Что такое водные массы и какие у них свойства

Физико-химические свойства воды

В химически чистой воде водорода содержится 11,19% и кислорода 88,81%.

На Земле вода может находиться в 3-х агрегатных состояниях:

• твердом,
• жидком,
• газообразном.

При температуре 100 градусов вода состоит из простых молекул, которые называются гидролями ($H_2O$).

Жидкая фаза воды представляет собой смесь гидролей ($H_2O$) двойных молекул – дигидролей ($H_2O$)2 и тройных молекул – тригидролей ($H_2O$)3.

Из одного состояния в другое вода переходит очень быстро и сопровождается поглощением или выделением тепла, хотя на температуру самой воды это не оказывает никакого влияния. Физические и химические свойства воды при этом изменяются скачкообразно.

Температура кипения химически чистой воды при нормальном давлении составляет 100 градусов, а замерзает она при 0 градусов. При температуре +4 градуса вода имеет наибольшую плотность и является одним из теплоёмких природных тел.

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость

В летний период водная поверхность поглощает огромное количество тепла, а зимой, охлаждаясь, океан отдает тепло атмосфере.

Этим объясняется охлаждающее и отепляющее влияние океанов и морей на побережья материков.

В районе экватора и тропиков вода нагревается круглый год и с помощью течений и воздушных потоков передает это тепло в умеренные и полярные широты.

Вода обладает таким свойством, как теплопроводность, но она очень незначительна. Ещё меньшая теплопроводность у льда и снега, поэтому лед на реках и озерах предохраняет воду от дальнейшего охлаждения, а снег защищает почву от промерзания.

default/handbook/article/yandexContextRtb.twig

От солености и температуры воды зависит её плотность. При температуре +4 градуса плотность воды максимальная, правда, если она химически чистая.

Выше и ниже этой температуры плотность уменьшается, и вода становится легче.

Для воды характерно очень необычное свойство – при замерзании она способна увеличиваться в объеме.

Если сравнить воду и лед, то объем льда на 10% больше относительно первоначального объема воды. При таянии льда происходит сжатие воды и уменьшение её объема.

Это свойство воды играет большую роль в процессе разрушения горных пород, поскольку лед в трещинах породы разрывает её на мелкие кусочки.

В районах с вечной мерзлотой при оттаивании льда, образуются особые формы рельефа – бугры пучения.

Свойством жидкой воды является её подвижность, происходит это под действием силы тяжести, разной плотности, под воздействием ветра, Лунного и Солнечного притяжения.

При перемешивании воды происходит выравнивание температуры, солености, химического состава и др.

Благодаря подвижности воды происходит размывание и перемещение горных пород, в результате чего происходит их отложение.

Вода обладает очень высокой термической устойчивостью, так, например, водяной пар только выше 1000 градусов разлагается на водород и кислород.

Вода среди всех жидкостей, кроме ртути, имеет самое большое поверхностное натяжение, благодаря которому она может подниматься вверх по капиллярам в грунтах, растениях, обеспечивая их питание.

Являясь прекрасным растворителем, вода содержит в себе растворенные вещества и характеризуется соленостью. Соленость воды выражается в промилле (1%0).

Льды в океане

Лед в океане может быть сезонным и может существовать более одного года. Образование его происходит в несколько стадий.

Начальными формами льда являются иглы-кристаллы, длиной до 10 см. Когда они срастаются, образуются пятна-диски, получившие название ледяное сало.

Почти одновременно с ними появляется кашеобразная масса из снега, пропитанного водой – это снежура. Ледяное сало и снежура, сбившиеся при ветре и скопившиеся в виде полос и пятен, образуют шугу.

На мелководьях побережий образуются полосы льда, примерзающие к суше и, образующие, так называемые ледяные забереги. Постепенно их мощность и размеры увеличиваются, и образуется береговой припай.

Низкие температуры и волнения способствуют образованию блинчатого льда – это ледяные диски, диаметр которых более 30 см.

Когда начальные формы льда при тихой погоде смерзаются происходит образование сплошной тонкой ледяной корки. В морях, где вода опреснена, эту корку называют склянкой, а в соленой воде – ниласом.

При толщине льда до 10 см его называют молодик. Через такой лед вода просвечивает, а сам он имеет серый цвет. При утолщении он становится взрослым льдом белого цвета и достигает мощности 30-70 см.

В тех морях, которые имеют сезонное замерзание, это будет предельная форма льда.

Кроме сезонного льды бывают однолетние, двухлетние, многолетние. Такие льды характерны для Арктики и Антарктики.

Однолетние льды имеют мощность около метра и существуют в течение лета и сохраняются для начала нового ледообразования.

Двухлетние льды толще, их мощность около 2-х метров.

Многолетние льды голубого цвета существуют более 2-х лет – это полярный пак, толщиной 5-7 метров. Паковые льды занимают 70% всей площади льдов Северного Ледовитого океана.

Айсберги в океане

Айсберг представляет собой огромную ледяную гору, отколовшуюся от шельфовых ледников и свободно плавающую в океане.

