Мировой океан и химический состав вод Мирового океана
Мировой океан (океаносфера) — единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (Арктический по зарубежным классификациям) и Южный (Антарктический). Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Объем вод Мирового океана составляет 1340-1370 млн. км 3 . Объем суши, поднимающейся над уровнем моря, составляет 1/18 объема океана. Если бы поверхность Земли была совсем ровной, океан покрывал бы ее слоем воды в 2700 м. Воды Мирового океана составляют 96,5% объема гидросферы и покрывают 70,8% поверхности планеты (362 млн. км 2 ). Благодаря огромной водной массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного терморегулятора.
Химический состав вод Мирового океана. Морская вода — особый тип природных вод. Формула воды Н2О верна и для морской воды. Однако помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов (теоретически в морской воде могут быть найдены все существующие в природе элементы таблицы Менделеева — pppa.ru). Большинство из них находится в чрезвычайно малых концентрациях. В 1 км 3 морской воды содержится около 40 т растворенных твердых веществ, которые определяют ее важнейшее свойство — соленость. Соленость выражается в промилле (0,1%) и ее средняя величина для океанских вод равна 35‰. Температура воды и соленость определяют плотность морской воды.
Основные из них, входящие в состав морской воды, приведены ниже.
1. Твердые вещества, составляющие в среднем 3,5% (по массе). Больше всего в морской воде содержится хлора (1,9%), т.е. более 50% всех растворенных твердых веществ. Далее следуют: натрий (1,06%), магний (0,13%), сера (0,088%), кальций (0,040%), калий (0,038%), бром (0,0065%), углерод (0,003 %). Главные растворенные в морской воде элементы образуют соединения, основные из которых: а) хлориды (NaCl, MgCl) — 88,7%, которые придают морской воде горьковато-соленый вкус; б) сульфаты (MgSO4, CaSO4, K2SO4) — 10,8%; в) карбонаты (СаСО3) — 0,3%. В пресной воде наоборот: больше всего карбонатов (60,1%) и меньше всего хлоридов (5,2%).
2. Биогенные элементы (питательные вещества) — фосфор, кремний, азот и др.
3. Газы. В морской воде содержатся все атмосферные газы, но в иной пропорции, чем в воздухе: преобладает азот (63%), который в силу своей инертности не участвует в биологических процессах. Далее следуют: кислород (около 34%) и углекислый газ (около 3%), присутствуют аргон и гелий. В тех морских районах, где отсутствует кислород (например, в Черном море), образуется сероводород, который в атмосфере при нормальных условиях отсутствует.
4. Микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях.
Географические закономерности распределения температуры воды и солености
Общие закономерности горизонтального (широтного) распределения температуры и солености на поверхности Мирового океана показаны на рисунках.
Среднегодовая температура (°С) поверхности Мирового океана: 1 — изотермы; 2 — области максимальной температуры воды; 3 — области температуры воды ниже среднего значения (средняя температура воды 18,56°С).
Среднегодовая соленость (‰) поверхности Мирового океана: 1 — изогалины; 2 — области максимальной солености; 3 — области солености ниже среднего значения; 4 — области минимальной солености (среднее значение солености 34,7 8‰).
Очевидно, что температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам, а для солености характерны выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и пониженные значения у полюсов. Чередование очагов пониженной и повышенной солености у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков.
Температура воды с глубиной понижается, что видно на рисунке ниже для северной части Тихого океана. Эта закономерность свойственна для Мирового океана в целом, однако изменения температуры воды и солености различаются в его отдельных частях, что объясняется рядом причин (например, временем года). Наибольшие изменения происходят в верхнем слое до глубины 50-100 м. С глубиной различия стираются.
Графики вертикального распределения температуры, характерные для арктического (1), субарктического (2), субтропического (3), тропического (4) и экваториального (5) типов вод.
Водные массы — это большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами. По вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные. Среди поверхностных водных масс выделяют экваториальные, тропические (северные и южные), субтропические (северные и южные), субполярные (субарктические и субантарктические) и полярные (арктические и антарктические) водные массы.
Океанические фронты и поверхностные водные массы Мирового океана: типы водных масс: Ар — арктические; СбАр — субарктические; СбТс — субтропические Северного полушария; Тс — тропические Северного полушария; Э — экваториальные; Тю — тропические Южного полушария; СбТю — субтропические Южного полушария; СбАн — субантарктические; Ан — антарктические; Тар — Аравийского моря; 715 — Бенгальского залива. Названия океанических фронтов указаны на рисунке.
Границами различных типов водных масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенций (расхождения) или конвергенции (схождения) вод. Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой — pppa.ru. В поверхностном слое происходит интенсивное перемешивание вод, он богат кислородом, углекислым газом и живыми организмами. Их можно назвать водами «океанической тропосферы».
Наряду с поверхностными течениями в Мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня.
