Из чего состоит морская вода: состав в процентах и плотность

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 &permil-, массы примесей имеют четкое значение, приведенное в таблице ниже. Посмотрим, из чего состоит морская вода.

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 &permil-, за редкими исключениями. Среднее значение составляет 34,72 &permil-. 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 &permil-. 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 &permil-. 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 &permil- соли. Но такой показатель встречается крайне редко, только в минеральных озерах. Например, уровень солености Азовского моря - 11 &permil-, Черного - 18 &permil-, Красного - 41 &permil-, а Мертвого - 300 &permil-.

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 &permil-) 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.

Видео: ВРЕДНЫЕ ПРИМЕСИ В ПЕСКЕ БЕТОНА

Плотность пресной воды при температуре 4 ^оС составляет 1000 кг/м³, а морской при солености, равной 35 &permil-, – 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.

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 &permil-. 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.