通讯:13983250545
微信:ycsh638
QQ:469764481邮箱:ycsh6318@163.com
海水的性质
1海洋中的水来自哪里?
地球刚形成的时候,后来构成水分子(H2O)的大部分氢原子和氧原子是以氢氧根(OH-)的形式存在的,氢氧根与地壳和地幔岩石中的固体矿物结合在一起。岩石熔化后释放出氢氧根,氢氧根与氢结合产生水分子,水分子以水蒸气的形式从火山中冒出来。
在地球早期的历史中,地球的温度一直很高,水蒸气一直留在大气中。当地球冷却到足以使水蒸气凝结并以液态水的形式下落时,海洋就形成了。液态水可以聚集在海洋盆地中。
虽然在大多数地质时期,海水的体积保持相当稳定,但单个的水分子不会在海洋中停留很长时间,因为海洋只是水循环中几个水库之一。事实上,平均而言,一个水分子在海洋中以液体形式存在的时间不超过4000年,之后可能会蒸发为水蒸气。10个小时到几天内,水蒸气会凝结或结晶,然后回落到地球表面。
2海水中的盐
如果你在海洋中游泳,你会立刻品尝到它的咸味,并且感受到你在海洋中比在淡水中更容易漂浮。这是因为海水是一种含有溶解盐的溶液。在溶液中,溶解的离子在水分子之间流动,而不会改变水的整体体积,所以在水中加入盐会增加水的密度。
你在密度大的液体(海水)中浮得更浅,而在密度小的液体(淡水)中浮得更深。根据阿基米德原理,一个物体在水中下沉的深度,只有在这个深度,被排开的水的重量等于整个物体的重量。
一般海水中含有96.5%的水(H2O)和3.5%的盐。相比之下,一般淡水的含盐量不到0.02%。海水的含盐量是淡水的220倍。海洋中的盐太多了,如果所有的水分子蒸发掉,剩下的盐层将有67m厚,相当于25层楼的高度。海洋学家把盐在水中的浓度称为盐度。
海水的盐度在一定程度上取决于水温,因为温水比冷水含有更多的盐。它还取决于淡水输入和蒸发之间的平衡。例如,在河口,含盐的海水与淡水混合,产生比海水含盐量低的微咸水。
在冰川融水进入海洋的地方或大雨落在海面上的地方,也会形成微咸水。与此相反,在炎热、干旱的气候中,由于大量水分蒸发而变成了盐水。海水盐度平均为3.5%,但随着位置的变化,盐度从大约1.0%到大约4.1%不等。
海洋盐度也随深度变化。盐度的最大变化发生在海洋的上部1公里处,这部分最受蒸发或淡水输入的影响。在较深的水中,盐度往往较均匀。海洋学家把表水盐度和深水盐度之间的梯度界线称为盐跃层。
海洋中的盐是由什么组成的?化学分析表明,海水中的盐主要由:正离子包括钠(Na+)、钾(K+)、钙(Ca2+)和镁(Mg2+),负离子包括氯(Cl -)和硫酸盐(SO42-)组成。在整个海洋中,不同离子的比例保持不变。大多数离子是钠和氯。
当海水蒸发时,水分子从液体中分离出来变成蒸汽,但离子留在了后面。如果水变得过饱和,离子就会从溶液中出来并结合在一起形成晶体。当海水全部蒸发时,析出的盐中约有85%是矿物盐(NaCl)。其余部分由其他矿物盐类组成,包括石膏(CaSO4∙2H2O)、硬石膏(CaSO4)、硫酸镁(MgSO4)、氯化镁(MgCl2)和氯化钾(KCl)。
海水不需要完全蒸发就可以沉淀盐,盐可以直接从卤水中沉淀。矿物从卤水中的沉淀,取决于卤水的浓缩程度。当海水开始蒸发时,NaCl首先析出,因为它可以从浓度较低的卤水中析出,所以地质盐矿床中大部分含有NaCl。
含有其他盐类的地质沉积物,形成于海水完全或几乎完全蒸发的地方。最常见的食盐,也就是你的盐瓶里的那种,来自于地质盐沉淀的提纯,几乎全部含有NaCl。
在美食商店很受欢迎的“海盐”含有95%到98%的NaCl;其余部分由其他盐类组成。工人们通过在控制条件下蒸发现代海水来生产海盐。从盐水中提取淡水也可以采用类似的方法。
