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 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.
Наименование | Количество, г/кг | Наименование | Количество, г/кг |
Стронций | |||
Борная кислота | |||
Гидрокарбонаты | |||
Сульфаты | |||
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 - 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 о С. Средний показатель во всем Мировом океане составляет всего 3,73 о С. 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 о С. Все знают, что при 0 о С H 2 O 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 о С.
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/м 3 и представляет собой массу единичного объема.
Плотность пресной воды при температуре 4 о С составляет 1000 кг/м 3 , а морской при солености, равной 35 ‰, - 1027,81 кг/м 3 . 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/м 3 .
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 | |
Стронций | |
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 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 H 2 O, 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 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 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.
Задачи на смеси и сплавы:
Задача. Сколько кг соли в 10 кг соленой воды, если процентное содержание соли 15%.
Решение.
10×0,15 = 1,5 (кг) соли.
Ответ:
1,5 кг.
Процентное содержание вещества в растворе (например, 15%), иногда называют %-м раствором, например, 15%-й раствор соли.
Задача. Сплав содержит 10 кг олова и 15 кг цинка. Каково процентное содержание олова и цинка в сплаве?
Решение: Процентное содержание вещества в сплаве - это часть, которую составляет вес данного вещества от веса всего сплава.
1) 10 + 15 = 25 (кг) - сплав;
2) 10/25 . 100% = 40% - процентное содержание олова в сплаве;
3) 15/25 . 100% = 60% - процентное содержание цинка в сплаве;
Ответ: 40%, 60%.
Задача . Морская вода содержит 8% соли. Сколько килограммов пресной воды нужно добавить к 30 кг морской воды, чтобы содержание соли в последней составило 5%.
Решение: Соль является чистым веществом, а морская вода – раствором.
При добавлении в морскую воду пресной воды содержание чистого вещества не изменяется. Пусть пресной воды – х кг.
Составляем уравнение: 0,05×(30+х)= 0,08×30.
Получаем х=18. 18 кг пресной воды нужно добавить. Ответ: 18 кг.
Задача. Сплав олова с медью массой в 12 кг содержит 45% меди. Сколько чистого олова надо добавить, чтобы получить сплав, содержащий 40% меди?
Решение: Олово является чистым веществом в сплаве. Пусть к сплаву добавили х кг олова. Чистое вещество при этом остаётся неизменным.
Составляем уравнение: 0,4×(12+х)= 12×0,45.
Получаем х=1,5. 1,5 кг олова надо добавить. Ответ: 1,5 кг.
При решении следующих задач необходимо установить контроль за количеством данного вещества и его концентрацией при каждом отливе, а также при каждом доливе смеси. В результате такого контроля получаем разрешающее уравнение.
Пример. Концентрация серебра в сплаве 300 г составляет 87%. Это означает, что чистого серебра в сплаве 261 г.
Решение. 300×0,87 = 261 (г).
Задача. 5 литров сливок с содержанием жира 35% смешали с 4 литрами 20%-ных сливок и к смеси добавили 1 литр чистой воды. Какой жирности получилась смесь?
Решение. 0,35×5+0,2×4=р×(5+4+1), откуда р=0,255, что составляет 25,5%
Ответ. 25,5%
Задача. Имеется 2 сплава, в одном из которых содержится 40%, а в другом 20% серебра. Сколько кг второго сплава нужно добавить к 20 кг первого, чтобы после сплавления вместе получить сплав, содержащий 32% серебра?
Решение: Пусть к 20 кг первого сплава нужно добавить х кг второго сплава. Тогда получим (20 + х) кг нового сплава. В 20 кг первого сплава содержится 0,4 . 20 = 8 (кг) серебра, в х кг второго сплава содержится 0,2х кг серебра, а в (20+х) кг нового сплава содержится 0,32 . (20+х) кг серебра. Составим уравнение:
8 + 0,2х = 0,32 . (20 +х); х = 13 1/3.
Ответ: 13 1/3 кг второго сплава нужно добавить к 20 кг первого, чтобы получить сплав, содержащий 32% серебра.
