Плотность морской воды зависит от давления, температуры и солености. Плотность морской воды близка к 1.025 г/см куб. Охлаждаясь, вода становится еще более тяжелой. Давление также увеличивает плотность морской воды. Поэтому на глубине 5000 м плотность морской воды возрастает до 1.050 г/см куб. Как правило, океанографы не измеряют плотность непосредственно, предпочитая вычислять ее по данным о температуре, солености и давлении. Часто их интересует зависимость плотности морской воды только от температуры и солености.
Обычно плотность, при вычислении которой давление не учитывается, возрастает с глубиной. В этом случае говорят, что вода устойчиво стратифицирована. В стратифицированном океане трудно перемещать воду поперек линий постоянной плотности, это значительно легче сделать вдоль таких линий. Говоря языком физики, для перемещения воды поперек линий постоянной плотности нужно совершить работу - увеличить потенциальную энергию. Для перемещения воды вдоль линий постоянной плотности нужно лишь преодолеть трение воды, а морская вода обладает повышенной «текучестью».
В океане не только холодно, но и темно. На глубине свыше 100 м невозможно увидеть днем ничего, кроме редких биолюминисцентных вспышек света от проплывающих рыб и зоопланктона. В отличие от атмосферы, сравнительно прозрачной для всех волн электромагнитного спектра, океан непроницаем для них. Ни длинные радиоволны, ни коротковолновое ультрафиолетовое излучение не могут проникнуть в его глубины.
В любой текучей среде, включая морскую воду, потери солнечного излучения довольно хорошо описываются так называемым законом Беера, который гласит, что количество энергии, поглощенной на некотором расстоянии, пропорционально исходному ее количеству. Это дает возможность охарактеризовать морскую воду с помощью коэффициента относительного пропускания. Коэффициент пропускания меняется у воды в зависимости от длины волны излучения, и в частности видимая часть спектра солнечного света пропускается водой значительно лучше, чем излучение с более короткими или более длинными волнами. Различие между пресной и соленой морской водой в этом отношении не играет роли.
Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает менее 1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды.
Из-за непрозрачности океана для электромагнитного излучения мы лишены возможности использовать радиоволны и радары для изучения океана. Погрузившаяся подводная лодка может принять радиосообщение только через плавающую на поверхности антенну либо с помощью радиоустройств, работающих на волнах такой длины, при которой закон Беера уже не выполняется. С другой стороны, для звуковых волн океан гораздо более проницаем, чем атмосфера, и по причине своеобразного изменения скорости звука в водной толще он может распространяться в океане на чрезвычайно большие расстояния.
Скорость звука в океане меняется в зависимости от давления, температуры и солености - 1500 м/с, что в 4 - 5 раз превышает скорость звука в атмосфере. С увеличением температуры, солености и давления скорость звука возрастает. Скорость звука в воде не зависит от его высоты или частоты.
Звук в океане распространяется не по прямой линии, он всегда отклоняется в сторону, где скорость меньше.
В соответствии с увеличением давления скорость звука растет с глубиной. Совместное влияние температуры и давления обычно приводит к тому, что где-то в промежуточном слое между поверхностью и дном океана скорость звука принимает минимальное значение. Этот слой минимума скорости называют звуковым каналом. Из-за того, что путь звука всегда искривляется в сторону слоя воды с меньшей скоростью распространения, слой минимума скорости канализирует звук.
Звуковой канал в океане обладает свойством непрерывности. Он простирается почти от поверхности океанических вод в полярных широтах до глубины около 2000 м у берегов Португалии, при средней глубине порядка 700 м. Сверхдальнее распространение звука в океане объясняется тем, что и источник звука, и улавливатель находятся возле оси звукового канала.
Океанская вода содержит соли, газы, твердые частицы органического и неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3.5%, но от них зависят определенные свойства воды.
Таблица 1.
Состав морской воды
| Компонент | Концентрац.г/кг | Компонент | Концентрация г/кг |
| Хлор | 19.353 | Бикарбонат | 0.142 |
| Натрий | 10.760 | Бром | 0.067 |
| Сульфат | 2.712 | Стронций | 0.008 |
| Магний | 1.294 | Бор | 0.004 |
| Кальций | 0.413 | Фтор | 0.001 |
| Калий | 0.387 |
Таблица 2.
