Учебное пособие «Физика природной среды»



страница6/26
Дата10.05.2016
Размер1.48 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26

1.9. Химический состав морской воды

Изучением химического состава вод океана, географического распределения химических характеристик занимается гидрохимия, или химия моря, тесно смыкающаяся с геохимией.

Вследствие наличия изотопов у кислорода и водорода природная вода как соединение этих элементов представляет собой смесь различных изотопных видов.

Среди них H12O16, который обычно и называют водой, является преобладающим, составляя 99,73% от всей массы природной воды, а на долю остальных видов (тяжелая вода) приходится лишь 0,27%. Основными, в последней, являются три вида: H12O18, H12O17 и H1H2O16. Хотя концентрация тяжелых компонентов и невелика, в отдельных случаях они могут иметь физическое и химико-биологическое значение.

Морская вода на 96,5% состоит из H12O16 и на 3,5% из различного рода примесей, основными из которых являются: растворенные соли и газы, органические вещества и нерастворимые взвеси. Вода хороший растворитель, поэтому все элементы периодической системы в той или иной мере должны присутствовать в морской воде. Элементы, находящиеся в морской воде в ничтожно малых количествах, относятся к группе микроэлементов, и их обычно не учитывают при оценке общей минерализации морских вод. Основными солями, растворенными в морской воде (в граммах на 1000 граммов воды и в процентах к общему количеству солей) являются:

Хлориды: хлористый натрий NaCl 27,2 77,8%

хлористый магний MgCl 3,8 10,9%

Сульфаты: сернокислый магний MgSO4 1,7 4,7%

сернокислый кальций CaSO4 1,2 3,6%

сернокислый калий K2SO4 0,9 2,5%

Карбонаты: углекислый кальций CaCO3 0,1 0,25%

Бромиды: бромистый магний MgBr2 0,1 0,25%


Итого: 35,0 100,0%
Исследование химического состава морской воды началось в конце XIX века. В частности, были проанализированы пробы морской воды, собранные во время экспедиции «Челленджера».

Самым интересным выводом всех этих исследований было установление постоянства солевого состава вод Мирового океана. Оказалось, что в пределах открытых областей его меняется только величина общего содержания солей, а отношение между основными элементами строго сохраняется. Некоторые отклонения от этого правила имеют место в непосредственной близости от берегов или в достаточно изолированных морях и заливах. Это связано с местными особенностями солевого баланса.

Интересно сопоставить солевые составы морской и речной воды. Общее количество солей в речной воде существенно меньше, чем в морской, при этом если в морской воде основную долю их составляют хлориды, то в речной — карбонаты. Это свидетельствует, в частности, о том, что соленость океана не обусловлена приносом солей речным стоком. Карбонаты, приносимые реками, не накапливаются в морской воде. Они или выпадают в осадок сразу, или же используются организмами для построения раковин, скелетов и т. п. и выпадают в осадок после их гибели.

Морская вода всегда содержит в себе некоторое количество растворенных в ней газов. Наиболее характерны кислород, азот и углекислый газ. В некоторых областях Мирового океана, в некоторых морях на глубинах существуют зоны с большим количеством сероводорода и полным отсутствием кислорода. Распределение газов в морской воде существенно влияет на условия развития жизни в водах Мирового океана.

Поглощение газов водой через ее поверхность зависит от температуры и парциального давления составляющих газовой смеси.

Морская вода в силу присущей ей солености в меньшей степени поглощает газы, чем вода пресная, и тем меньше, чем выше соленость.

Чем ниже температура, тем больше способность воды поглощать газы. Так например, при температуре 0°C вода поглощает кислорода и азота в два раза, а углекислого газа — в три раза больше, чем при температуре 30°C.

