Какие ионы содержатся в морской воде
Морска́я вода́ — вода морей и океанов. Солёность Мирового океана составляет в среднем 3,47 % (34,7 ‰), с колебаниями от 3,4 до 3,6 % (34-36 ‰). Это значит, что в каждом литре морской воды растворено 35 граммов солей (в основном хлорида натрия). Это 0,6 моль/литр (в предположении, что вся соль представляет собой NaCl, что на самом деле не так)[1].
Свойства морской воды[править | править код]
Солёность[править | править код]
Химический состав морской воды
В океанах солёность воды почти повсеместно близка к 3,5 %, однако в морях вода имеет неравномерно распределённую солёность. Наименее солёной является вода Финского залива и северной части Ботнического залива, входящих в акваторию Балтийского моря. Наиболее солёной является вода Красного моря и восточная часть Средиземного моря. Солёные озёра, такие как Мёртвое море, могут иметь значительно больший уровень содержания солей.
Морская вода слабощелочная, pH варьируется в пределах от 7,5 до 8,4. Относительно высокая стабильность pH связана с наличием карбонатной буферной системы[2][3][4]. Несколько меньшее значение для поддержания pH имеет боратная система[5]. Наиболее высоко значение pH у поверхности моря, с глубиной оно несколько снижается. В опреснённых участках величина pH может снижаться до нейтральной и даже слабокислой[6].
| ||||||||||||||||||||||||||||
|
Биогенные вещества[править | править код]
Биогенные элементы необходимы для живых организмов. К ним относят фосфор, азот (в неорганических соединениях) и (для некоторых организмов) кремний. Важную роль играют металлы, встречающиеся в следовых количествах[8].
Содержание биогенных веществ в морской воде непостоянно, и различается в зависимости от места, глубины и времени взятия пробы. Обычно их содержание минимально у поверхности, возрастает до максимума до глубины 1000—1500 метров, и затем снова плавно снижается. Содержание фосфатов может резко повышаться у дна океана[9].
При апвеллинге вода поднимается к поверхности и приносит туда содержащиеся в ней биогены.
Растворённые газы[править | править код]
Контактируя с атмосферой, морская вода обменивается с воздухом содержащимися в нём газами: кислородом, азотом и углекислым газом. Эти же газы попадают в морскую воду в результате химических и биологических
процессов, протекающих в океане. Некоторое количество газов вносится в океан с речной водой.
Количество газов, растворенных в морской воде, зависит от их растворимости и от парциального давления в воздухе. С повышением температуры растворимость газов и, соответственно, содержание их в морской воде уменьшается.
Соотношение растворенного кислорода и азота в морской воде отличается от их соотношения в атмосфере. Из-за лучшей растворимости кислорода концентрация его в воде относительно выше, его соотношение с азотом 1:2[10].
В анаэробных условиях в воде может накапливаться сероводород — например, в Черном море на глубине более 200 метров.
Физические свойства[править | править код]
Плотность морской воды колеблется в пределах от 1020 до 1030 кг/м³ и зависит от температуры и солености. При солености, превышающей 24 ‰, температура максимальной плотности становится ниже температуры замерзания[11] — при охлаждении морская вода всегда сжимается, и плотность её растет[12].
Скорость звука в морской воде — около 1500 м/с.
| Морская вода | 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[1] |
| 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 |
Геохимическое объяснение[править | править код]
Научное объяснение появлению солёной воды в море было положено работами Эдмунда Галлея в 1715 году. Он предположил, что соль и другие минералы вымывались из почвы и доставлялись в море реками. Достигнув океана, соли оставались и постепенно концентрировались. Галлей заметил, что большинство озёр, не имеющих водной связи с океанами, имеют солёную воду.
Теория Галлея отчасти верна. Вдобавок к ней следует упомянуть, что соединения натрия вымывались из дна океанов на ранних этапах их формирования. Присутствие другого элемента соли, хлора, объясняется его высвобождением (в виде хлороводорода) из недр Земли при извержениях вулканов. Атомы натрия и хлора постепенно стали основными составляющими солевого состава морской воды.
Непригодность для питья[править | править код]
Морская вода непригодна для питья из-за высокого содержания солей и минеральных веществ, для выведения которых из организма требуется воды больше, чем её выпитое количество. Однако после опреснения такую воду можно пить.