Химический состав планктона (в микро граммах элемента на грамм сухого веса планктона)
| фитопланктон | зоопланктон | фитопланктон | зоопланктон | ||
| Si | 58000 | - | Ti | 30 | --- |
| Na | 11000 | 68000 | Cr | 4 | --- |
| K | 12000 | 11000 | Cu | 8.5 | 14 |
| Mg | 14000 | 8500 | Ni | 4 | 6 |
| Ca | 6100 | 15000 | Zn | 54 | 120 |
| Sr | 320 | 440 | Ag | 0.4 | 0.1 |
| Ba | 110 | 25 | Cd | 2 | 2 |
| Al | 200 | 23 | Pb | 8 | 2 |
| Fe | 650 | 96 | Hg | 0.2 | 0.1 |
| Mn | 9 | 4 |
Большинство из металлов в водах океана присутствует в морской воде в крайне малых количествах. Как показывает таблица, живые организмы извлекают металлы из морской воды. Чаще всего концентрация металлов в живых организмах в сравнении с их содержанием в морской воде не превышает концентрации фосфора.
Погружающееся с поверхности океана вещество включает множество частиц с большой реакционной поверхностью. Частицы из кичи марганца и железа также обладают обширными активными поверхностями. Некоторые из них осаждаются из верхних слоев океана, а другие образуются при окислении восстановленного железа и марганца, диффундирующих из донных отложений или приносятся горячими водами из области раздвигающихся срединно-океанических хребтов. Такие соединения захватывают металлы. Самое яркое подтверждение этому - железомарганцевые конкреции на дне океанов, в которых содержится до 1% никеля и меди, а также многие другие металлы.
Подобное захватывание металлов еще эффективнее происходит в прибрежных водах, где постоянное взмучивание наносов и биологическая переработка толщи отложений обеспечивают непрерывный поток окисляющегося железа и марганца в растворе из донных отложений.
После попадания металлов в донные отложения, вероятность их повторного появления в вышерасположенной толще воды очень мала, хотя некоторое перераспределение внутри самих отложений и наблюдается.
Значение М.о. для окружающей среды
Движение атмосферных фронтов над океаном, циркуляция водных масс, наконец, тектоническая эволюция дна - все эти процессы прямо или косвенно влияют на среду, в которой живут люди.
Если бы наша атмосфера состояла только из основных газов: азота, кислорода и аргона, то она была бы прозрачной для инфракрасной радиации. В результате обратно отраженная от поверхности Земли радиация могла бы без изменения пройти через атмосферу. Однако воздух, кроме трех основных газов, содержит небольшое количество углекислого газа (0,03%) и водяных паров. И углекислый газ, и водяные пары в атмосфере сильно адсорбируют инфракрасную радиацию. Кроме того, при конденсации водяных паров образуются облака, которые отражают и рассеивают поступающий солнечный свет.
Перенос тепла от земной поверхности в атмосферу происходит тремя путями. Часть энергии переносится тепловым излучением. Часть переноса осуществляется нагреванием воздуха, который входит в контакт с сушей. Однако наибольшая часть переноса осуществляется испарением воды. Водяные пары, поднимаясь в атмосферу, конденсируются в различные виды облаков и выпадающие осадки (дождь или снег), и таким образом атмосфера получает тепло за счет испарения.
На Земле вода играет важную роль как аккумулятор тепла, потому что она поглощает инфракрасную радиацию, а также вследствие механизма испарения и конденсации. Над засушливыми районами эти влияния уменьшаются, и поэтому именно здесь мы наблюдаем самые большие суточные и годовые амплитуды температуры. С другой стороны, во влажных океанических районах наблюдаются наименьшие изменения температуры. Кроме того, так как океан является большим резервуаром тепла по сравнению с сушей, он хранит большие количества тепла и в дальнейшем таким образом ослабляет годовые колебания температуры. Поступающая на Землю солнечная радиация взаимодействует с атмосферой, облаками и поверхностью Земли. Энергия переносится от экватора по направлению к полюсу ветрами и океаническими течениями, которые обусловлены различным нагреванием земной поверхности. Мировой океан играет важную роль в энергетическом балансе Земли.
6. Природные ресурсы М.о. и их использование
Океан занимает 71% площади поверхности Земли и получает больше солнечной энергии, чем суша. Его вклад в обеспечение человека пищей значителен - морские продукты обеспечивают человека важными микроэлементами. Океан поставляет мех, химические продукты. Развитие химии и физики позволяет использовать морскую воду (источник ценных веществ), механическую силу волн, течений и прилива.
Различают два вида рыбного промысла: поверхностный и глубинный. При поверхностном промысле ловят все виды морских организмов, обитающих в верхних слоях воды, прежде всего сельдь, макрель и кильку. Объектом глубинного лова являются все виды морских организмов, живущих вблизи дна или на самом дне (различные виды тресковых и камбаловых рыб).
Морепродукты
Морской улов включает многочисленные виды организмов. Среди пищевых видов рыб можно различить четыре совершенно разных экологических типа (см. Таб.3).