Плотность морской воды

Плотность морской воды определяется, главным обра­зом, тремя величинами: температурой Т, соленостью S и

Гл 6 Вода на Земле 133

массы, приведенной адиабатически к давлению на поверхности океана, называется потенциальной температурой.

Плотность морской воды в различных районах океана меня­ется незначительно, поэтому для практических целей использу­ется понятие условной плотности или аномалии плотности:

Если плотность морской воды неизменна, то океан называет­ся однородным. Если вертикальное распределение плотности зависит только от давления, то говорят о баротропном океане. В случае, если плотность морской воды определяется темпера­турой, соленостью и давлением, то океан считается бароклин-ным.

Зависимость плотности морской воды от солености и темпе­ратуры имеет нелинейный характер, это обусловливает интерес­ные свойства морской воды. В частности, при смешении водных масс имеет место эффект уплотнения. Например, если смешать два равных объема вод Гольфстрима (соленость S = 35,56%о, температура Т = 30 °С, условная плотность о = 22,02) и Ла­брадорского течения (соленость S = 27,38%о, температура Т = = —1,5°С, условная плотность а = 22,02), то образовавшаяся водная масса будет иметь следующие параметры: соленость S = = 31,18%о, температура Т = 14,25 °С, условная плотность а = = 23,38, т. е. имеет место уплотнение на Дсх = 1,36 [77].

Морские льды

Льды в морях различаются по происхождению — выделяют морской лед, материковый лед и речной лед. Основными района­ми распространения льда являются Северный Ледовитый океан, моря северных частей Тихого и Атлантического океанов и моря, омывающие Антарктиду. Морской лед — это лед образовавшийся при замерзании морской воды. В ряде районов Мирового океана почти всегда минусовые температуры поверхностного слоя воды. Характерным признаком морского льда является наличие в нем солей. Материковый, иди глетчерный лед образуется при обла­мывании ледников, сползающих в океан, и из снега, выпавшего на суше. Материковый лед является пресным, основная его масса сосредоточена у берегов Антарктиды. Речной лед, выносимый из рек, пресный и содержит много примесей. Основная масса речного льда сосредоточена в бассейне Северного Ледовитого океана.

В Северном полушарии наибольшая стадия развития ледя­ного покрова достигается в марте, в это время льды занимают

134 Гл 6 Вода на Земле

площадь около 14 ■ 10^б км², в летние месяцы площадь ледового покрытия уменьшается вдвое. В центральной части Северно­го Ледовитого океана лед сохраняется в течение всего года и находится в постоянном движении. Средняя граница льдов в северной части Атлантики проходит около 72 ° с. ш. Айсберги зарождаются на побережье Гренландии, берегах Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли. К южной оконечности Ньюфаундленда выносится ежегодно до 300 айсбер­гов. В южном полушарии площадь, занятая льдами, в зимние месяцы составляет около 23 ■ 10⁶ км², в летнее время площадь ледового покрытия уменьшается до 4 • 10⁶ км². Льды в тихо­океанском и индийском секторах достигают 58 °ю. ш., в атланти­ческом секторе льды достигают 50 ° ю. ш Айсберги выносятся значительно ближе к экватору, чем морской лед.

Характеристики льда сильно зависят от его возраста. В зави­симости от возраста различают следующие виды льда: ледяные иглы и ледяное сало — первая стадия образования льда; нилас (тонкий эластичный лед толщиной до 10 см) — вторая стадия об­разования льда; молодой лед, который подразделяется на серый толщиной 10-15 см и серо-белый толщиной 15-30 см; однолетний лед, толщиной до 30 см, просуществовавший не более одной зимы; старый лед — лед, который не успел растаять в течение одного лета. Старый лед, в свою очередь, подразделяется на следующие виды: остаточный однолетний, двухлетний, многолет­ний. Толщина остаточного льда, в зависимости от климатических условий, изменяется от 50 до 150 см. Толщина двухлетних и многолетних льдов превышает 2 м [47].

Пресная вода и соленая замерзают при разной температуре, температура замерзания соленой воды ниже температуры за­мерзания пресной воды (Т_пресн > Тсолен)- Соленость оказывает большое влияние на рост и форму кристаллов. В морской воде при ее замерзании происходит раздельное образование структур льда и каждой соли. Объединение воды и соли в кристалл проис­ходит только на дефектах кристалла льда. В начальной стадии образования льда важную роль играют центры кристаллизации льда. Кристаллизация солей в морской воде происходит раздель­но в зависимости от температур их фазовых переходов. Сложный состав морской воды обусловливает и сложность фазовых пере­ходов в ней.

Процесс замерзания солоноватых вод с соленостью ни­же 24,695%о происходит подобно замерзанию пресного льда — сначала вода достигает температуры максимальной плотности, а затем точки замерзания. При солености 24,695%о температура

Гл 6 Вода на Земле 135

замерзания равна температуре максимальной плотности. При солености большей 24,695%о температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, поэтому процесс замерзания морской воды происходит иначе, чем пресной. При замерзании только часть солей переходит в лед, другая часть стекает в воду в виде солевого раствора, увеличивая соленость воды. При быстром замерзании морской воды образуется молодой морской лед, который содержит большой процент рассола, так как из-за быстрого процесса замерзания он не успевает вытесняться и остается внутри морского льда. При понижении температуры вода из рассола вымерзает, что увеличивает соленость оставшейся части рассола. Со временем рассол медленно стекает вниз, в результате чего старый лед более пресный, чем молодой.

Морской лед кроме кристаллов пресного льда содержит жид­кую фазу, пузырьки воздуха, мелкие водоросли, другие посто­ронние примеси. Сложный состав морского льда приводит к изменчивости его теплофизических (теплоемкость, теплота плав­ления, теплопроводность), механических, оптических характе­ристик, закономерностей роста и таяния, поведения льда под нагрузками. Например, эффективная теплоемкость льда опреде­ляется средневзвешенным значением суммы теплоемкостей кри­сталлов льда, рассола и теплоемкостью фазовых переходов, а средняя теплопроводность определяется как сумма теплопро-водностей пресного льда и рассола с учетом их процентного содержания.

Следует отметить недостаточную степень изученности фи­зико-химических характеристик морских льдов, особенностей дрейфа льдов и распространения волн различного типа подо льдом, географических закономерностей их распределения, несмотря на большую научную и практическую важность ука­занных проблем.