В 1950-х годах французский врач и путешественник Ален Бомбар экспериментально доказал, что морскую воду можно без вреда для здоровья пить в небольших (порядка 700 мл/сутки) количествах в течение 5—7 дней[13]. См.также Физиологическая адаптация. Распреснённая морская вода соленостью в 3-4 раза ниже океанической (не более 8—11 промилле) в некоторых заливах, лагунах, эстуариях, куда впадают крупные реки, таких морях, как Азовское, Балтийское, Каспийское, намного менее вредна, чем океаническая, и может понемногу применяться для питья и выживания в чрезвычайных ситуациях. Аналогичное достигается, если разбавить океанскую воду пресной как минимум в соотношении 2:3.
Морская вода в гигиене[править | править код]
В Гонконге морская вода широко используется в сливных системах туалетов. Более чем 90 % из них используют для смыва именно морскую воду в целях экономии воды пресной. Начало этой практике было положено в 1960-х и 1970-х годах, когда добыча пресной воды стала затруднительна для жителей бывшей британской колонии.
См. также[править | править код]
- Морская соль
- Кларковое число
- Пресная вода
- Опреснение воды
- Загрязнение пресных вод
- Загрязнение океанов
Примечания[править | править код]
- ↑ 1 2 3 Хорн, 1972, с. 51.
- ↑ Хорн, 1972, с. 160.
- ↑ Zeebe et al, 2001, с. 3.
- ↑ Схема карбонатной системы океана (по R. Zeebe 2001):
Б.
Находящаяся в равновесии с атмосферой океанская вода при солёности 35 ‰ и температуре 25 °C имеет pH 8,1. Соотношение форм неорганического растворённого углерода при этом: - ↑ Zeebe et al, 2001, с. 8.
- ↑ Хорн, 1972, с. 139.
- ↑ Chapter 5 — Physical and thermodynamic data
- ↑ Grasshoff et al, 1999, с. 159.
- ↑ Grasshoff et al, 1999, с. 160.
- ↑ Смирнов и др., 1988, с. 37.
- ↑ Вейль, 1977, с. 89—90.
- ↑ в отличие от пресной воды, имеющей максимальную плотность при 4 °C.
- ↑ Ален Бомбар. За бортом по своей воле. — М.: Альпина Паблишер, 2014. — 234 с. — ISBN 978-5-9614-4794-1.
Литература[править | править код]
- Хорн Р. Морская химия (структура воды и химия гидросферы) = Marine Chemistry (The structure of Water and the Chemistry of Hydrosphere). — Москва: Мир, 1972. — (Науки о земле).
- Руководство по химическому анализу морских вод (РД52.10.243-293) / С. Г. Орадовский. — С.-Пб: «Гидрометеоиздат», 1993. — (Руководящий документ).
- Zeebe R. E., Wolf-Gladrow D. CO2 in Seawater: equilibrum, kinetics, isotopes. — Elsevier Science B.V, 2001. — P. 346. — (Elsevier Oceanography Series). — ISBN 0 444 50579 2.
- Grasshoff K., Kremling K., Ehrhardt M. Methods of seawater analysis. — Third, Completely Revised and Extended Edition. — WILEY-VCH, 1999. — ISBN 3-527-29589-5.
- Смирнов Г.Н., Курлович Е.В., Витрешко И.А., Мальгина И.А. Гидрология и гидротехнические сооружения: Учеб. для вузов по спец. «Водоснабжение и канализация» / под ред. Г.Н. Смирнова. — Высш. шк.. — М., 1988. — 472 с. — 10 000 экз.
- Вейль П. Популярная океанография = Oceanography. An Introduction to the Marine Environment by Peter K. Weyl / Пер. с англ. Г.И. Баранова, В.В. Панова, А.О. Шпайхера. Под ред. А.Ф. Трешникова. — Л.: «Гидрометеоиздат», 1977. — 504 с илл. с. — 50 000 экз.
Ссылки[править | править код]
- Морская вода — статья из Большой советской энциклопедии.
- Морская вода на vodoobmen.ru
Из чего состоит?
В водах мирового океана растворены в большей или меньшей степени все элементы периодической системы Менделеева.
В процентном соотношении воды 96,5, оставшиеся 3,5 – примеси.
Химический состав морской воды разнится в зависимости от ее происхождения.
На заметку! В природном варианте химический состав подразделяют на пять основных групп. Первая ответственна за солевой состав, оставшиеся четыре – за концентрацию примесей.
Главные ионы
В данную подгруппу, занимающую 99,98 % от общей массы примесей, входят 11 элементов:
- Хлор (Cl).
- Натрий (Na).
- Сульфат.
