ледовитый океан не вливались теплые воды Атлантического океана (течение Гольфстрим) и холодное Гренландское течение не выносило полярные льды в Атлантический океан, то весь Северный Ледовитый океан превратился бы в сплошную ледяную пустыню. Очень возможно, что отсутствие прохода между Атлантическим и Северным Ледовитым океанами и было одной из

главнейших причин тех ледниковых периодов, которые пережила Евразия и Северная Америка в четвертичное время. Влияние течений на замерзание Мирового океана хорошо видно на приложенной климатической карте.

Айсберги. Материк Антарктида, о. Гренландия и многие другие острова Северного Ледовитого океана, как мы уже знаем, имеют мощные толщи материкового льда. Материковые льды, сползая в море, дают начало многочисленным плавающим горам, или айсбергам. По приблизительным подсчетам в одно только Баффиново море с западных берегов Гренландии ежегодно поступает более 7 тыс. айсбергов.

Удельный вес льда около 0,9, в то время как удельный вес морской воды немного более 1,0. При данных условиях ледяные горы оказываются погруженными в воду на 6 / 7 своего объема. Таким образом, над водой поднимается всего 1 / 5 - 1 / 7 часть льдины.

Насколько велики могут быть плавающие ледяные горы Антарктиды, можно видеть из следующих примеров. Материковые льды Антарктики сползают огромными массами, образуя ледяные стены, поднимающиеся над уровнем моря на 30-40 и более метров. Ледяная стена «Великого барьера» (рис. 162), отвесно падающая в море, тянется на протяжении 750 км. Над водой она поднимается на 30-40, а местами на 70 м. Средняя толщина льда здесь не менее 180-200 м. Понятно, что обломки такого ледника могут достигать огромных размеров и имеют столообразную форму. В 1854 г. в южной части Атлантического океана ряд кораблей в своих судовых журналах отметил встречу с ледяной горой, длина которой была более 100 км, а высота над водой 90 м. В 1911 г. к югу от Австралии была встречена ледяная гора 64 км длины. Ледяные горы меньшего размера встречаются значительно чаще. Так, например, наша экспедиция под начальством Беллинсгаузена в 1819 г. встретила у берегов Антарктиды до 250 ледяных гор. Иногда судам приходится идти среди ледяных гор на протяжении 400-500 км.

Айсберги выносятся течениями иногда очень далеко за пределы полярного круга. Так плавающие ледяные горы у берегов Северной Америки заходят значительно южнее о. Ньюфаундленд и создают большую угрозу кораблям. В южной части океана айсберги заходят еще дальше. В отдельных случаях они достигали 30 и даже 25° ю. ш., т. е. почти пределов тропического пояса.

— Источник—

Половинкин, А.А. Основы общего землеведения/ А.А. Половинкин.- М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1958.- 482 с.

Post Views: 981