Содержание
Вода на Земле занимает 70,8% поверхности: 61% — в Северном полушарии и 81% — в Южном. По определению это морская вода. Её свойства влияют на многие процессы на поверхности и в атмосфере нашей планеты.
Физико-химические свойства морской воды
Площадь воды на Земле составляет 1380 миллионов км³. Основная часть – это морская вода (97,2 %) и лёд (2,15%), которые не могут использоваться напрямую. Легкодоступная пресная вода (озера, реки, некоторые грунтовые воды) составляет всего 0,07% от общего ресурса, или около миллиона км³. Но распределение этой воды по земному шару очень неравномерно.
Химический состав морской воды
Из 94 природных химических элементов, описанных в таблице Менделеева, большая часть входит в состав морской воды в следовых количествах. Этот раствор состоит на 96,5% из чистой воды и на 3,5% из растворенных веществ (солей, газов). Хотя хлор и натрий являются наиболее распространенными компонентами, океанографы и климатологи полагаются на измерения других элементов, чтобы оценить прошлые температуры океана.
В частности, речь идет о соотношении количества вещества кальция (Ca), магния (Mg) и стронция (Sr) в форме Mg/Ca и Sr/Ca на один моль. В 1865 году датский геолог обнаружил, что эти так называемые молярные соотношения одинаковы независимо от рассматриваемой области Мирового океана. Это принцип Форчхаммера, названный в честь его изобретателя.
То есть, если общая концентрация растворенных солей будет варьироваться в зависимости от места, доля наиболее важных компонентов останется примерно постоянной. Отсюда следует уверенность в том, что воды разных океанов смешались бы очень быстро (по сравнению с геологическими периодами времени, исчисляемыми миллионами лет), при этом потоки на входе и выходе были бы сбалансированы.
Интересно! Что такое Мировой океан и из каких частей он состоит
Потребовалось сотрудничество исследователей из более чем десяти стран, чтобы разрушить эту догму. Они собрали и проанализировали в ходе 79 океанографических экспедиций более 1000 проб воды из 14 морских экосистем, расположенных от поверхности до глубины 6000 метров.
Такие исследования позволяют учёным понять как образуется морская вода и как развивалась жизнь на земле в течение миллионов лет.
Состав морской воды (основные элементы)
| Химический элемент | % по массе |
| Кислород | 85,84 |
| Водород | 10,82 |
| Хлор | 1,94 |
| Натрий | 1,08 |
| Магний | 0,1292 |
| Сера | 0,091 |
| Кальций | 0,04 |
| Калий | 0,04 |
| Бром | 0,0067 |
| Углерод | 0,0028 |
Химический состав морской воды очень сложен, в связи с этим формулу этого вещества сложно окончательно определить. Для бытовых нужд используют стандартную формулу Н2О.
Физические свойства морской воды
Физические свойства морской воды отличаются от свойств пресной воды.
Сравнение характеристик пресной (чистой воды) и морской воды:
| Наименование показателя | Морская вода с солёностью 35% | Чистая вода |
| Плотность при 25 °C, г/см3 | 1,02412 | 0,9971 |
| Вязкость при 25 °C, миллипуаз | 9,02 | 8,90 |
| Давление пара при 20 °C, мм. рт. ст. | 17,35 | 17,54 |
| Температура максимальной плотности, °C | -3,52 (переохлаждённая жидкость) | +3,98 |
| Точка замерзания, °C | -1,91 | 0,00 |
| Поверхностное натяжение при 25 °C, дин/см | 72,74 | 71,97 |
| Скорость звука при 0 °C, м/с | 1450 | 1407 |
| Удельная теплоёмкость при 7,5 °C, Дж/(г·°C) | 3,898 | 4,182 |
Морская вода замерзает при температуре около 2°С и уменьшается при увеличении содержания соли. В 2010 году была отмечена самая низкая температура замерзания морской воды в Антарктиде –2°С.
Средний рН морской воды колеблется от 7,5 до 8,4: морская вода является слабощелочной средой.
Из-за содержания тяжёлых металлов жёсткость морской воды очень велика.
Плотность воды зависит от солёности и давления. При давлении в 1 атм её плотность — 1023,6 кг/м³. На глубине плотность значительно увеличивается и может быть более 1050 кг/м³.
В воздухе скорость звука при давлении 1 атм – 330м/сек, а в морской воде это 1500 м/сек.
Интересно! Откуда берётся вода в реках и их роль на Земле
Теплопроводность морской воды с увеличением температуры повышается, а когда возрастает солёность – уменьшается.
Солёность морской воды
Морскую воду нельзя пить из-за её солёности. Средняя солёность воды в Мировом океане составляет примерно 3,5%. Но в разных морях солёность сильно отличается. Самая солёная вода в Красном море и на востоке Средиземного. Менее солёная — вблизи устьев впадающих рек и после длительных обильных осадков.