Источник
14. Минеральные ресурсы Мирового океана
Широко применяется также подразделение минеральных ресурсов Мирового океана на два больших класса: гидрохимических и геологических ресурсов. К гидрохимическим ресурсам относят собственно морскую воду, которую можно рассматривать и как раствор, содержащий множество химических соединений и микроэлементов. К геологическим относят те минеральные ресурсы, которые находятся в поверхностном слое и недрах земной коры.
Гидрохимические ресурсы Мирового океана– это элементы солевого состава океанских и морских вод, которые можно использовать для хозяйственных нужд. По современным оценкам, такие воды содержат около 80 химических элементов, о разнообразии которых дает представление рисунок 10. В наибольшем количестве океаносфера содержит соединения хлора, натрия, магния, серы, кальция, концентрация которых (в мг/л) довольно высока; в эту же группу входят водород и кислород. Концентрация большинства других химических элементов значительно меньше, а иногда мизерная (например, содержание серебра составляет 0,0003 мг/л, олова – 0,0008, золота – 0,00001, свинца – 0,00003, а тантала – 0,000003 мг/л), поэтому морскую воду и называют «тощей рудой».
По имеющимся оценкам, 1 км3 морской воды содержит 35–37 млн т растворенных веществ. В том числе около 20 млн т соединений хлора, 9,5 млн т магния, 6,2 млн т серы, а также примерно 30 тыс. т брома, 4 тыс. т алюминия, 3 тыс. т меди. Еще 80 т приходится на марганец, 0,3 т – на серебро и 0,04 т – на золото. Кроме того, в 1 км3 морской воды содержится много кислорода и водорода, есть еще углерод и азот.
Все это создает базу для развития «морской» химической промышленности.
Геологические ресурсы Мирового океана – это ресурсы минерального сырья и топлива, содержащиеся уже не в гидросфере, а в литосфере, т. е. связанные с океаническим дном. Их можно подразделить на ресурсы шельфа, материкового склона и глубоководного ложа океана. Главную роль среди них играют ресурсы континентального шельфа, занимающего площадь 31,2 млн км2, или 8,6 % общей площади океана.
Рис. 10. Гидрохимические ресурсы океаносферы (по Р.А.Крыжановскому)
Наиболее известный и ценный минеральный ресурс Мирового океана – углеводороды: нефть и природный газ. Еще по данным на конец 80-х гг. XX в., в Мировом океане было разведано 330 осадочных бассейнов, перспективных на нефть и газ. Примерно в 100 из них было открыто около 2000 месторождений. Большинство этих бассейнов являются продолжением бассейнов суши и представляют собой складчатые геосинклинальные структуры, но встречаются и чисто морские осадочные нефтегазоносные бассейны, не выходящие за пределы своих акваторий. По некоторым оценкам, общая площадь таких бассейнов в пределах Мирового океана достигает 60–80 млн км2. Что же касается их запасов, то в разных источниках они оцениваются по-разному: по нефти– от 80 млрд до 120–150 млрд т, а по газу – от 40–50 трлн м3 до 150 трлн м3.
При характеристике нефтяных и газовых ресурсов Мирового океана обычно прежде всего имеют в виду наиболее доступные ресурсы его шельфа. Самые крупные нефтегазоносные бассейны на шельфе Атлантического океана разведаны у берегов Европы (Североморский), Африки (Гвинейский), Центральной Америки (Карибский), менее крупные – у берегов Канады и США, Бразилии, в Средиземном и некоторых других морях. В Тихом океане такие бассейны известны у берегов Азии, Северной и Южной Америки и Австралии. В Индийском океане ведущее место по запасам занимает Персидский залив, но нефть и газ обнаружены также на шельфе Индии, Индонезии, Австралии, а в Северном Ледовитом океане – у берегов Аляски и Канады (море Бофорта) и у берегов России (Баренцево и Карское моря). К этому перечню нужно добавить и Каспийское море.
Однако на континентальный шельф приходится только примерно 1/3 прогнозных ресурсов нефти и газа в Мировом океане. Остальная их часть относится к осадочным толщам материкового склона и глубоководных котловин, расположенных на расстоянии многих сотен и даже тысяч километров от побережий. Глубина залегания нефтегазоносных пластов здесь значительно больше. Она достигает 500—1000 м и более. Ученые установили, что наибольшие перспективы на нефть и газ имеют глубоководные котловины, расположенные: в Атлантическом океане – в Карибском море и у берегов Аргентины; в Тихом океане – в Беринговом море; в Индийском океане – у берегов
Восточной Африки и в Бенгальском заливе; в Северном Ледовитом океане – у берегов Аляски и Канады, а также у берегов Антарктиды.
Кроме нефти и природного газа, с шельфом Мирового океана связаны ресурсы твердых полезных ископаемых. По характеру залегания они подразделяются на коренные и россыпные.
Коренные залежи угля, железных, медно-никелевых руд, олова, ртути, поваренной и калийной солей, серы и некоторых других полезных ископаемых погребенного типа генетически обычно связаны с месторождениями и бассейнами прилегающих частей суши. Они известны во многих прибрежных районах Мирового океана, и в отдельных местах их разрабатывают при помощи шахт и штолен (рис.