- Магний (Mg).
- Кальций (Ca).
- Калий (K).
- Бикарбонат, иное название карбо уголь.
- Бром (Br).
- Барит.
- Стронций (Sr).
- Фтор (F).
Некоторые элементы представлены в виде минералов.
Растворенные газы
Группа инертных газов:
- Кислород (O2).
- Аргон (Ar).
- Азот (N2).
- Углекислый (Co2).
- Сероводород (H2S).
Справка! Соотношение кислорода к азоту в морской воде равно пропорции 1 к 2, а не 1 к 4 в отличии от воздуха.
Биогенные составляющие
В состав подгруппы входят:
- Углерод (С).
- Водород (Н).
- Фосфор (Р).
- Кремний (Si).
- Железо (Fe).
- Марганец (Mn).
Перечисленные элементы как в чистом виде, так и в виде соединений, составляют морские организмы.
Микроэлементы
Подгруппа составляющих в концентрации менее 1*10-6. Сюда входит большинство элементов периодической системы.
Органические вещества
Данная подгруппа состоит из особых элементов – результатов естественных биологических процессов в океане, и аллохтонных составляющих.
Последняя группа возникает при влиянии сторонних факторов, в том числе человеческого воздействия.
Морская вода, созданная в домашних условиях, представлена аналогичным составом, но в меньшей концентрации. Основой служит пресный аналог с растворенной в нем солевой смесью.
Важно! Морскую воду можно как приобрести в аптеке, так и создать в домашних условиях. Однако разница с оригиналом существенна и, при возможности, стоит использовать природный вариант.
Хим. состав, перечисленный выше, усреднен. В зависимости от географического положения водоема, а так же природных факторов, концентрация примесей может меняться.
Отличается ли в разных морях?
С учетом среднегодового климатического фона, в каждом море свой химический состав.
Процентное различие солености морей относительно океанических вод по мере убывания:
- Мертвое – 29,8-31,5%;
- Черное – 17,0-18, %;
- Азовское — 13,8-14,0 %;
- Каспийское – 12,8-13,0%;
- Балтийское – 5-10 %.
В зависимости от места забора пробы, состав элементов и их концентрация может разниться.
Каспийское море более насыщено сульфатами калия и магния, Мертвое — отличается максимальной концентрацией брома, Балтийское содержит большее количество воды и меньшее примесей. Черное море отличается богатством сероводородными соединениями. Эти воды наиболее схожи с составом крови человека.
Азовское море опреснено благодаря большим объемам поступающих речных вод. Поэтому его состав обогащен ионами натрия — 3,496, калия — 0,132, магния — 0,428, кальция — 0,172, хлора — 6,536, брома — 0,021, сульфат — 0,929, гидрокарбонат — 0,169.
Физические свойства
В зависимости от температурного режима и солености, разнятся и показатели физических свойств.
В усредненном диапазоне температуры и солености, получают следующие данные:
- 1020 — 1030 кг/м³;
- Скорость звука 1500 м/с.
- Вязкость 9,02 миллипуаз;
- Замерзание -1,9 Co;
- Кипение 100,53 Co.
Справка! Чем больше концентрация соли, тем сильнее увеличивается плотность, ниже температура замерзания и выше кипения.
Влияние на человека
Благодаря химическому составу, морская вода благотворно воздействует на все отделы человеческого организма. Под ее влиянием ослабевают боли, улучшается циркуляция лимфы и крови, укрепляется опорно-двигательный аппарат, эндокринная, нервная и сердечно-сосудистая системы.
Концентрация элементов в морской воде придает ей антибактериальное свойство. Повышается эластичность кожи, проходят угревые высыпания и другие последствия аллергических реакций.
Благодаря содержанию солей, организм легко и комфортно ощущает себя в морской воде. Минимизируется нагрузка на суставы, а кровообращение равномерно циркулирует по всем отделам.
Заключение
Морская вода – природный кладезь химических элементов. В зависимости от ее агрегатного состояния, химического состава будут разниться и физические свойства.
Спектр применения соленой воды широк: от промышленной сферы до индустрии красоты и здоровья. Географическое расположение, климатические условия и глубина – также немаловажные факторы, влияющие на составляющие и, соответственно, свойства воды.
А какова Ваша оценка данной статье?
О том, что морская вода необыкновенно полезна, людям известно с давних времен. В период летних отпусков многие стремятся получить истинное наслаждение от шума прибоя с теплыми волнами, от белой пены, бьющейся о мелкую гальку, и от яркого солнышка. Море является великолепным оздоровляющим комплексом не только для души, но и для тела.
