Какие соли содержаться в морской воде
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 октября 2019;
проверки требуют 3 правки.
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.
Добыча минералов из морской воды[править | править код]
В морской воде находятся почти все химические элементы. Из морской воды получают почти половину мировой добычи магния. В США в 1998 году из морской воды получают около 40 тыс. тонн брома в год[14]. Рассматривается возможность добычи из морской воды урана[15].
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.
- ↑ СЫРЬЕВОЙ КРИЗИС И ПРОБЛЕМЫ ДОБЫЧИ МЕТАЛЛОВ ИЗ МОРСКОЙ ВОДЫ
- ↑ Перспективы урана как надежного источника энергии
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
Океаны и моря занимают две трети поверхности планеты, а морская вода составляет 96% всех водных ресурсов Земли.
По своим свойствам она очень сильно отличается от привычной для нас пресной воды: к примеру, из-за повышенной солёности у неё другая температура замерзания. Поэтому море начинает покрываться льдом не при нулевой температуре, а лишь после того, как столбик термометра опустится немного ниже нуля.
Солёность морской воды
Средний показатель солёности Мирового океана составляет 3,47%, т.е. каждый литр морской воды содержит 34,7 граммов соли. Однако солёность воды не везде одинакова: в Красном море она достигает 4,1%, а в Балтийском море – всего 0,7%, причём в отдельных районах опускается даже до 0,2%. Этот показатель зависит от гидрологического режима морей и океанов: чем выше приток в море пресной речной воды, тем менее солёным оно будет. Красное море практически не пополняется пресной водой, поэтому содержание соли в его воде столь высоко.
Воды океанов тоже отличаются по солёности: меньше всего соли обнаружено в воде Северного Ледовитого океана, поскольку она пополняется не только речными стоками, но и таянием ледников. При этом колебания солёности носят сезонный характер: зимой концентрация соли возрастает, а летом снижается. Наиболее солёным океаном является Атлантический, причём самая высокая концентрация соли в его воде располагается в полосе, протянувшейся от Средиземного до Карибского моря.
Химический состав морской воды
Учёные считают, что в глубокой древности вода морей и океанов была не настолько солёной, как сейчас, и что уровень солей в ней понемногу растёт. Вода, выпадающая в виде осадков на сушу, просачивается через почву и горные породы, по пути растворяя и вбирая в себя соли, содержащиеся в минералах. Затем реки приносят эту воду назад в океан, где она испаряется – а соли остаются в море. Накопление солей происходит очень медленно, поэтому изменения невозможно отследить современными наблюдениями.
По своему химическому составу морская вода чрезвычайно богата: в ней можно обнаружить едва ли не все элементы таблицы Менделеева. Основу солевого раствора составляет хлористый натрий, или обычная поваренная соль – примерно 77,8% от всех растворённых в морской воде соединений. Около 11% веществ приходится на долю хлористого магния, который придаёт воде характерный горьковатый привкус. Примерно по 3-3,5% приходится на сульфаты магния, кальция и калия, по десятым долям процента – на карбонаты магния. Остальные соединения составляют ничтожно малые доли процентов.
Замерзание морской воды
Из-за большого количества растворённых солей морская вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная. Чем выше солёность, тем ниже должна опуститься температура, чтобы начался процесс образования льда. В среднем, этот показатель составляет -1,9°С.
Процесс замерзания морской воды чрезвычайно интересен.
- В воде образуются отдельные кристаллики льда, превращая воду в кашеобразную массу – снежуру.
- Мелкие кристаллики снежуры становятся более крупными, переходя в фазу шуги. Если из-за шторма шуга попадает на палубу корабля, то мгновенно примерзает к ней, покрывая судно ледяной коркой.
- При дальнейшем падении температуры в морской воде образуются тонкие ледяные иглы, окружённые солью.
- Постепенно иглы располагаются в воде строго вертикально. На поверхности воды их основания напоминают пятна жира, плавающие в бульоне, из-за чего эта стадия замерзания получила название сала.