Часто говорят про солёность Мёртвого моря в 300-310%. Но этот водоём морем не является. Это бессточное солёное озеро. Отличается и солёность других морей.
| Море | Содержание солей в г/л |
| Средиземное море | От 36 до 39 |
| Красное море | Около 40 |
| Каспийское море | 13 |
| Мертвое море | От 270 до 350 |
| Персидский залив | 36-39 |
Почему в морях вода синяя
Морская вода — это бесцветная жидкость. Но все моря и океаны в основном синие, потому Землю и называют Голубой планетой. Почему морская вода синяя?
Это не случайно. Земля на 71% покрыта водой красивого синего цвета, хорошо видимого из космоса. Откуда взялся этот синий цвет? Некоторые считают, что это отражение на поверхности моря рассеянного света с неба. Вот почему море синее в хорошую погоду, когда само небо голубое, и довольно серое — в плохую погоду, когда эта погода тоже серая. Но это совсем не так.
Спелеологи обнаружили, что даже в пещерах, защищенных от неба, вода голубая, если ее осветить белым светом. Это связано с тем, что при белом свете солнечное излучение попадает на поверхность воды: одна часть отражается (причина синего цвета поверхности воды), а другая преломляется и попадает в воду.
Однако белый свет фактически состоит из нескольких длин волн, каждая из которых отвечает за цвет в видимом спектре. Вот почему свет, преломленный каплями дождя, образует многоцветную радугу. Каждая длина волны (цвет) не так быстро поглощается молекулами воды.
Первыми исчезают красные и желтые волны на глубине от 10 до 30 метров. Около 60 метров — исчезает зеленый цвет, и остается только синий, который в конечном итоге поглощается на глубине 90 метров. Следовательно, цвет, который наиболее преломляется морем, — это синий, что и объясняет его цвет. Иногда, когда вода богата фотосинтетическими фитопланктонами, синие волны быстрее поглощаются хлорофиллом, а море приобретает зеленый оттенок, поскольку это единственная оставшаяся видимая длина волны.
Опреснение воды
По данным Института водных ресурсов, сегодня на Земле более 250 миллионов человек не имеют установленного прожиточного минимума пресной воды в 1000 м³ на душу населения в год. Четыреста миллионов человек живут в условиях нехватки воды, что оценивается в 1000-2000 м³ на душу населения в год.
По оценкам, 2,5 миллиарда человек могут пострадать от нехватки воды в 2050 году, учитывая изменение демографической ситуации и увеличение потребления воды. Поэтому очень остро стоит проблема опреснения морской воды.
Современные технологии опреснения воды подразделяются на две категории в соответствии с применяемым принципом:
- тепловые процессы, включающие фазовую смену: замораживание и перегонка;
- процессы с использованием мембран: обратный осмос и электродиализ.
Среди вышеупомянутых процессов дистилляция и обратный осмос — это технологии, которые доказали свою эффективность при опреснении морской воды. Действительно, эти два процесса наиболее широко используются на мировом рынке опреснения. Другие технологии не получили значительного развития в этой области из-за проблем, обычно связанных с потреблением энергии и/или значительными инвестициями, которые на это требуются.
Независимо от предполагаемого способа разделения соли и воды, все опреснительные установки состоят из 4 этапов:
- забор морской воды с насосом и грубой фильтрацией;
- предварительная обработка с более тонкой фильтрацией, добавлением биоцидных соединений и антиперспирантов;
- сам процесс опреснения;
- последующая обработка с возможной реминерализацией произведенной воды.
После выполнения этих 4 этапов морская вода становится пригодной для питья или пригодной для промышленного использования. Она должна содержать менее 0,5 г солей на литр.
Обратный осмос
Обратный осмос — это процесс разделения воды и растворенных солей с помощью полупроницаемых мембран под действием давления (от 54 до 80 бар для очистки морской воды). Этот процесс работает при комнатной температуре и не требует изменения фазы. Используемые полимерные мембраны пропускают молекулы воды и не пропускают частицы, растворенные соли, органические молекулы.
Энергия, необходимая для обратного осмоса, — это электрическая энергия, потребляемая в основном насосами высокого давления.
Содержание солей в осмосированной воде составляет порядка 0,5 г на литр.
Мнение эксперта!
Ольга Юдина, врач-терапевт
Морская вода может быть очень полезна при профилактике и лечении некоторых заболеваний. Полоскание морской водой помогает при ангинах и ларингитах. Промывание носовой полости рекомендуют людям, страдающим ринитом. Регулярное купание в море уменьшает аллергические реакции на коже и способствует закаливанию организма.
Более 70% поверхности нашей планеты покрыто водой. Вода Мирового океана (морская вода) содержит практически все элементы таблицы Менделеева, она солёная и пить её нельзя. Физические свойства пресной и морской воды различаются. Физические параметры изменяются в зависимости от давления и солёности воды. Опреснение морской воды может помочь в ликвидации дефицита пресной воды на Земле.