Решение. Пусть добавили х л 5%-ного раствора соли. Тогда нового раствора стало (15 + х) л, в котором содержаться 0,8 . (15 + х) л соли. В 15 л 10%-ного раствора содержится 15 . 0,1 = 1,5 (л) соли, в х л 5%-ного раствора содержится 0,05х (л) соли.
Составим уравнение.
1,5 + 0,05х = 0,08 . (15 + х);
х = 10.
Задача. Имеется кусок сплава меди с оловом общей массой 12 кг, содержащий 45% меди. Сколько чистого олова надо добавить к этому куску сплава, чтобы получившийся новый сплав содержал 40% меди?
Пусть х кг олова надо добавить к сплаву. Так как процентное содержание меди в сплаве равно 45%, то масса меди в первоначальном сплаве m=0,45×12=5,4 кг (где 0,45 – концентрация меди в сплаве).
Тогда 12+х – масса нового сплава
И так как масса меди в первоначальном сплаве равна 5,4 кг, то 0,4
– концентрация меди в новом сплаве.
По условию, решая уравнение, получаем х=1,5 кг.
Ответ: нужно добавить 1,5 кг чистого олова.
Задача. Смешали 500 г 10% раствора соли и 400 г 55% раствора соли. Определить концентрацию соли в смеси.
Решение:
1) найдем абсолютное содержание соли в I растворе
500· 0,1=50г
2) Найдем абсолютное содержание соли во II растворе.
400· 0,55=220 г
3) Найдем массу получившейся смеси
500+400 = 900 г
4) Найдем абсолютное содержание соли в смеси
5)найдем концентрацию соли в смеси
270г (абсолютное содержание соли)
900 г (общая масса) = 0,3 = 30 %
Итак, концентрация соли в смеси двух исходных растворов равна 30%
Задача. Кусок сплава меди и олова массой 36 кг содержит 45%.
Сколько меди нужно добавить к этому куску, чтобы получить сплав, содержащий 60% меди?
1) Найдем абсолютное содержание меди в сплаве
36·0,45=16,2 кг
2) что нужно знать, чтобы концентрация меди в новом куске была 60%?
абсолютное содержание меди в новом куске после добавки и получившуюся общую массу куска.
Тогда обозначим за x – массу добавленной меди
3) найдем абсолютное содержание меди в новом куске: 16,2+x
4) найдем массу получившегося куска: 36+x
5) зная процентное содержание меди в новом куске, составим уравнение.
Решая уравнение 5(16,2+x)=3(36+x)
получим x=13,5 кг меди нужно добавить к куску, чтобы получить 60% концентрацию.
Задача. Смешали 20% и 40% растворов соляной кислоты и получили 25% раствор. Найти отношение масс исходных растворов.
Решение: 1 способ:
Обозначим за x 1 – абсолютное содержание кислоты в I растворе
x 2 – абсолютное содержание кислоты во II растворе
за m 1 – общую массу I раствора
за m 2 – общую массу II раствора
Тогда концентрация I раствора: 0,2 (1)
концентрация II раствора: 0,4 (2)
При смешивании двух растворов общая масса смеси будет равна m 1 +m 2 , а абсолютное содержание чистой кислоты в смеси – x 1 +x 2
Тогда процентное содержание кислоты в смеси равно 0,25 (3)
выразим x 1 и x 2 из (1) и (2) равенства, и получим и подставим в (3)
Получим 0,25
0,2m 1 =0,6m 2
В чём необычность данной задачи?
В том, что получили при решении задачи одно уравнение, а неизвестных – два!
2 способ:
1 раствор 20 40-25=15 3
25
2 раствор 40 25-20=5 1
Таким образом, отношение масс исходных растворов равно 3:1.
Задача. Имеются два раствора поваренной соли разной концентрации. Если слить вместе 100 г I раствора и 200 г второго, то получится 50% раствор. Если же слить 300 г I раствора и 200 г второго, то получится 42% раствор. Определить концентрацию данных растворов.
1) Найдем абсолютное содержание соли после того, как слили 100 г I раствора и 200 г второго.