- Иглы, из которых состоит сало, начинают смерзаться, образуя хрупкую и прозрачную корку, которую называют ниласом или склянкой. На вкус этот лёд оказывается солёным, так как между пресными ледяными иглами остаются капельки солёной воды.
Морская вода быстрее остывает у берега, чем в открытом море, образуя ледяную корку – так называемый припай.
Во время штормов припай разламывается волнами, а затем ветер и течения могут уносить их довольно далеко от берега. Иногда среди обломков встречаются огромные льдины, или ледяные поля, встреча с которыми создаёт проблемы для морских судов.
А теперь оцените статью
Средний балл
/ 5. Число голосов:
и не забудьте поделиться с друзьями
Море покрывает большую часть планеты Земля. Но что мы знаем о нем? Из чего состоит морская вода? Каковы ее физические свойства? Чем морская вода отличается от питьевой? И как сделать из одной другую? Постараемся ответить на все эти вопросы по очереди.
Просто соленая вода?
Многие знают, какое море на вкус, а те, кто не знает, догадываются. Оно соленое. Но неужели можно создать море дома, всего лишь смешав соль и воду? Это не совсем так. Количество обычной воды в морской составляет 96,5 %. Остальные 3,5 % — это примеси. Их точный состав удалось выяснить только в конце 19 века, во время кругосветной экспедиции. Но задолго до этого ученые знали, что примеси, делающие воду такой соленой, представляют собой не обычную поваренную соль. На самом деле в море растворены все элементы из периодической системы Менделеева. Их присутствие минимально, но неоспоримо.
В той самой экспедиции были взяты 77 проб воды в разных районах Мирового океана. Тогда было сделано удивительное открытие: несмотря на огромное количество морской воды на поверхности Земли, процентное соотношение основных ионов в ней всегда остается неизменным. Что это значит, разберем ниже. Заодно узнаем, из чего состоит морская вода.
Постоянство солевого состава
Именно это открытие, также называемое законом Дитмара, было сделано в кругосветной экспедиции конца 19 века. Химик, чье имя было дано этой закономерности, выяснил, что в морской воде количественное соотношение главных ионов практически неизменно в различных регионах планеты. Доля остальных веществ настолько мала, что не является существенной и не учитывается при проведении различных гидрохимических исследований.
Главные ионы, т. е. вещества в количестве более 0,01 %, составляют основную массу солей. Именно они главным образом влияют на физические и химические свойства морской воды. Их количество зависит от разных факторов, в том числе и от условий окружающей среды. Но при общей концентрации соли в морской воде, равной 35,16 ‰, массы примесей имеют четкое значение, приведенное в таблице ниже. Посмотрим, из чего состоит морская вода.
Катионы | Анионы | ||
Наименование | Количество, г/кг | Наименование | Количество, г/кг |
Стронций | 0,014 | Фториды | 0,001 |
Калий | 0,387 | Борная кислота | 0,026 |
Кальций | 0,408 | Бромиды | 0,066 |
Магний | 1,297 | Гидрокарбонаты | 0,143 |
Натрий | 10,764 | Сульфаты | 2,701 |
Хлориды | 19,353 | ||
Как мы можем видеть, большую часть составляют хлориды. С учетом постоянства солевого состава на основе этих данных можно определить полный состав пробы морской воды. Для этого вычисляют концентрацию хлора, а на основе полученных данных узнают методом соотношений, какую долю составляют остальные элементы.
Физические свойства
Как и любое другое вещество, морская вода обладает различными характеристиками, которые ученые узнают в результате исследований. Эти данные позволяют получить представление о многих процессах, происходящих на глубине и оказывающих влияние на нашу планету. Например, не все знают, что вода обладает способностью сжиматься. Под давлением массы, воздействующей на нее сверху, она может менять объем.
На поверхности это практически незаметно, но чем глубже, тем явственнее становится данная особенность. Под давлением в сотни атмосфер сжимаемость достигает довольно больших масштабов. Ученые утверждают, что если бы не это свойство воды, уровень океана был бы выше на 30 метров. В этом случае поверхность Земли выглядела бы совсем иначе.