海中的盐从何而来?1715年,Edmond Halley爵士提出,是在地球表面流动的河流把盐输送到了海里,因为他意识到,即使河水足够新鲜可以饮用,但其中也含有微量的溶解盐。
Halley的理论被证明是正确的:海洋中大多数溶解的离子是由流动的地下水和河水带到那里的。河流每年向海洋输送超过25亿吨的盐;少量来自海底热液喷口。盐中的离子最初来自火山气体和岩石的化学风化。
值得注意的是,从河流进入海洋的离子的比例与溶解在海洋中的离子的比例不同。事实上,河水中超过一半的负离子由HCO3-组成,传统上称为碳酸氢盐。
海水失去了它的HCO3-,因为生物提取离子来建造方解石外壳,当生物死亡时,方解石下沉到海底,最终被埋在那里。Na+和Cl-不能被提取出来形成贝壳,所以这些离子留在海水中,变得相对浓缩。
3海洋的温度变化
当泰坦尼克号沉没在北大西洋的冰山后,乘客和机组人员跳或掉进大海并在几分钟内死于寒冷,热量从身体中的流逝非常迅速。然而,游泳者可以在加勒比海游泳,那里的海面温度通常达到28℃。虽然全球每年海洋表面温度平均在17℃左右,但它的范围从热带海洋的35℃到两极附近的-2℃。
由于日照(太阳辐射强度)随纬度的变化而变化,海洋表面年平均温度与纬度存在相关性。日照也随着季节的变化而变化,因此海洋表面温度也随着季节的变化而变化,但不像空气温度变化那么大,因为水有很高的热容量,这意味着它可以吸收或释放大量的热量而不需要改变温度太多。
例如,在中纬度地区,冬季和夏季海洋温度的平均差异约为8℃。相比之下,北美内陆地区的平均气温在一年中变化了43℃。
在热带和温带地区,海水的温度随深度变化明显,因为受太阳加热的海水会膨胀,密度比较冷的海水小。因此,温暖的水“漂浮”在密度更大、温度更低的水之上;上面较暖的海水和下面较冷的海水之间的边界被称为温跃层(Thermocline)。
在热带地区,温跃层的顶部在海洋表面以下约200m,底部在约900m;在温跃层以下,海水温度保持相当稳定。极地海洋中不存在明显的温跃层,因为表层海水已经非常寒冷,海洋表面和海底之间几乎没有任何温度差异。
4海水密度和水团
温度和盐度都控制着海水的密度,因此海水密度在横向和纵向上都有变化。海洋表面的水密度在1020到1030 g/L之间,所以它的密度大约比淡水高2%到3%。海底的水,由于上覆水的重量所造成的压力、低温和高盐度的综合作用,可以达到1050 g/L的密度。在世界上的一些地方,密度变化相对迅速,越过边界,称为密度跃层,深度约为1公里。
随着时间的推移,某一地点的普遍条件可能导致大量海水达到特定的温度和盐度,从而达到特定的密度;海洋学家将其称为水团。由于海洋水体在其边缘不易混合,因此在相对于相邻水体的移动过程中,它们在很长一段时间内保持相当明显的差异。
例如,非常咸,相对密集的地中海的水通过直布罗陀海峡进入大西洋,它下沉深度1000m,大约几百米厚,以舌状向西传播的约3000km。
来自南极洲海岸的冷水会沉入海洋底部,在大西洋海底形成一层南极底水。同样,来自北极地区的冷水下沉,形成北大西洋的海底水。前者与后者在赤道地区重叠,其他的水团在这些海底之上形成,不同水团的交错造成海洋的整体分层。
声明:本站未注明出处的转载文章是出于传递更多信息之目的。若有未注明出处或标注错误或侵犯了您的合法权益,请与本网站联系,我们将及时更正、删除,谢谢!
欢迎关注本站(可搜索)"养鱼第一线"微信公众号和微信视频号"养鱼第一线刘文俊视频号"!以及头条号"水花鱼@渔人刘文俊",将会定期向你推送信息!