Вода не одинаково поглощает кислород и азот. Если в воздухе они находятся в соотношении 1/4, то в воде при 15°C они содержатся в соотношении 1/2. Таким образом, вода поглощает кислород более интенсивно, чем азот. Это очень важно для развития жизни в океане. При средней океанической солености 35‰ один литр воды при атмосферном давлении поглощает следующее количество газов (в кубических сантиметрах):


Температура -2° 0° 15° 30°


Кислород 8,47 8,03 5,84 4,50

Азот 15,00 14,40 11,12 9,26


Углекислота в морской воде находится в основном в связанном состоянии, в виде углекислых соединений. Если общая сумма ее на литр воды в среднем составляет 50 см3, то в свободном состоянии ее не более нескольких десятых долей кубического сантиметра.

1.10. Соленость морской воды

Масса солей, растворенных в 1 кг морской воды, выраженная в граммах, называется соленостью морской воды.



Стандартное определение солености гласит: соленость есть масса растворенного твердого вещества в граммах, содержащегося в одном килограмме морской воды при условии, что весь бром и йод заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты превращены в окислы и все органическое вещество сожжено при температуре 480°C. Измеряется соленость в г/кг или промилле ‰ (1‰ = 1 г/кг).

Принятое определение солености связано с методом ее измерения — титрованием на хлор Cl способом объемного химического анализа. При этом связь между соленостью и содержанием хлора в морской воде дается эмпирическим соотношением, предложенным Кнудсеном, Форхом и Серенсом в виде:



здесь Cl — масса хлора в 1 кг морской воды, выраженная в граммах.

По рекомендациям, принятым в 1963 году объединенной группой экспертов по океанологическим стандартам и таблицам при ЮНЕСКО, более предпочтительно соотношение, не содержащее свободного члена, а именно:



Стандартное определение солености не совпадает с полной суммой масс всех растворенных солей, которая характеризовала бы абсолютную соленость морской воды. Однако различие это составляет всего около 0,14‰, что находится в пределах точности измерения солености.

Для внутренних морей, слабо связанных с океаном, коэффициенты в соотношениях (1.10.1) и (1.10.2) связи солености с хлором, могут иметь другие значения.

Для отбора проб воды с разных глубин используются батометры, снабженные опрокидывающимися термометрами.

Содержание хлора в морской воде в экспедиционных условиях определяется титрованием. Метод был предложен Мором и разработан Кнудсеном. К некоторому, точно отмеренному, количеству морской воды прибавляется раствор азотнокислого серебра определенной концентрации. При этом образуется белый хлопьевидный осадок хлористого серебра. Уравнение реакции имеет вид:


NaCl + AgNO3 = AgCl + NaNO3.
Раствор азотнокислого серебра приливается в пробу малыми дозами из специальной бюретки Кнудсена до тех пор, пока весь хлор, соединившись с серебром, не выпадет в осадок. После этого, зная объем и концентрацию использованного раствора азотнокислого серебра, рассчитывают (по таблицам) содержание хлора. Момент прекращения титрования определяется введением в пробу нескольких капель индикатора, каковым является 10%-ный раствор хромовокислого калия. Соединяясь с серебром титра, этот реагент дает воде красновато-оранжевую окраску. Однако реакция
K2CrO4 + 2AgNO3 = 2KNO3 + AgCrO4.
начинается лишь тогда, когда весь хлор будет связан с серебром, и в воде окажется избыток AgNO3.

В последние годы разработан метод определения солености по электропроводности морской воды, что весьма повысило оперативность определения S. Кроме того, с помощью погружаемых зондов, снабженных датчиками электропроводности, можно быстро и с высоким разрешением получать вертикальные профили солености.

Линии одинаковой солености называются изогалинами. Средняя соленость океанических вод близка к 35‰. Приведем некоторые цифры, характеризующие соленость поверхностных вод некоторых морей.

Как видно из приведенных данных, величина солености вод Мирового океана в различных областях его не одинакова. Это связано с различными в разных областях: испарением, выпадением осадков, образованием и таянием морского льда, таянием континентальных оледенений. Вследствие этих причин в открытом океане соленость минимальна в арктических областях и максимальна в тропиках.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница