Учебное пособие «Физика природной среды»



страница7/26
Дата10.05.2016
Размер1.48 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   26

1.11. Плотность морской воды

Сложность строения молекул веществ, составляющих морскую воду, не позволяет пока получить уравнение ее состояния методами статистической физики. Поэтому для расчета плотности морской воды приходится использовать эмпирические формулы.

Удельная плотность морской воды определяется как безразмерное отношение плотности морской воды при данной температуре и солености к плотности дистиллированной воды при температуре 4°C и нормальном атмосферном давлении. Истинное значение плотности находится умножением ее на значение плотности дистиллированной воды при t = 4°C и нормальном атмосферном давлении (0,9999 г/см3). Удельная плотность обозначается ρt,S/4.

Удельная плотность морской воды всегда больше единицы: так, например, при солености 35‰ и температуре 20°C ρt,S/4 = 1,02478. Для сокращения записи вводится понятие условной плотности



Удельный объем αt,S/4 определяется как величина обратная удельной плотности. Поскольку его значение всегда меньше единицы и первые две цифры 0,9 сохраняются, вводится понятие условного удельного объема по соотношению:

Уравнение состояния морской воды как общее выражение связи между параметрами состояния может быть представлено в виде:

или в более употребительной форме:

Теоретически вывести соотношения (1.11.3), (1.11.4) не удается, поэтому используются эмпирические соотношения. Первый набор таких формул, связывающих температуру, соленость и плотность морской воды при нормальном атмосферном давлении был получен Кнудсеном, Форхом, Якобсеном и Соренсеном в 1901–1902 годах. Поскольку эти формулы громоздки, выписывать их не будем.

Отмеченные формулы и до настоящего времени являются основой таблиц для расчета плотности по данным измерений температуры и солености на различных глубинах океанов и морей. Стандартная погрешность расчетов по этим таблицам для условной плотности и условного объема составляет 1·10-2.

Начиная с 1961 года под эгидой ЮНЕСКО проводятся новые исследования с целью разработки более точных методов расчета важнейших характеристик морской воды по непосредственно измеренным параметрам и получения нового уравнения состояния. Наиболее надежны в этом отношении, по-видимому, прямые измерения удельного объема в диапазоне температур от 0°C до 40°C, солености 5–40‰ и давлений 0–1000 мбар, выполненные Ченом и Миллеро (1976). Данные этих измерений со среднеквадратической погрешностью 7·10-6 аппроксимированы уравнением:

где αS,t,P, K0, A и B являются сложными функциями температуры и солености.

Уравнение состояния Чена–Миллеро содержит 48 эмпирических констант. Поэтому неоднократно предпринимались и предпринимаются попытки получить более простые формы уравнения состояния, пригодные в ограниченных интервалах температуры, солености или давления. Однако и в этих случаях окончательное решение вопроса еще далеко от завершения.

Для теоретических исследований важно иметь хотя бы и приближенное, но достаточно простое аналитическое выражение для уравнения состояния морской воды. Для многих задач достаточную точность дает уравнение состояния, предложенное П. С. Линейкиным:

где ε1 = 0,82; ε2 = 6,89·10-2; ε3 = 3,90·10-3; ε4 = 9,18·10-3; ε5 = 5·10-8. Плотность выражается в г/см , а давление в децибарах.
1 Па = 1 Н/м2 =10-2 мбар; 1 дбар = 10 мбар; 1 мбар = 100 Па.

1.12. Водные массы

Воды океана находятся в непрерывном движении, но скорость их далеко не одинакова. В зонах подъема и погружения вод, где горизонтальная скорость очень мала, они длительное время могут находиться в одном и том же районе океана. В таких случаях они постепенно приобретают физико-химические и биологические свойства, типичные именно для данных географических районов. Таким образом, воды океана как бы разделены на обширные объемы с однородными характеристиками, соответствующими очагу их образования. Эти свойства могут сохраняться в течение длительного времени и только постепенно трансформируются при перемещении в другие районы под действием иных условий и в результате перемешивания с водами другого происхождения. Однородные объемы вод называются водными массами.

Главными характеристиками водной массы являются ее температура и соленость. Иногда для подразделения водных масс привлекают и другие характеристики: химические (содержание газов), биологические.

Хелланд-Хансену (1916 г.) пришла идея сравнивать между собой различные гидрологические станции путем сопоставления T–S диаграмм, строящихся для каждой станции. На этих диаграммах по ординате откладывают температуры, а по абсциссе — солености, соответствующие определенным глубинам (вертикальные диаграммы). Обычно принимают масштаб: на единицу длины (5 мм или 1 см) приходится 1° температуры и 0,1‰ солености . Обычно рядом с каждой характерной точкой пишут глубину измерения.

Диаграммы можно строить не только для вертикалей, но и для изменения величин по горизонтали в данном районе. В таком случае для этого района получают T–S диаграмму поверхности или некоторого горизонта в море (горизонтальная диаграмма).

Каждая водная масса характеризуется определенным прямолинейным сегментом в T–S плоскости. (Лакомб, 1974).

Классификацию водных масс океана на основе T–S диаграмм построил, в частности, А. Д. Добровольский (1980)1.

По глубине океана выделяют пять типов вод: поверхностные (до 75–100 м), подповерхностные (до 300 м), промежуточные (500–1000 м), глубинные (1200–5000 м) и придонные.

Наибольший объем поверхностные и подповерхностные воды имеют в тропических водных массах обоих полушарий С высокими соленостями и достаточно высокими температурами. Между этими водными массами Северного и Южного полушарий находятся экваториальные воды с самыми высокими температурами. За тропическими водами в стороны высоких широт идут субтропические, субполярные и полярные поверхностные и подповерхностные водные массы. Между полярными и субполярными фронтами, где вода охлаждается, формируются промежуточные воды.

Глубинные и придонные водные массы формируются в полярных районах Мирового океана. Основным очагом формирования этих вод является море Уэддела.



1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   26


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

    Главная страница