(100+200) ·0,5=150 г
2) Найдем абсолютное содержание соли после того, как слили 300 г I раствора и 200 г. второго
(300+200) ·0,42=210г
3) обозначим за x – концентрацию соли в I растворе
за y- концентрацию соли во II растворе
тогда абсолютное содержание соли после I смешивания:
после II смешивания:
Получим систему уравнений с двумя неизвестными
Решая её, получим x=0,3=30% - концентрация соли в I растворе
y=0,6=60% - концентрация соли во II растворе
Ответ: 60% - концентрация соли во II растворе, 30% - концентрация соли в I растворе
Задача . Имеются два слитка, содержащие серебро. Процентное содержание серебра в I слитке на 40% меньше, чем во II слитке. После того, как оба слитка сплавили, получили слиток, содержащий 36% серебра. Найти массу I и II слитков, если в I слитке было 6 кг серебра, а во II – 12 кг.
Пусть масса I слитка – x кг, а II – у кг, тогда 6/x - процентное содержание серебра в I слитке, а 12/y- процентное содержание серебра во II слитке. Так как 12/y больше чем 6/x на 40%, можно составить уравнение 12/y - 6/x =0,4
После того, как куски сплавили, процентное содержание серебра в новом куске стало 36%, т.е. (12 + 6) /(x+y) =0,36 , где 12+6 – абсолютное содержание серебра, а (x+y) – общая масса.
Получим систему:
12/y - 6/x =0,4 .
(12 + 6) /(x+y) =0,36
Решая систему, получим:
y 2 - 95y+1500=0
Откуда y 1 =20 кг, y 2 =75 кг – не удовлетворяет условию x+y=50 кг
Тогда x=50-20=30кг
Итак, масса I слитка – 30 кг.
Ответ: 30 кг, 20 кг.
Задача. Сколько по массе 90%-го и 60%-го растворов фосфорной кислоты надо взять, чтобы получить 5,4 кг 80%-го раствора фосфорной кислоты?
Решение:
Составим диагональную схему:
Получаем:
х : у = 20: 10 = 2: 1.
Значит, 90%-го раствора фосфорной кислоты надо взять в 2 раза больше, чем 60%-го, т.е. х = 2y .
Составим уравнение: 2y + y = 5,4.
Отсюда y = 1,8 кг.
Ответ. 3,6 кг 90%-го и 1,8 кг 60%-го
растворов фосфорной кислоты.
Задача. Сплавили два слитка серебра: 75 г 600-й и 150 г 864-й пробы. Определить пробу сплава.
Решение
Пусть проба сплава равна х .
Составим диагональную схему:
Получаем:
(864 – х ) : (х – 600) = 75: 150 = 1: 2;
1728 – 2х = х – 600; х = 776.
Ответ. Получили сплав 776-й пробы.
Задача. Смешали некоторые количества 72%-го и 58%-го растворов кислоты, в результате получили 62%-й раствор той же кислоты. Если бы каждого раствора было взято на 15 л больше, то получился бы 63,25%-й раствор. Сколько литров каждого раствора было взято первоначально для составления первой смеси?
Решение
Дважды используем диагональную схему:
Получаем:
х : у = 4: 10 = 2: 5.
Получаем:
(х + 15) : (y + 15) = 5,25: 8,75 = 3: 5.
Составим систему уравнений и решим ее:
Ответ. В первой смеси было 12 л 72%-го раствора
и 30 л 58%-го раствора.
Задача. Сколько граммов 9%-го раствора спирта можно получить из 200 г 70%-го раствора спирта?
Решение
9%-й раствор спирта получают из 70%-го, разбавляя его водой. В воде 0% спирта. Применим диагональную схему:
Получаем:
х : у = 63: 9 = 7: 1.
Значит, 1 часть 70%-го раствора спирта надо разбавить 7 частями воды. Поэтому 200 г 70%-го раствора спирта надо разбавить 200 7 = 1400 г воды.
Всего получим: 200 + 1400 = 1600 г 9%-го раствора спирта.
Ответ. Из 200 г 70%-го раствора спирта можно
получить 1 кг 600 г 9%-го раствора спирта.