Богатый состав
Вода обладает прекрасной растворяющей способностью. Именно поэтому химически чистую жидкость встретить невозможно. Состав морской воды в корне отличается от пресной. В нем множество различных элементов.
В морях находится слабый, целиком ионизированный раствор, в котором содержится большое количество разнообразных частиц. Химический состав морской воды представляет собой всю таблицу Менделеева. Правда, концентрация некоторых элементов ничтожно мала, и их наличие обнаружилось только в живущих в этой среде организмах.
Существует определенная градация химического состава морской воды. Все находящиеся в ней элементы делят на пять групп:
- Главные ионы. Они составляют 99,98% от массы всех растворенных компонентов. В их перечне содержится одиннадцать ионов (натрий и хлор, калий и кальций, бром и бикарбонат, барий и бром, фтор и стронций, а также магний сульфат).
- Растворенные инертные газы. Среди них кислород и азот, углекислый газ и т. д.
- Биогенные элементы, а также их соединения, которые входят в состав морских организмов. К таким компонентам относятся железо и марганец, водород и кремний и т. д.
- Микроэлементы, концентрация которых ничтожно мала (до десяти в минус шестой степени).
- Органические вещества.
Элементы, находящиеся в морской воде, обычно представлены соединениями (солями). Основные из них – хлориды, карбонаты и сульфаты.
Соленость
Это наиболее известная и очень интересная особенность морской воды. Солевой состав Мирового океана на протяжении длительного периода в сотни миллионов лет остается стабильным. Без него жизнь подводного царства была бы просто невозможна.
Практически повсеместно уровень солености воды в океанах близок к 35%. Однако в Финском и Ботаническом заливах этот показатель меньше. Вода Красного и восточной части Средиземного морей наиболее соленая.
Благодаря какому элементу проявляется данная особенность? Морская вода имеет соленый вкус в связи с тем, что в ней содержатся сухие соли. Преимущественно это хлорид натрия.
В океанологии соленость считается одной из основных характеристик водной массы.
Растворенные газы
В воде находится азот, кислород, углекислый и некоторые инертные газы. Они попадают в Мировой океан в результате речного стока, биологической деятельности, обмена с атмосферой и т. д.
Количество находящегося в воде газа зависит от его растворимости и температуры жидкости. Обычно этот показатель выражается в процентах и называется «относительное содержание».
Биогидрохимическое состояние водной среды напрямую зависит от находящегося в ней кислорода. Это один из основных показателей, обеспечивающих возможность существования морских организмов и характеризующих интенсивность прохождения окислительных процессов. В поверхностных слоях содержание кислорода приближается к ста процентам. По мере увеличения глубины это значение снижается.
Что касается азота, то в морской воде его содержание сравнительно мало. Этот газ образуется при распаде органических веществ и в процессе восстановления нитратов. Наибольшее его количество содержится в поверхностных водах, уменьшаясь с глубиной.
При затруднении передачи в воды морей кислорода в них образуется сероводород. Этот газ обнаружен на больших глубинах в фьордах Норвегии. Он имеется в Аравийском, Каспийском, Балтийском и Черном морях.
Углерод в воды Мирового океана поступает из слоев атмосферы. Его расходуют для фотосинтеза морские растения. Этот газ также участвует в процессе формирования раковин и скелетов обитателей подводного царства. Растворенного углерода значительно больше, чем кислорода и азота.
Биогенные элементы
В состав морской воды входят различные компоненты, играющие особую роль в развитии океанических организмов. Например, соединения кремния, фосфора и азота необходимы для роста водорослей. Подобные удобрения используются для выращивания сельскохозяйственных культур.
Морская вода содержит различные формы фосфорных соединений. В их перечень входят пестициды и полифосфаты, многочисленные виды органических производных и т. д. В некоторых зонах Мирового океана указанные вещества находятся в чрезмерной концентрации. Это происходит в связи с наличием сельскохозяйственных и коммунально-бытовых стоков. Большой объем фосфорных соединений способствует бурному росту водорослей и увеличивает потребность в кислороде. Именно поэтому повышенные концентрации этих веществ рассматриваются как загрязняющий фактор.
Растворенный в морской воде кремний используется водорослями как материал для построения клеток.
Азот в морской воде находится в составе различных соединений. Это неорганические – нитраты, нитриты и соли аммония, а также органические – аминокислоты, белки, гуминовые вещества. Данные соединения являются важнейшими биогенными компонентами морской воды.