Соленость
Мы уже выяснили, сколько соли в морской воде, и знаем, что ее количество практически неизменно. Тем не менее оно немного варьируется – от 33 до 37 ‰, за редкими исключениями. Среднее значение составляет 34,72 ‰. Этот показатель зависит от количества осадков, выпадающих в том или ином регионе, температуры воздуха, влияющей на интенсивность испарений, и количества пресных водоемов, напрямую соединенных с морем.
Самый высокий процент солености зарегистрирован в Атлантическом океане. Средний показатель в его северной части составляет 35,06 ‰. Наименьшее значение принадлежит Тихому океану. Тем не менее существуют водоемы, в которых показатель солености значительно превышает усредненные значения. К ним относят Средиземное и Красное моря. Высокие температуры воздуха, большая интенсивность испарения и малое количество осадков поднимают уровень солености до рекордных 38-42 ‰. В целом же состав морской воды Черного моря и многих других примерно одинаков. Вероятно, дело в том, что все они связаны между собой.
Некоторые утверждают, что морская вода содержит 5 ‰ соли. Но такой показатель встречается крайне редко, только в минеральных озерах. Например, уровень солености Азовского моря — 11 ‰, Черного — 18 ‰, Красного — 41 ‰, а Мертвого — 300 ‰.
Температура
Было бы наивно полагать, что этот показатель одинаков для всей морской воды в мире. Температура воздуха в регионах, приближенных к полюсам, опускается до минимальных отметок. На экваторе же, наоборот, всегда отмечается стабильно жаркая погода. А вот диапазон изменений температуры воды значительно ниже, он колеблется от -2 до 30 оС. Средний показатель во всем Мировом океане составляет всего 3,73 оС. Причем на поверхности вода в несколько раз теплее, чем на глубине 2-5 тыс. м.
Может вызвать некоторое недоумение тот факт, что температура морской воды в некоторых регионах опускается до -2 оС. Все знают, что при 0 оС H2O превращается в лед. Так и есть, но морская вода, как мы уже выяснили, включает примеси, которые изменяют ее характеристики, и в том числе снижают температуру замерзания. Чем выше процент солености, тем ниже этот показатель. Например, при сравнительно небольшом количестве соли в воде (24,7 ‰) температура замерзания будет равна -1,33 оС.
Плотность
Малейшие изменения этого показателя вызывают движение воды и приводят к возникновению вертикальных и горизонтальных потоков. Именно поэтому плотность морской воды изучают при любых океанологических исследованиях. Она измеряется в кг/м3 и представляет собой массу единичного объема.
Плотность пресной воды при температуре 4 оС составляет 1000 кг/м3, а морской при солености, равной 35 ‰, – 1027,81 кг/м3. Эта разница возникает из-за примесей, входящих в ее состав. Чем больше содержится соли в морской воде, тем выше будет показатель плотности. Обычно ее значение колеблется от 1025 до 1033 кг/м3.
Кроме того, плотность морской воды меняется в зависимости от глубины: чем ближе к поверхности, тем она ниже. Но существуют исключения. Например, при интенсивных испарениях, связанных с высокой температурой воздуха, на поверхности увеличивается соленость. Соответственно, и плотность моря в верхних слоях растет.
Химический состав
Как мы выяснили выше, количество примесей в морской воде примерно одинаково. Но какие именно вещества делают ее такой, какая она есть?
Считается, что современный химический состав морской воды сформировался примерно 1 млрд лет назад. Уже тогда она была такой же соленой, как сейчас. И особенно удивительным кажется предположение Р. Квинтона, который в 1904 году заявил, что минеральный состав морской воды и крови примерно одинаков. В 1910 году А. Б. Маллун подтвердил эту догадку. По его мнению, набор химических веществ в морской воде того периода, когда появились первые костистые и хрящевые рыбы, аналогичен крови всех животных. Но до сих пор эта гипотеза имеет как сторонников, так и противников.
Морская вода содержит различные вещества, количество которых в процентах приведено в таблице ниже.