Задача. Два сосуда с раствором соли поставлены для выпаривания. Ежедневно выпариваемые порции соли постоянны для каждого сосуда. Из первого сосуда получено 48 кг соли, а из второго, стоявшего на 6 дней меньше - 27кг. Если бы первый сосуд стоял столько же дней, сколько второй, а второй столько же, сколько первый, то из обоих растворов получилось бы одинаковое количество соли. Сколько дней стоял каждый раствор?
Решение: Обратим внимание на фразу из задачи: ежедневно выпариваемые порции соли постоянны для каждого сосуда.
Это надо понять так, что масса получаемой соли прямо пропорциональна количеству дней выпаривания, при этом количество соли, получаемой каждый день, это и есть коэффициент пропорциональности. То есть имеем функциональную зависимость:
Количество выпариваемой соли = скорость выпаривания * количество дней.
Пусть к 1 – коэффициент пропорциональности для первого сосуда, к 2 – для второго сосуда. х дней выпаривали соль из первого сосуда.
Составим и решим систему уравнений:
27= к 2 (х-6),
к 1 (х-6)= к 2 х.
Подставим полученные значения в третье уравнение системы
(48/х)* (х-6)= (27/(х-6))*х
Обозначив участвующие здесь обратные дроби соответственно как t и 1/t, получим, что t=3/4
(х-6)/Х=3/4, х=24
Итак,24 дня стоял первый сосуд, а на 6 дней меньше, или 18 дней стоял второй сосуд.
Прежде чем говорить о морской воде, вспомним немного из того, что мы вообще знаем о воде. Со школьной скамьи мы знаем, что более двух третей поверхности земли покрыты водой. В основной своей массе это вода соленая. Впрочем, надо сказать, что совершенно пресной, дистиллированной воды в природе нет, она может быть получена только искусственно. Природные же воды содержат то или иное количество солей. Например, в дождевой воде содержится 1 грамм соли на 30 килограммов воды. Конечно, такую воду мы называем пресной.
Издавна существовал у людей культ воды. Их фантазия поселила в море многих богов, самым могущественным из которых был Нептун у римлян, Посейдон у греков. Речной и дождевой водой управляли другие боги. Интересно, что еще сто лет назад крестьяне на острове Сицилия после многих бесплодных обращений к святому Андрею, покровителю воды, с просьбой вызвать дождь, потеряли наконец терпение и решили повесить статую незадачливого покровителя, объявив коротко: «Дождь или веревка».
Лишь три процента воды на земном шаре - пресные, или те, что мы называем пресными водами. И распределены они по территории суши крайне неравномерно. Чтобы сохранить воду, прибегают к разным методам: закачивают в почву глинистые растворы, чтобы уменьшить фильтрацию в грунт, покрывают поверхность водоемов специальными синтетическими пленками и т. п. Между тем многие засушливые районы расположены вблизи воды, правда, соленой, морской. Например, безводный степной Крым окружен морем. Да и на южном берегу Крыма недостаточно воды. Правда, система гидротехнических мероприятий, строительство которой сейчас осуществляется, позволит в значительной степени восполнить этот пробел природы, но как раз здесь было бы целесообразно использовать также опресненную морскую воду.
Установки, опресняющие морскую воду, успешно работают в различных районах Советского Союза и за рубежом. В городе Шевченко на берегу Каспийского моря, например, такая установка дает 450 литров пресной воды в сутки на каждого человека. Опресняют здесь воду в основном выпариванием, но применяют и другие способы, например, химический (поглощение солей ионообменными смолами) и электрохимической (собирание ионов солей электродами). Стоит вопрос об опреснении воды и в некоторых дальневосточных районах. Там это будет выгодно еще и потому, что полученную соль можно будет использовать для засола рыбы. Сейчас соль на Дальний Восток приходится возить эшелонами за тысячи километров. Есть смысл использовать опыт японских специалистов, построивших завод по комплексной переработке морской воды. Этот завод при переработке 4000 тонн морской воды дает 3000 тонн пресной воды, 110 тонн поваренной и глауберовой солей, 16 тонн магния, 17 тонн хлора и прочих веществ. Конечно, такая комплексная переработка морской воды будет выгодна не только для районов Дальнего Востока, но и для других побережий, которые нуждаются в пресной воде.