Прибрежно-морские россыпи тяжелых металлов и минералов следует искать в пограничной зоне суши и моря – на пляжах и в лагунах, а иногда и в полосе затопленных океаном древних пляжей.
Из содержащихся в подобных россыпях руд металлов наибольшее значение имеет оловянная руда – касситерит, залегающая в прибрежно-морских россыпях Малайзии, Индонезии и Таиланда. Вокруг «оловянных островов» этого района они прослеживаются на расстоянии 10–15 км от берега и до глубины 35 м. У берегов Японии, Канады, Новой Зеландии и некоторых других стран разведаны запасы железистых (титаномагнетитовых и монацитовых) песков, у берегов США и Канады – золотоносных песков, у берегов Австралии – бокситов. Еще более распространены прибрежно-морские россыпи тяжелых минералов. Прежде всего это относится к побережью Австралии (ильменит, циркон, рутил, монацит), Индии и Шри-Ланки (ильменит, монацит, циркон), США (ильменит, монацит), Бразилии (монацит). У берегов Намибии и Анголы известны россыпные месторождения алмазов.
Несколько особое положение в этом перечне занимают фосфориты. Большие залежи их обнаружены на шельфе западного и восточного побережий США, в полосе атлантического побережья Африки, вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки. Однако еще советскими океанологическими экспедициями в 60– 70-х гг. XX в. фосфориты были разведаны не только на шельфе, но и в пределах материкового склона и вулканических поднятий в центральных частях океанов.
Из других твердых минеральных ресурсов наибольший интерес представляют железомарганцевые конкреции, впервые обнаруженные более ста лет назад английским экспедиционным судном «Челленджер». С тех пор их исследовали океанографические экспедиции многих стран, в том числе и советские – на судах «Витязь»>, «Академик Курчатов»), «Дмитрий Менделеев» и др. Было установлено, что такие конкреции встречаются на глубинах от 100 до 7000 м, т. е. и в шельфовых морях, например, Карском, Баренцевом, и в пределах глубоководного ложа океана и его впадин.
Рис. 11. Минеральные ресурсы дна Мирового океана (по В. Д. и М. В. Войлошниковым)
Общие запасы конкреций в Мировом океане оценивают с очень большой «вилкой»: от 2–3 трлн т до 20 трлн т, а извлекаемые– обычно до 0,5 млрд т. Надо учитывать и то, что они ежегодно прирастают на 10 млн т.
Главные скопления конкреций находятся в Тихом океане, где они занимают площадь 16 млн км2. Там принято выделять три главные зоны (котловины) – северную, среднюю и южную. На отдельных участках этих котловин плотность конкреций достигает 70 кг на 1 м2 (при средней примерно 10 кг). В Индийском океане конкреции разведаны также в нескольких глубоководных котловинах, главным образом в центральной его части, но залежи их в этом океане значительно меньше, чем в Тихом, а качество хуже. Еще меньше конкреций в Атлантическом океане, где более или менее обширные их поля находятся на северо-западе, в Северо-Американской котловине, и у берегов Южной Африки (рис. 77).
Помимо конкреций, на дне океана имеются железомарганцевые корки, покрывающие породы в зонах срединно-океанических хребтов. Эти корки нередко располагаются на глубинах 1–3 км. Интересно, что марганца в них содержится гораздо больше, чем в железомарганцевых конкрециях. Встречаются в них и руды цинка, меди, кобальта.
Россия, имеющая береговую линию очень большой протяженности, владеет и самым обширным по площади континентальным шельфом (6,2 млн км2, или 20 % мирового шельфа, из которых 4 млн км2 перспективны на нефть и газ).
В качестве своеобразных «ресурсов» дна Мирового океана можно рассматривать и сокровища затонувших судов: по подсчетам американских океанографов, на дне лежит не менее 1 млн таких судов! Да и ныне их ежегодно гибнет от 300 до 400.
Больше всего подводных кладов находится на дне Атлантического океана, по просторам которого в эпоху Великих географических открытий в больших количествах вывозили в Европу золото и серебро. Десятки судов гибли от ураганов и штормов. В последнее время при помощи самой современной техники на дне океана были обнаружены остатки испанских галеонов. С них были подняты огромные ценности.
В 1985 г. американская поисковая команда обнаружила затонувший в 1912 г. знаменитый «Титаник», в сейфах которого были похоронены ценности на миллиарды долларов, включая 26 тыс. серебряных тарелок и подносов, но поднять их с глубины более 4 км пока не удалось.
Еще один пример. В годы Второй мировой войны из Мурманска в Англию на крейсере «Эдинбург» было отправлено 465 золотых слитков (5,5 т) в счет оплаты военных поставок союзников. В Баренцевом море крейсер был атакован германской подводной лодкой и поврежден. Было принято решение затопить его, чтобы золото не попало в руки неприятеля. Спустя 40 лет водолазы спустились на глубину 260 м, на которой затонул корабль, и все золотые слитки были извлечены и подняты на поверхность.
Источник