Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

в распределении осадочных отложений и их толщина опреде­ ляются количеством терригенного материала, поступающего с ма­ териков в виде твердого и жидкого стока.

Специальными исследованиями установлено, что на периферии океанов вблизи материков и островов толщина осадочного покрова значительно больше, чем в открытых районах. Материки окружены как бы отсыпкой, простирающейся параллельно контурам мате­ риков.

Исследования взвесей и донных осадков показывают, что основ­ ная масса осадочных материалов отлагается не на шельфе, как счи­ талось до последнего времени, а у основания материкового склона.

Г Л А В А 7. СОСТАВ МОРСКОЙ ВОДЫ И ЕЕ СОЛЕНОСТЬ

§ 20. Состав морской воды

Морская вода представляет собой универсальный раствор, в со­ став которого входят все известные химические элементы. В мор­ ской воде в растворе находятся твердые минеральные вещества, газы, микроэлементы, коллоиды и взвеси органического и неорга­ нического происхождения.

Общее количество растворенных минеральных веществ, т. е. со­

35 г солей, растворенных в 1 кг морской воды, т. е. 0,035 долей килограмма.

В океанологической практике соленость выражается в тысячных долях, т. е. в промилле, и обозначается 5%0 (35%о). Более строго солевой состав следует выражать в ионной форме.

Содержание основных ионов в морской воде характеризуется данными табл. 8.

Сумма ионов 35,16

Состав морской воды резко отличается от состава речных вод (табл. 9). В морской воде преобладают хлориды, значительное количество сульфатов и мало карбонатов. В речной воде хлориды содержатся в очень малых количествах, сульфатов несколько меньше, чем в морской воде, много карбонатов и других веществ.

Измерения солености путем определения содержания хлора представляет собой один из видов объемного количественного хи­ мического анализа.

Для морей,солевой состав вод которых отличаетсяот океани­ ческой, соотношение солености и хлорностивыражается иными формулами.

Так, например: для Черного моря

для Балтийского моря

для Азовского моря

для Каспийского моря

5°/оо=0,140+2,360С1. (13'")

В 1959 г. Лаймен и Флеминг предложили более точную формулу для определения солености по хлору, где соленость получается в виде суммы ионов:

Внастоящее время предложено несколько вариантов рабочих формул, уточняющих формулу (12), однако для того чтобы накоп­ ленный материал был сравнимым, при определении солености по хлору ею продолжают пользоваться.

Сразвитием прецизионных методов измерения электропровод­ ности морской воды в последние годы практикуется определение солености по электропроводности.

В1966 г. ЮНЕСКО совместно с Национальным институтом океанографии Великобритании опубликованы международные оке­ анологические таблицы, в которых приводится таблица для опре­ деления солености в пределах 29,196—42,168%0 по электропроводно­ сти в интервале 0,85000—-1,17999 (с точностью до 0,00001).

§ 22. Водный и солевой баланс

Изменения солености в различных районах Мирового океана зависят от физико-географических, гидрометеорологических и оке­ анологических факторов. Наибольшее значение имеют: испарение с поверхности моря, выпадение осадков, приток материковых вод, процессы ледообразования и таяния льдов. Кроме того, большое значение имеют и динамические факторы — вертикальное переме­ шивание слоев и горизонтальный перенос водных масс течениями (адвекция солей).

Приток пресных вод с материков, выпадение осадков, приток менее соленых вод из соседнего района океана или моря, а также процесс таяния льдов опресняют морские воды, понижая их соле­ ность. Процессы испарения и ледообразования, сопровождающиеся выпадением солей в рассол, а также приток более соленых вод, вносимых течениями, повышают соленость.

Изменения всего комплекса этих процессов во времени и в про­ странстве определяют пространственное и вертикальное распреде­ ление солености, сезонные, многолетние и другие изменения ее. Солевой баланс морей и океанов связан с изменением компонентов водного баланса.

Приходную часть водного баланса составляют атмосферные осадки, выпадающие на поверхность моря, пресные воды, приноси­ мые реками, воды от таяния морского льда и, наконец, приток воды из соседнего водоема. Расходную часть водного баланса этого же объема воды составляют потери воды на испарение, на образование льда и отток воды в соседние водоемы. Для некоторых морей учи­ тывается расход воды на просачивание через дно.

Уравнение водного баланса можно записать в виде

где О — количество осадков, выпадающих на поверхность водоема;

чина осадков и вод берегового стока превышает потери на испаре­ ние. Если / > 0 + 5, пресный баланс отрицательный. В первом слу­ чае происходит понижение солености воды в море, а во втором — повышение. Вот почему, например, в экваториальной зоне, где ко­ личество осадков превышает испарение, соленость несколько пони­ жена по сравнению с пассатными зонами. В пассатных зонах высо­ кое испарение не лимитируется выпадением осадков, поэтому соленость здесь высокая. В морях большое значение имеет и во­ дообмен с соседним морем или океаном.

Все перечисленные факторы определяют режим и изменения солености вод океанов и морей. Так как соленость — наиболее кон­ сервативное, установившееся свойство вод Мирового океана, то мо­ жно говорить и о балансе солей. Приходная часть солевого баланса слагается из поступления солей: а) с материковым стоком, б) с ат­ мосферными осадками, в) из недр Земли в виде продуктов дегаза­ ции мантии, г) при растворении пород на дне океанов и морей.

Годовой сток растворенных веществ, поступающих с материко­ выми водами в океан, примерно равен 3200 млн. т.