Отметим еще ряд общих особенностей воды, прежде чем переходить к рассказу о водах Черного моря. Известно, например, что вода обладает большой теплоемкостью. При нагревании она поглощает большое количество тепла, а при остывании излучает его. Поэтому прибрежные районы обычно теплее районов, расположенных на той же географической широте, но удаленных от моря. Если же по берегам моря стоят еще высокие горы, которые не позволяют теплу распространяться далеко, то климат прибрежных районов будет еще теплее. Такие условия и существуют у нас на Черном море в районах советских субтропиков. Это - самые северные субтропики на земном шаре. Сочи, например, расположен на широте Владивостока и Нью-Йорка, где климат, как известно, более суровый, чем в Сочи.
Еще одно свойство воды - на ее испарение требуется большое количество тепла. Какую роль играет это свойство? Если бы при испарении требовалось мало тепла, то многие реки и озера высыхали бы летом до дна.
Часто говорят, что вода - носитель жизни, океан - колыбель жизни. Действительно, первые организмы зародились в воде и до сих пор многие живут в этой питательной среде. Перемещаясь из одного района в другой и сверху вниз, вода переносит органическое вещество и кислород для питания животных и растений. Там, где ослабляются такие перемещения, например, в глубинах Черного моря, исчезает жизнь.
Черное море - самое теплое наше море. Температура воды на его поверхности в течение полугода выше 16 градусов, а летом более 25 градусов. Зимой поверхность основной части моря охлаждается до 6-8 градусов. Заливы в его северо-западной части, как правило, замерзают, ветры неоднократно ломают лед, образуя торосы до 3 метров высоты. В отдельные годы в районе Одессы применяют ледоколы для вывода судов в море.
Резкие колебания температуры возникают при сгонно-нагонных ветрах. Сгон воды приводит к ее охлаждению, нагон - к распространению тепла вглубь. В Крыму однажды при сгонном ветре за несколько часов температура воды упала на 12 градусов (с 23 до 11).
Исключительным постоянством отличается температура воды з глубине моря: начиная с 200 метров до самого дна, и летом и зимой держится температура 8-9 градусов тепла.
Чем морская вода отличается от речной? Всякий скажет: тем, что морская вода соленая. Соленость воды определяется количеством граммов солей, приходящихся на килограмм морской воды. Интересно сравнить соленость воды различных морей и Мирового океана;
Количество граммов солей, приходящихся на 1 килограмм морской воды:
| Мировой океан | 35 - 36 |
| Средиземное море | 37 - 39 |
| Красное море | 41-60 |
| Черное море: | |
| Черное море: на поверхности в основной части | 17-18 |
| Черное море: в северо-западной части | 8-13 |
| Черное море: у дна | 22-22,5 |
| Каспийское море | 11-13 |
| Азовское море | 9-10 |
Из приведенной таблицы видно, что соленость Черного моря в два раза ниже, чем океанских вод, но в два раза выше солености Азовского моря и в полтора раза - Каспия. Многие считают Каспийское море очень соленым. Такое представление неправильно, сильно осолоненными являются лишь залив Кара-Богаз-Гол и ряд более мелких заливов. Кстати, самое соленое из всех морей земного шара Мертвое море, расположенное в Палестине, содержит до 300 граммов солей на 1 килограмм морской воды.
В это море впадает только река Иордан, и ни одна река из него не вытекает.
Вода в этом море настолько плотная, что нельзя утонуть. Можно не только лежать, но и сидеть на поверхности воды. Рассказывают, что римский император Тит велел сковать и бросить в Мертвое море непокорных рабов. Каково же было его изумление, когда он увидел, что они не тонут.
Мертвым море названо по другому признаку. Дело в том, что в воде такой солености нет жизни. В Черном море на глубинах тоже нет жизни, хотя соленость там невысокая. Но об этом мы поговорим позднее, а сейчас остановимся еще на одном важном свойстве морской воды.