Микроэлементы
Они практически все представлены в морской воде. Больше всего в рассматриваемой жидкости серебра, лития, цинка и железа. Меньше всего в Мировом океане золота и кадмия.
Некоторые морские жители способны концентрировать микроэлементы в себе. Так, моллюски осуществляют процесс питания и дыхания за счет фильтрации воды. При этом в их организме собираются медь и ванадий, молибден и свинец, кобальт и цинк.
Органические вещества
Они появляются в морской воде непрерывно, представляя собой зеленую массу растений. Причем в Мировом океане происходит постоянный процесс потребления органических веществ, их отмирания и разложения. Остатки таких организмов в составе морской воды присутствуют в виде взвесей. Они представлены важнейшими соединениями – гумусовыми и пектиновыми, ферментами и углеводами, витаминами и антибиотиками, а также аминокислотами (белковыми веществами).
Опреснение
В большинстве засушливых районов Земли полив сельскохозяйственных угодий весьма проблематичен. Это связано с тем, что поблизости отсутствуют естественные пресноводные водоемы. Однако данная задача вполне решаема. Проблему позволило бы устранить опреснение запасов Мирового океана, которые поистине неисчерпаемы. Возможности для осуществления данного процесса изыскиваются во многих странах. В их число входит и Россия. Опреснение морской воды позволило бы полностью устранить дефицит жидкости для хозяйственных нужд и решить проблемы засухи.
Для удаления соли из жидкости разработано несколько методов. Одним из них, известным еще с незапамятных времен, является дистилляция. Опреснение морской воды происходит в специальной установке. После испарения собирается конденсат. Он-то и является пресным. Хлорид натрия при этом остается в тузлуке, в который постоянно заливается свежая морская соленая вода.
Но стоит сказать о том, что данный процесс весьма трудоемкий, он требует больших энергетических затрат. В настоящее время разработаны более дешевые технологии, позволяющие производить опреснение морской воды. Так, ее получают, применяя вакуумные установки, вымораживая соль, используя ионные процессы, методом экстракции, ультрафильтрацией, методом осмоса и т. д.
Если к морю съездить не удалось
Соленые воды Мирового океана полезны для здоровья человека. Благодаря богатому составу они являются бесценным даром природы, оздоравливающим и омолаживающим наш организм.
Но что делать в том случае, если лето уже закончилось, а отпуск был проведен не у благодатных волн? В таком случае может быть приготовлена морская вода в домашних условиях. Она принесет неисчерпаемую пользу, обеспечив антистрессовое воздействие и повысив количество полезных веществ в организме. Морская вода содержит элементы, благотворно влияющие на обменные процессы, улучшающие работу эндокринной системы, мозга.
Как приготовить морскую воду? Этот процесс весьма прост. Морскую соль для приготовления пусть и упрощенной, но все-таки целебной жидкости можно купить в ближайшей аптеке. Существует несколько рецептов такого раствора:
- Чайная ложка морской соли добавляется в емкость с двумя стаканами талой, кипяченой или дистиллированной воды.
- Для получения более сильного раствора на стакан воды берутся две чайные ложки соли.
- Морская вода может быть и меньшей концентрации. Для слабого раствора на 1 л воды берут 2 ч. л. основного компонента.
Для принятия ванны в нее заливают воду, нагретую до 36-37 градусов, и добавляют 350-500 грамм морской соли (кристаллы следует предварительно растворить в небольшой емкости). После проведения процедуры, которая должна длиться 15-20 минут, следует ополоснуться под душем и закутаться в махровое полотенце.
Избавление от ЛОР-заболеваний
Очень полезна морская вода для носа. Она великолепно избавляет от насморка. Регулярная чистка носовых проходов лечебным раствором рекомендуется для профилактики гайморита, а также при рините. Проводить такую процедуру можно даже при отсутствии патологии.
Промывание носа морской водой способствует поддержке нормального состояния всей дыхательной системы. Целебный раствор убьет патогенные микроорганизмы. Не стоит считать это средство плохим и уже устаревшим. Морской раствор применяют для полоскания носа даже маленьким деткам. Только в таком случае концентрация должна быть уменьшена втрое.
Результат оздоровления
Положительными эффектами при полоскании носа морской водой являются следующие:
- удаление пыльцы растений и пыли, способствующих возникновению аллергии;
- укрепление капилляров и нормализация деятельности клеточек носовой полости;
- облегчение носового дыхания.