Основные характеристики океанической водной среды
Морская вода — удивительнейшее создание природы. И самое примечательное в ней — ее состав. В морской воде растворены очень многие элементы периодической системы, хотя большинство из них — в ничтожных количествах. Это уникальный по разнообразию компонентов раствор, исключительно благоприятный для зарождения и поддержания органической жизни.
В морской воде количественно преобладают ионы хлора и натрия. Если же рассматривать не отдельные ионы, а химические соединения, то больше всего в морской воде растворено хлоридов (88,7%), среди которых преобладает хлористый натрий, или обыкновенная поваренная соль. Значительно уступают хлоридам сульфаты (10,8%), соли всем хорошо знакомой серной кислоты. На все прочие вещества приходится всего около 0,5% общего солевого состава морской воды. Именно химический состав стихии Нептуна объясняет, почему морская вода на вкус горько-соленая и плавать в ней гораздо легче, чем в пресной, речной и озерной. Первое обстоятельство не требует особых комментариев, второе объясняется большей плотностью морской воды.
Показателем количества растворенных в воде химических веществ служит особая характеристика, которую ученые называют соленостью. Соленость — это выраженная в граммах масса всех солей, содержащихся в 1 кг морской воды. Соленость измеряется в тысячных долях, или промилле (%о). На поверхности открытого океана колебания солености невелики: от 32 до 38%о. Средняя поверхностная соленость Мирового океана составляет около 35%о (более точно — 34,73). Чуть выше средние значения солености Атлантики и Тихого океана (по 34,87%о), чуть ниже средняя соленость Индийского океана (34,58%©). Сказывается распресняющее воздействие антарктических льдов.
Для сравнения стоит сказать, что обычная соленость речных вод не превышает 0,15%о, т. е. в 1 кг речной воды растворено не больше 0,15 г минеральных веществ- Наименее солеными в открытом океане являются воды приполярных районов обоих полушарий. Этому способствует таяние материковых льдов (особенно в Южном полушарии) и больших объемов речного стока (в Северном полушарии). Такую же закономерность можно обнаружить и в отдельных океанах. К тропикам соленость увеличивается, причем максимальные ее значения достигаются в широтной полосе 20 — 30° к югу и северу от экватора. В окраинных и особенно во внутренних морях соленость отличается от океанской. В Красном море, которое сообщается с океаном через мелководный и достаточно узкий Баб-эль-Мандебский пролив и практически не получает пресных вод с континентов, а также находится в зоне повишенного испарения, поверхностная соленость достигает самых высоких значений — до 42%о. Балтийское море, далеко вдающееся в пределы суши, сообщающееся с океаном через несколько мелких и узких проливов, находится в зоне умеренного климата и принимает воды множества рек и речек. В результате Балтика относится к самым распресненным бассейнам Мирового океана. Поверхностная соленость в его центральной части составляет всего 6 — 8%о, а на севере моря, в мелководном Ботническом заливе, соленость и вовсе опускается до 2 — 3%о.С увеличением глубины соленость меняется. Это объясняется движением подповерхностных вод или, как принято говорить у океанологов, гидрологическим режимом конкретного бассейна. Например, в экваториальных широтах Атлантического и Тихого океанов под поверхностными водами толщиной 100 — 150 м прослеживаются слои очень соленых вод — выше 36%о, которые образуются за счет переноса глубинными противотечениями с западных окраин океанов более соленых, тропических по происхождению вод.
Однако соленость резко изменяется только до глубин порядка 1500 м. Ниже этого горизонта колебания солености ничтожно малы. На больших глубинах разных океанов количественные значения солености сближаются. Сезонные изменения солености на поверхности открытого океана невелики. Они не превышают 1%о.
Однако в Мировом океане встречаются соленостные аномалии. Так, в Красном море на глубине около 2000 м обнаружены воды, соленость которых достигает 300%о. Такая аномально высокая соленость обычно наблюдается на небольших площадях, где горячие, сильно минерализованные источники выносят в придонные слои океана растворы мантийного происхождения. Эти объекты получили образное название «черных курильщиков».
У морской воды есть еще одно важнейшее свойство — постоянство солевого состава. Оно не зависит ни от географической точки, ни от глубины, с которой взят образец воды. Это фундаментальное свойство установлено еще в конце XIX в. на основании анализа проб кругосветной экспедиции на судне «Челленджер» (1872 — 1876). Оно имеет огромное значение для обитателей океана. Кроме того, постоянство состава морской воды свидетельствует о единстве океанской среды на нашей планете и существовании процессов перемешивания, охватывающих всю толщу вод, все районы Мирового океана.
Кроме Твердых Веществ в морской воде растворены кислород, азот, углекислый газ, и это является необходимым условием для развития органической жизни в океане.
На растворимость кислорода в морской воде оказывают влияние и температура воды, и соленость, и степень переме-шанности, и некоторые другие факторы. Важнейшие — температура и соленость. Чем выше температура и соленость морской воды, тем меньше растворимость кислорода в ней, и наоборот. Итак, теплые и соленые тропические воды содержат меньше растворенного кислорода и не столь благоприятны для живых обитателей океана, чем холодные и менее соленые воды умеренных широт и приполярные воды. Это хорошо известно рыбакам, которые испокон веков занимались рыбным ловом именно в водах второго типа.
В тропических районах обогащенная кислородом вода появляется в результате выхода глубинных вод в приповерхностные горизонты либо приносится из умеренных широт холодными течениями. Углекислый газ (С02) находится в морской воде в виде углекислых соединений. В океан он поступает из атмосферы, выделяется при дыхании живых организмов и разложении органического вещества, а также вместе с другими вулканическими газами из глубоких горизонтов земной коры. Растворимость С02 в морской воде в десятки и сотни раз выше, чем у кислорода, поскольку углекислый газ легко соединяется с водой, образуя углекислоту.
В океане этот газ играет очень важную роль, являясь источником углерода, необходимого для построения органического вещества.
Полным антагонистом углекислого газа, который необходим для органической жизни, является сероводород (Н2С). До недавних пор считали, что этот убивающий всякую жизнь газ встречается только в глубинах внутренних морей, где водообмен с открытым океаном ограничен (Черное, Балтийское и др.).
Благоприятные условия для его накопления в морской воде существуют прежде всего в глубоководных впадинах. Здесь, на у дне, содержание сероводорода увеличено до 7 см3/л. Однако в 70-е гг. XX в. океанологи обнаружили этот газ в открытой северо-западной части Индийского океана, причем на средних глубинах. Следовательно, сероводород образуется не только в условиях застоя воды. Гораздо большую роль играют глубинные процессы в недрах Земли, побочный продукт которых (сероводород) по коровым разломам и трещинам попадает в океан. Кстати, сероводород и в Черном море, где он был впервые обнаружен, распространен гораздо выше двухсотметрового горизонта — глубины, которой ограничивали раньше его присутствие. Оказывается, над зараженными сероводородом черноморскими глубинами существует слой кислорода и газа, губительного для всего живого. Это так называемый С-слой. В Черном море его толщина меняется от 2 до 200 м. Выяснилось также, что зараженную сероводородом водную толщу нельзя считать полностью безжизненной. В этой анаэробной (т. е. лишенной доступа кислорода воздуха) толще отмечены процессы образования биохимических соединений. На больших глубинах Черного моря гидробиологи обнаружили различные примитивные формы жизни: палочки, кокки, нитевидные водоросли.