Продукты дегазации мантии поступают в океан при извержении подводных вулканов и с горячими источниками. В этих продуктах

преобладают соединения углерода (СО2 и СО), серы (S 03, SO2, S, H2S), галогены (Cl, F) и водород (Н).

Если принять, что на поверхность океана выпадает атмосферных осадков 324 тыс. км3 в год, то в океан попадает приблизительно 1,0—1,3 млрд, т солей.

Расход солей происходит при: а) выпадении солей в осадок, б) выкристаллизовывании солей из рассола солевых ячеек льда при низких температурах (до —55°С), в) испарении морской воды

врайонах с жарким климатом в закрытых и полузакрытых морях, г) выносе солей при разбрызгивании воды ветром и других менее эффективных процессах.

Из всех компонентов прихода и расхода солей наибольшее зна­ чение имеют приток с материковым стоком и из недр Земли за счет дегазации мантии, а также выпадение солей из морской воды

восадок, компенсирующие друг друга. Общее количество солей,

растворенных в морской воде, достигающее примерно (47-r-56) X X Ю15 т, настолько велико, что изменения, связанные с приходом и расходом, а также влиянием различных факторов, не отражаются на общем солевом составе морской воды.

В течение длительных отрезков времени — геологических эпох — солевой состав вод Мирового океана можно считать установив­ шимся. Это связано с тем, что приход солей балансируется расхо­ дом и, кроме того, количество солей, поступающих или выпадаю­ щих из состава морской воды, настолько незначительно по срав­ нению с солевой массой, находящейся в ее растворе, что требуются очень большие промежутки времени (200 000—160 000 лет) для того, чтобы соленость изменилась на 0,02—0,01%о-

§ 23. Происхождение морской воды и ее солености

Вопрос о происхождении морской воды и ее химического со­ става окончательно не решен. Существовали две гипотезы проис­ хождения морской воды и ее солей. Первая предполагала, что в процессе формирования планеты и ее атмосферы из паров, оку­ тывавших неостывшую Землю, с дождями, воды которых запол­ нили впадину Мирового океана, были внесены и все основные химические элементы, находящиеся в растворе в морской воде. Вторая гипотеза предполагает, что интенсивный материковый сток

ивыделение воды и вещества из подкоровых областей планеты определили состав морской воды и ее соленость.

Вопрос о происхождении морской воды спорен, поэтому решение его связано с анализом результатов различных геологических, гео­ химических и других исследований. В последние годы в СССР вы­ полнен эксперимент по получению морской воды при выплавлении

иостывании базальтов. Данные геохимических исследований пока­ зывают, что океан возник в процессе развития Земли как специфи­ ческая ее оболочка с массой водного раствора 1,4-ІО24 г. Этот раствор имеет состав и концентрацию, близкие к ювенильной воде,

особенно по содержанию хлора и брома (см. стр. 180). Современная морская вода, по А. П. Виноградову, есть продукт приспособления ювенильного раствора, поступающего из мантии, к условиям по­ верхности Земли. Элементы, выделяемые в процессе дегазации ман­ тии, находятся в составе современной морской воды. Изменения, которые она претерпевала в процессе эволюции Земли, обуслов­ лены главным образом появлением жизни, особенно процесса фо­ тосинтеза и связанного с ним кислорода. Богатая хлоридами и бедная карбонатами морская вода существенно не изменялась

втечение 2,5—2 млрд. лет. Академик В. И. Вернадский называет

еехарактерной постоянной Земли, т. е. ее планетарной константой.

§ 24. Распределение солености на поверхности Мирового океана

Распределение солености на поверхности Мирового океана нахо­ дится в непосредственной зависимости от основных физико-геогра­ фических факторов, рассмотренных на стр. 55. На рис. 8, 9 (см. вкладку) приведены изолинии равной солености, называемые и з о - г а л и н а м и , схематически показывающие распределение солено­ сти на поверхности летом и зимой. Если эти схемы совместить с картами элементов водного баланса, в частности его пресной со­ ставляющей, то легко заметить, что близ экватора, в экваториаль­ ной полосе, расположена область пониженной солености (34— 35%о). Здесь осадков выпадает много, а испарение, напротив, по­ нижено, несмотря на высокую температуру воздуха, вследствие большой влажности и господства штилевой погоды. При положи­ тельном пресном балансе имеет место понижение солености. К се­ веру и югу от экваториальной полосы, в зонах пассатов, осадков выпадает мало. Сильные ветры, большая сухость воздуха и высокие температуры при ясном небе способствуют увеличению испарения. В результате отрицательного пресного баланса соленость поверх­ ностных вод увеличивается до 37,5%о в Атлантическом и 36—36,5%0 в Тихом и Индийском океанах. К северу и югу от границ пассатных зон соленость постепенно уменьшается вследствие увеличения коли­ чества осадков и уменьшения испарения. На крайнем севере и юге уменьшение солености происходит под влиянием появления плаву­ чих льдов, таяние которых увеличивает поступление пресной воды. Таким образом, распределение солености на поверхности Мирового океана носит в значительной мере черты широтной зональности, что хорошо видно на картах изогалин.

Широтная зональность в распределении солености на поверх­ ности Мирового океана нарушается под влиянием течений, впаде­ ния больших рек, образования и таяния льда. Теплые течения, рас­ пространяющиеся из низких широт в полярные районы, несут воды с высокой соленостью, а опресненные полярные воды переносятся холодными течениями в умеренные широты.

Так, например, под влиянием Северо-Атлантического течения соленость вод в северо-восточной части Атлантического океана до­ стигает 35%о (и несколько больше) — величины, нигде не встречаю­