Над поверхностью воды обычно видна только небольшая часть айсберга и около 90% его объема находится под водой.

Местом рождения айсбергов в Северном полушарии является остров Гренландия, в Южном полушарии – материк Антарктида.

По своей форме айсберги могут быть столообразные, пирамидальные, наклонные, округлые, с арками и др.

Столообразные айсберги могут иметь структуру от фирна до глетчерного льда, а их цветовая гамма непостоянна.

Отколовшийся кусок имеет белый матовый оттенок, а со временем, когда из него капли воды вытеснят газы, он окрасится в светло-голубой цвет.

В среднем их длина составляет 580 м, а высота над поверхностью воды доходит до 30 м, хотя бывают и гиганты.

Иногда на поверхности айсбергов образуются реки и озера с талой водой.

Пирамидальные айсберги являются результатом ледяных оползней. Они отличаются острыми вершинами и большой высотой над поверхностью воды.

Такой тип айсбергов имеет длину около 130 м и высотой надводной части около 54 м. Их цвет зеленовато-голубоватый, но бывает и темнее.

В толще таких айсбергов бывают включения горных пород, ила, песка.

Айсберги северной части Атлантического океана принято считать самыми опасными для судоходства. Опасность заключается в том, что в этой части океана часто возникает густой туман и увидеть эту ледяную гору возможно только с расстояния 0,5 км, а этого недостаточно, чтобы отвернуть судно в сторону.

Старые подтаявшие глыбы наиболее опасны, потому что они уже подтаяли и почти не поднимаются над поверхностью воды.

Куда будет двигаться такая ледяная глыба предсказать невозможно, поэтому в целях безопасности их окрашивают в яркий цвет, либо помечают радиомаяком, работающим в авторежиме.

Столообразные айсберги в приполярных широтах Северного полушария встречаются значительно реже и имеют небольшие размеры. Процесс разрушения айсберга начинается с момента его образования независимо от типа.

default/handbook/article/googleContextBlock.twig

Также как и воздушное пространство, водное неоднородно по своей зональной структуре. О том, что называют водной массой, мы поговорим в этой статье. Выявим основные их виды, а также определим ключевые гидротермические характеристики океанических акваторий.

Что называют водной массой Мирового океана?

Водные океанические массы – это сравнительно большие слои океанических вод, обладающие определёнными свойствами (глубина, температура, плотность, прозрачность, количество содержащихся солей и т.д) характерными для данного типа водного пространства. Формирование свойств определённого вида водных масс происходит на протяжении большого периода времени, что делает их относительно постоянными и водные массы воспринимаются, как единое целое.

Главные характеристики морских водных масс

Водные океанические массы в процессе взаимодействия с атмосферой приобретают различные характеристики, отличающиеся в зависимости от степени воздействия, а также от очага формирования.

1. Температура – один из главных показателей, по которым происходит оценка водных масс Мирового океана. Закономерно, что температура поверхностных морских вод находит свой экстремум в экваториальной широте, по мере отдаления от которой водная температура понижается.

   

2. Солёность. На солёность водных потоков влияет уровень выпадения атмосферных осадков, интенсивность испарения, а также количество пресной воды, поступающей с материков в виде крупных рек. Наибольшая солёность зарегистрирована в бассейне Красного моря: 41‰. Карта солёности морских вод наглядно видна на следующем рисунке.

   

3. Плотность водных масс напрямую зависит от того, на какой глубине от уровня моря они находятся. Это объясняется законами физики, согласно которым более плотная, а значит и более тяжёлая жидкость опускается ниже жидкости с меньшей плотностью.

Основные зоны водных масс Мирового океана

Комплексные характеристики водных масс формируются под воздействием не только территориального признака в сочетании с климатическими условиями, но и вследствие смешивания разных водных потоков. Верхние слои океанических вод более подвержены смешиванию и влиянию атмосферы, нежели более глубинные толщи воды того же географического региона. В связи с этим фактором водные массы Мирового океана подразделяются на два больших раздела:

1. Океаническая тропосфера – верхние, так называемые поверхностные слои воды, нижняя граница которых достигает 200-300, а иногда и 500 метров глубины. Отличаются наиболее подверженным влиянием со стороны атмосферных, температурно-климатических условий. Имеют разнородные характеристики в зависимости от территориальной принадлежности.

   

2. Океаническая стратосфера – глубинные воды ниже поверхностных слоёв с более устойчивыми свойствами и характеристиками. Свойства водных масс стратосферы более устойчивы, поскольку отсутствуют сильные и обширные перемещения водных потоков особенно в вертикальном разрезе.

Виды вод океанической тропосферы

Океаническая тропосфера образуется под влияние совокупности динамичных факторов: климата, осадков, а также прилива материковых вод. В связи с этим поверхностные воды имеют частые колебания температуры, уровня солёности. Движение водных масс из одной широты в другую формирует образование тёплых и холодных течений.