С изменением солености меняются свойства и вкус воды, но есть нечто общее, что объединяет и опресненное Черное море, и осоложенное Красное, и Мировой океан. Дело в том, что, несмотря на разницу в солености, состав солей, растворенных в морской воде, исключительно постоянен. Почему? Состав солей в море регулируется животными и растениями. Даже маленькая рыбка весом 100 граммов пропускает через себя 20-30 кубических сантиметров воды в минуту. А сколько воды пропускают огромные обитатели океана!
Известно, что когда образовался первичный океан и не было еще животных организмов, состав солей этого океана был иным. Сейчас в морской воде основные соли содержатся в следующих количествах (процентов):
В отдельных морях наблюдаются лишь небольшие колебания состава солей, не превышающие одного процента. Так, в Черном море по сравнению с Мировым океаном содержится несколько больше углекислого кальция и хлористого калия, но меньше сернокислого кальция.
Незначительное изменение солевого состава несколько приближает черноморскую воду к речной (не по солености, а по составу солей).
Интересно сравнить состав солей (в процентах) морской и речной воды.
Таким образом, в морской воде преобладают хлориды, а в речной - карбонаты. Кроме того, в морской воде гораздо меньше органических соединений, чем в речной, так как эти соединения поглощаются многочисленными жителями моря.
Соленый вкус придает морской воде хлористый натрий (поваренная соль), а горький привкус - хлористый магний и сернокислый магний (или английская соль). В настоящее время в ее составе открыто 60 различных элементов, но предполагают, что в ней содержатся все элементы, имеющиеся на Земле, только некоторые из них до сих пор не открыты.
В виде заряженных частичек - ионов в морской воде есть железо, медь, олово, цинк, свинец. Есть здесь и золото, и серебро, и радий, и радон, и бром, и йод, но многие из них имеются в очень малых количествах. Например, на тонну морской воды приходится 1 миллиграмм серебра, а золота и того меньше. Несмотря на такое, казалось бы, незначительное его содержание, если бы удалось извлечь все золото из вод всех морей и океанов земного шара, то на каждого жителя Земли пришлось бы по полтора миллиона рублей золотом!
Получают золото из морской воды с помощью ионитов - ионообменных смол, которые способны присоединять к себе ионы растворенных в воде веществ. К сожалению, золото, добытое таким путем, еще очень дорого; стоимость затраченной на его получение энергии в пять раз больше, чем стоимость добытого золота.
Морская вода представляет собой сложное химическое соединение. Она образовалась на протяжении миллионов лет.
Морская вода обладает рядом целебных свойств. Исключительно благотворное влияние она оказывает на организм человека. При купании мы ощущаем прохладу, особенно приятную в жаркий день. Вода уменьшает вес человека (помните закон Архимеда?). Самые полные люди чувствуют себя в море легко и свободно. Находясь в море, мы всегда совершаем какие-то движения, это приводит к усилению дыхания, обмена веществ, к улучшению аппетита и пищеварения. Не удивляйтесь, если вы загорите при купании, хотя совсем не лежали на пляже: это произошло потому, что поверхностный слой моря прекрасно пропускает ультрафиолетовые лучи, вызывающие загар тела. Исключительно полезен для человека морской воздух, насыщенный кислородом, солями хлористого натрия, кальция, магния, йода, брома, мельчайшими долями радиоактивных веществ. Медицина практикует в настоящее время даже особый способ лечения некоторых заболеваний легочных путей: больных помещают у специальных фонтанов, распыляющих вокруг влагу. Называется этот способ гидроаэронизацией. Море - это естественный гидроаэронизатор. Больные гипертонией, бронхиальной астмой чувствуют у моря облегчение дыхания, потому что у моря много озона и ионов кислорода. Присутствием озона объясняют и то, что в морском воздухе нет микробов, озон убивает их.
Благотворно воздействие моря на нервную систему человека. Успокаивающе действует мерный плеск волн и шорох гальки, прохлада воды при купании. Даже цвет моря и прибрежной растительности оказывают влияние на наше самочувствие.