Химические элементы | Процентное содержание |
Кислород | 85,8 |
Водород | 10,67 |
Хлор | 2 |
Натрий | 1,07 |
Магний | 1,4*10-1 |
Кальций | 4,5*10-2 |
Сера | 9*10-2 |
Калий | 3,8*10-2 |
Бром | 6,5*10-3 |
Углерод | 3,5*10-3 |
Стронций | 1*10-3 |
Бор | 4,5*10-4 |
Фтор | 1*10-4 |
Кремний | 2*10-5 |
Этот список может немного отличаться в различных регионах. Например, состав морской воды Черного моря насыщен сероводородом, поскольку сульфатредуцирующие бактерии здесь особенно активны.
Откуда берется соль?
Мы уже выяснили, каков состав морской воды в процентах. Но откуда берутся все эти вещества и почему океан такой на вкус?
На самом деле соли содержатся не только в морской воде, но и в пресноводных водоемах. Только концентрация минералов там настолько низкая, что ее невозможно распознать без специального анализа. Реки вымывают из почвы на своем пути соли, которые позже попадают в океан. Под действием температуры вода в море испаряется, а минералы остаются на месте.
Но даже если бы такой процесс длился долгие годы, морская вода не стала бы настолько соленой. Начало всему положила вулканическая активность, проходящая в земной коре. Магма, выходя на поверхность, смешивается с водой и насыщает ее разнообразными минеральными веществами. Именно поэтому химический состав океана сложился еще примерно 1 миллиард лет назад, когда вулканическая деятельность была наиболее активной.
Можно ли ее пить?
Наверняка в книгах или фильмах вы встречали утверждения о том, что морскую воду нельзя пить ни в коем случае? Но почему? Ведь это такая же вода, как и любая другая, только с небольшим количеством примесей. На самом деле именно из-за них она и является непригодной для питья.
Количество соли в морской воде настолько велико, что для их выведения из организма понадобится в несколько раз больше H2O, чем было выпито изначально. Именно поэтому после любой соленой пищи так хочется пить. А в морской воде, как мы уже выяснили, средний показатель солености составляет почти 35 ‰. Это очень много.
В 1950-х годах врач и по совместительству путешественник Ален Бамбар на собственном опыте доказал, что морскую воду без вреда для здоровья можно пить в течение недели. Но проверять на себе это утверждение не стоит.
Но неужели вся вода в Мировом океане пропадает зря и совершенно не может быть использована для питья? Может, но только после прохождения процесса опреснения.
Как избавляются от соли?
Мы выяснили, из чего состоит морская вода. Но для того чтобы она стала пригодной для питья, количество примесей в ней необходимо уменьшить почти в 70 раз. Но как же добиться такого результата?
Существует несколько способов опреснения воды: ионный обмен, дистилляция, электродиализ и т. д. Наиболее эффективными считаются те, что требуют наименьших затрат энергии и финансов. Самым распространенным способом является дистилляция, но не менее популярен и обратный осмос. В этом случае при очистке воды используют повышенное давление. Результат – 16 000 литров всего за 1 доллар.
Метод электродиализа, как понятно из названия, осуществляется при помощи электродов. В момент включения тока катионы и анионы, о которых мы говорили в самом начале статьи, стремятся соответственно к катоду и аноду через специальные мембраны. Вода между электродами постепенно опресняется.
Польза морской воды
Нередко тех, кто страдает от заболеваний дыхательных путей, отправляют на отдых к побережью. Это правильно, поскольку морская вода оказывает благотворное влияние на легкие, бронхи и связки. Насыщенная минералами жидкость обеззараживает и уничтожает болезнетворных микробов. Чем же еще она полезна?
Пребывание в морском климате и купание в соленой воде оказывают на организм человека общеукрепляющее действие, а также улучшают работу эндокринной системы. Результат – повышенный иммунитет.
Содержащиеся в морской воде бром, кальций и йод способствуют укреплению зубной эмали и десен при полоскании. Для достижения наилучшего эффекта полоскать рот следует несколько раз в неделю по 2-3 минуты. Конечно, для этих целей подойдет только специально очищенная морская вода, которую можно найти в аптеке. Перед применением ее необходимо нагреть до комнатной температуры.
Морская вода является хорошим антисептиком. Она способствует заживлению небольших ран и ссадин, уменьшает зуд от укусов насекомых.