В поверхностных водах наблюдается наибольшая насыщенность формами жизней в виде рыб и планктона. Виды водных масс океанической тропосферы принято подразделять по географическим широтам с ярко-выраженным климатическим фактором. Назовём основные из них:

• Экваториальные.
• Тропические.
• Субтропические.
• Субполярные.
• Полярные.

Характеристика экваториальных водных масс

Территориальная зональность экваториальных водных масс охватывает географическую полосу от 0 до 5 северной широты. Экваториальный климат характеризуется практически одинаково высоким температурным режимом на протяжении всего календарного года, поэтому и водные массы данного региона прогреты в достаточной степени, достигают температурной отметки 26-28.

Вследствие выпадения обильных осадков и притока пресной речной воды с материка экваториальные океанические воды имеют небольшой процент солёности (до 34,5‰) и наименьшую условную плотность (22-23). Насыщенность водной среды региона кислородом также имеет наименьший показатель (3-4 мл/л) ввиду высокой среднегодовой температуры.

Характеристика тропических водных масс

Зона тропических водных масс занимает две полосы: 5-35 северного полушария (северо-тропические воды) и до 30 южного (южно-тропические воды). Формируются под воздействием особенностей климата и воздушных масс – пассатов.

Летний температурный максимум соответствует экваториальной широте, но зимой этот показатель опускается до отметки 18-20 выше нуля. Зона характеризуется наличием восходящих водных потоков с глубины 50-100 метров у западных прибрежных материковых линий и нисходящими потоками у восточных берегов материка.

Тропические виды водных масс имеют больший, чем у экваториальной зоны, показатель солёности (35–35,5‰) и условной плотности (24-26). Насыщенность кислородом тропических водных потоков остаётся приблизительно на таком же уровне, что и у экваториальной полосы, а вот насыщенность фосфатами превосходит: 1-2 мкг-ат/л против 0,5-1 мкг-ат/л у экваториальных вод.

Субтропические водные массы

Температура в течение года субтропической водной зоны может опускаться до 15. В тропической широте опреснение вод происходит в меньшей степени, чем в других климатических поясах, поскольку здесь выпадает малое количество осадков, в то время как идёт интенсивное испарение.

Здесь солёность вод может доходить до 38‰. Субтропические водные массы океана при охлаждении в зимний период года отдают много тепла, тем самым внося значительный вклад в процесс теплообмена планеты.

Границы субтропической зоны доходят примерно до 45 южного полушария и до 50 с.ш. Наблюдается повышение насыщенности вод кислородом, а значит и формами жизни.

Характеристика субполярных водных масс

По мере отдаления от экватора температура водных потоков снижается и варьирует в зависимости от времени года. Так на территории субполярных водным масс (50-70 с.ш и 45-60 ю.ш.) зимой температура воды падает до 5-7, а летом повышается до 12-15о С.

Солёность воды имеет тенденцию уменьшения от субтропических водных масс в направлении к полюсам. Происходит это вследствие таяния айсбергов – источников пресной воды.

Характеристика и особенности полярных водных масс

Локализация полярных океанических масс – околоматериковые полярные северные и южные пространства, таким образом, океанологи выделяют наличие арктических и антарктических водных масс. Отличительными особенностями полярных вод являются, конечно же, наименьшие температурные показатели: летом в среднем 0, а зимой 1,5-1,8 ниже нуля, что также влияет на плотность – здесь она самая высокая.

Помимо температуры, отмечается и низкая солёность (32-33‰) за счёт таяния материковых пресных ледников. Воды полярных широт очень богаты кислородом и фосфатами, что благоприятно сказывается на разнообразии органического мира.

Виды и свойства водных масс океанической стратосферы

Океаническую стратосферу океанологи условна подразделяют на три вида:

1. Промежуточные воды охватывают толщи воды на глубине от 300-500 м до 1000 м, а иногда и 2000 м. По сравнению с двумя остальными видами водных масс стратосферы, промежуточный слой наиболее освещённый, тёплый и в большей степени богат кислородом и фосфатами, а значит и богаче подводный мир планктоном и различными видами рыб. Под влиянием соседства с водными потоками тропосферы, у которой преобладает стремительно текущая водная масса, гидротермические характеристики и скорость течения водных потоков промежуточного слоя весьма динамичны. Общая тенденция движения промежуточных вод наблюдается в направлении от высоких широт к экватору. Толщина промежуточного слоя океанической стратосферы не везде одинакова, более широкий слой наблюдается у полярных зон.
2. Глубинные воды имеют ареал распространения, начиная с глубины в 1000-1200 м, и доходят до 5 км ниже уровня моря и характеризуются более постоянными гидротермическими данными. Горизонтальное течение водных потоков данного слоя гораздо меньше промежуточных вод и составляет 0,2-0,8 см/с.
3. Придонный слой воды наименее изучены океанологами в виду своей недосягаемости, ведь они располагают на глубине более 5 км от поверхности воды. Главными особенностями придонного слоя является практически постоянный уровень солёности и высокая плотность.