Однако море и солнце, при чрезмерном употреблении этих сильнодействующих средств, могут превратиться из ваших друзей во врагов. Нельзя купаться до появления озноба или «гусиной кожи». Людям, страдающим одышкой, нельзя быстро плавать. И, конечно, только вред может принести человеку многочасовое «дежурство» на пляже в погоне за бронзовым цветом кожи.
Целебные свойства морской воды издавна использовались человеком. Многим известно, как благотворно действует морская вода при полоскании горла в случае легкой простуды. В воде быстро затягиваются мелкие ранки (конечно, с большой кровоточащей раной входить в воду не следует во избежание инфекции),
В настоящее время морскую воду употребляют в качестве одной из составных частей при изготовлении ряда лекарств, например, для лечения некоторых глазных и ушных болезней. Врачи иногда вводят морскую воду (несколько разбавленную и, разумеется, дезинфицированную) в мышцу человека, в качестве физиологического раствора для поддержания жизнедеятельности организма.
По своему гидрологическому режиму Черное море резко отличается от других морей. У него сильно опресненный и, следовательно, более легкий поверхностный слой (летом он теплый) лежит на более плотном, соленом нижнем слое. Наличие двух слоев постоянно поддерживается выносом пресных вод из рек и опресненных вод из Азовского моря, а также глубинных (плотных) - из Мраморного. Обмен вод между этими слоями очень слаб. Для чего же нужен этот водообмен? Прежде всего и в основном для распространения кислорода в глубину, для так называемой аэрации глубин. Кислород образуется в поверхностных слоях моря. Вглубь он распространяется путем вертикального водообмена. Там, где нет вертикального движения вод, нет и кислорода в глубинных слоях. Такой случай мы и наблюдаем в Черном море.
Значительный летний перегрев массы воды способствует накоплению тепла на зиму. Большой теплозапас моря, как и любое явление, следует рассматривать многосторонне. Положительно то, что море не замерзает в основной своей части и что оно обогревает зимой берега (климатообразующий фактор). Отрицательным следствием является то, что поверхностные, сильно прогретые воды не могут в значительной степени охладиться за период короткой черноморской зимы. Слабое зимнее охлаждение при условии относительно небольшой солености приводит к очень небольшому увеличению плотности и, следовательно, к незначительному опусканию поверхностных вод (не более 200 метров). В нижних слоях образуется застой воды, туда не проникает кислород с (Поверхности моря, поэтому там отсутствует и жизнь.
Правда, нельзя сказать, что в Черном море совершенно отсутствует обмен поверхностных вод с глубинными. Гипотеза о таком водообмене была выдвинута профессором В. А. Водяницким и подтверждена другими учеными. Косвенным доказательством наличия вертикального водообмена является то, что с течением времени поверхностные слои моря не опресняются, а глубинные не осолоняются. Советскими учеными были найдены также и прямые доказательства наличия водообмена между слоями. Основные причины его - так называемые поперечные глубинные течения, захватывающие слои до 1000 метров в глубину, а также термическое перемешивание, возникающее вследствие воздействия тепла земной коры и в результате гнилостных процессов у дна. Правда, вертикальные движения в Черном море очень слабы. Подсчитано, что частице воды требуется от 80 до 430 лет, чтобы пройти путь от самых больших его глубин до поверхности. Хотя это срок и не малый, но здесь важен сам факт наличия вертикального движения. Поэтому советские ученые, конечно, не могли согласиться с предложением ряда зарубежных ученых сбрасывать остатки атомных производств в Черное море.
Кроме солей, в морской воде растворено значительное количество газов: кислород, углекислота, сероводород, азот и другие. Чем ниже температура и соленость воды, тем больше газов растворено.
О роли кислорода, растворенного в морской воде, мы уже говорили. Обычно в поверхностных слоях моря содержится 5-10 кубических сантиметров кислорода на литр воды.
Источником сероводорода является разложение остатков водных организмов. Как было установлено полвека тому назад выдающимся русским химиком Н. Д. Зелинским, сероводород в Черном море имеет биохимическое происхождение. Ученый показал, что обитающие в большом количестве в глубинах моря особые бактерии, живущие в бескислородной среде, разлагают трупы животных и растений на ряд более простых химических соединений, которые вступают во взаимодействие с солями морской воды. В результате этой реакции и образуется свободный сероводород. В Черном море, где водообмен практически происходит до глубины 150 - 200 метров, а на дно постоянно идет «дождь трупов» растительных и животных организмов, содержание сероводорода достигает 7,5 кубического сантиметра на литр воды, а общее количество сероводорода в Черном море составляет миллиард тонн. В течение последних 1-2 тысяч лет это количество сохраняется примерно постоянным. Хотя все время происходит образование сероводорода в глубинах моря, но параллельно с ним идет процесс окисления сероводородаругими бактериями, обитающими на дне и в глубинах Черного моря. Бактерий называют великими тружениками. Их многовековая работа может создать целые острова, например, Багамские острова состоят из углекислого кальция, осаждаемого бактериями. Есть бактерии, поедающие нефть. Нефть давно бы покрыла пленкой все моря и океаны, если бы не эти бактерии. В Черном море железобактерии, образно говоря, создали Керченский полуостров. В течение тысяч лет реки выносили закисное железо, бактерии превращали его в окись железа, которое теперь лежит 20-метровой толщей руд на Керченском полуострове. Есть даже бактерии, которые поедают асфальт. Это уж не труженики, а разрушители.
Серобактерии, такие же, как в Черном море, окисляли сероводород в древних озерах и болотах, превращали его в чистую серу. Впоследствии на местах этих озер и образовались залежи серы. Сейчас потребность в сере все возрастает. Развивающаяся химия требует все больше серы для изготовления пластмасс, красок, стекла, удобрений. Со временем запасы серы могут истощиться, поэтому ученые уже сейчас работают над заселением такими бактериями современных болот, чтобы в будущем здесь образовались запасы серы. Будет разработан также метод использования и черноморского сероводорода. Кроме того, условия, существующие на дне Черного моря, очень напоминают условия в древних водоемах, где происходило образование нефти при разложении остатков животных без доступа кислорода. Поэтому если на дне Черного моря в настоящее время идет процесс образования нефти, то в будущем можно будет ее использовать.
Сероводород в Черном море не является единственным исключением на земном шаре. Сероводород содержится в значительных количествах в некоторых норвежских фиордах, в глубоководных частях Каспийского моря и в других районах, где затруднен вертикальный водообмен. В других морях по той или иной причине перемешивание вод происходит гораздо глубже, часто до дна. Такими причинами могут быть либо осенне-зимнее охлаждение воды, либо льдообразование, либо летнее испарение в соленых водах. Там, где нет больших вертикальных движений воды, происходит ее застой, а разложение органических остатков приводит к образованию сероводорода.
Глубина залегания сероводородного слоя в Черном море не везде одинакова. У берегов Крыма верхняя граница этого слоя лежит на глубине 150 метров, у берегов Кавказа - 200 метров, а в центральной части моря 80-100 метров. Поверхность сероводородного слоя в море поднимается к центру в виде купола и опускается у берегов. Такое положение поверхности сероводородного слоя - следствие большего перемешивания вод а прибрежной части.
Часто от отдыхающих в Сочи можно слышать вопрос: связаны ли мацестинские воды с сероводородом Черного моря? К сожалению, в настоящее время это еще не выяснено. Есть среди исследователей сторонники как положительного, так и отрицательного ответа на этот вопрос. Относительно происхождения мацестинских вод имеется несколько гипотез: одни ученые предполагают, что воды из глубинных слоев Черного моря поступают по трещинам под Кавказские горы, при соприкосновении с горными породами состав вод несколько меняется; другие считают, что мацестинские воды поступают в скважины из недр земли и не связаны с водами Черного моря; третьи объясняют происхождение мацестинских источников проникновением по трещинам обычных дождевых вод, которые при движении в горных породах насытились солями и газами; наконец, четвертые считают, что мацестинские воды - это погребенные в недра Земли древние морские воды.
Отправить сообщение
|
Защита от роботов, решите пример: 4 + 4 = |
Пожалуйста подождите...
