Мировой океан

В любой текучей среде, включая морскую воду, потери солнечного излучения довольно хорошо описываются так называемым законом Беера, который гласит, что количество энергии, поглощенной на некотором расстоянии, пропорционально исходному ее количеству. Это дает возможность охарактеризовать морскую воду с помощью коэффициента относительного пропускания. Коэффициент пропускания меняется у воды в зависимости от длины волны излучения, и в частности видимая часть спектра солнечного света пропускается водой значительно лучше, чем излучение с более короткими или более длинными волнами. Различие между пресной и соленой морской водой в этом отношении не играет роли.

Установлено, что на 100-метровую глубину в океан проникает менее 1% солнечной энергии, достигшей поверхности воды.

Из-за непрозрачности океана для электромагнитного излучения мы лишены возможности использовать радиоволны и радары для изучения океана. Погрузившаяся подводная лодка может принять радиосообщение только через плавающую на поверхности антенну либо с помощью радиоустройств, работающих на волнах такой длины, при которой закон Беера уже не выполняется. С другой стороны, для звуковых волн океан гораздо более проницаем, чем атмосфера, и по причине своеобразного изменения скорости звука в водной толще он может распространяться в океане на чрезвычайно большие расстояния.

Скорость звука в океане меняется в зависимости от давления, температуры и солености - 1500 м/с, что в 4 - 5 раз превышает скорость звука в атмосфере. С увеличением температуры, солености и давления скорость звука возрастает. Скорость звука в воде не зависит от его высоты или частоты.

Звук в океане распространяется не по прямой линии, он всегда отклоняется в сторону, где скорость меньше.

В соответствии с увеличением давления скорость звука растет с глубиной. Совместное влияние температуры и давления обычно приводит к тому, что где-то в промежуточном слое между поверхностью и дном океана скорость звука принимает минимальное значение. Этот слой минимума скорости называют звуковым каналом. Из-за того, что путь звука всегда искривляется в сторону слоя воды с меньшей скоростью распространения, слой минимума скорости канализирует звук.

Звуковой канал в океане обладает свойством непрерывности. Он простирается почти от поверхности океанических вод в полярных широтах до глубины около 2000 м у берегов Португалии, при средней глубине порядка 700 м. Сверхдальнее распространение звука в океане объясняется тем, что и источник звука, и улавливатель находятся возле оси звукового канала.

Океанская вода содержит соли, газы, твердые частицы органического и неорганического происхождения. По массе они составляют всего 3.5%, но от них зависят определенные свойства воды.

        Таблица 1. Состав морской воды

Большинство из металлов в водах океана присутствует в морской воде в крайне малых количествах. Как показывает таблица, живые организмы извлекают металлы из морской воды. Чаще всего концентрация металлов в живых организмах в сравнении с их содержанием в морской воде не превышает концентрации фосфора.

Погружающееся с поверхности океана вещество включает множество частиц с большой реакционной поверхностью. Частицы из кичи марганца и железа также обладают обширными активными поверхностями. Некоторые из них осаждаются из верхних слоев океана, а другие образуются при окислении восстановленного железа и марганца, диффундирующих из донных отложений или приносятся горячими водами из области раздвигающихся срединно-океанических хребтов. Такие соединения захватывают металлы. Самое яркое подтверждение этому - железомарганцевые конкреции на дне океанов, в которых содержится до 1% никеля и меди, а также многие другие металлы.

Подобное захватывание металлов еще эффективнее происходит в прибрежных водах, где постоянное взмучивание наносов и биологическая переработка толщи отложений обеспечивают непрерывный поток окисляющегося железа и марганца в растворе из донных отложений.

После попадания металлов в донные отложения, вероятность их повторного появления в вышерасположенной толще воды очень мала, хотя некоторое перераспределение внутри самих отложений и наблюдается.

Значение Мирового океана для окружающей среды

Движение атмосферных фронтов над океаном, циркуляция водных масс, наконец, тектоническая эволюция дна - все эти процессы прямо или косвенно влияют на среду, в которой живут люди.

Если бы наша атмосфера состояла только из основных газов: азота, кислорода и аргона, то она была бы прозрачной для инфракрасной радиации. В результате обратно отраженная от поверхности Земли радиация могла бы без изменения пройти через атмосферу. Однако воздух, кроме трех основных газов, содержит небольшое количество углекислого газа (0,03%) и водяных паров. И углекислый газ, и водяные пары в атмосфере сильно адсорбируют инфракрасную радиацию. Кроме того, при конденсации водяных паров образуются облака, которые отражают и рассеивают поступающий солнечный свет.

Перенос тепла от земной поверхности в атмосферу происходит тремя путями. Часть энергии переносится тепловым излучением. Часть переноса осуществляется нагреванием воздуха, который входит в контакт с сушей. Однако наибольшая часть переноса осуществляется испарением воды. Водяные пары, поднимаясь в атмосферу, конденсируются в различные виды облаков и выпадающие осадки (дождь или снег), и таким образом атмосфера получает тепло за счет испарения.

На Земле вода играет важную роль как аккумулятор тепла, потому что она поглощает инфракрасную радиацию, а также вследствие механизма испарения и конденсации. Над засушливыми районами эти влияния уменьшаются, и поэтому именно здесь мы наблюдаем самые большие суточные и годовые амплитуды температуры. С другой стороны, во влажных океанических районах наблюдаются наименьшие изменения температуры. Кроме того, так как океан является большим резервуаром тепла по сравнению с сушей, он хранит большие количества тепла и в дальнейшем таким образом ослабляет годовые колебания температуры. Поступающая на Землю солнечная радиация взаимодействует с атмосферой, облаками и поверхностью Земли. Энергия переносится от экватора по направлению к полюсу ветрами и океаническими течениями, которые обусловлены различным нагреванием земной поверхности. Мировой океан играет важную роль в энергетическом балансе Земли.

Природные ресурсы Мирового океана и их использование

Океан занимает 71% площади поверхности Земли и получает больше солнечной энергии, чем суша. Его вклад в обеспечение человека пищей значителен - морские продукты обеспечивают человека важными микроэлементами. Океан поставляет мех, химические продукты. Развитие химии и физики позволяет использовать морскую воду (источник ценных веществ), механическую силу волн, течений и прилива.

Различают два вида рыбного промысла: поверхностный и глубинный. При поверхностном промысле ловят все виды морских организмов, обитающих в верхних слоях воды, прежде всего сельдь, макрель и кильку. Объектом глубинного лова являются все виды морских организмов, живущих вблизи дна или на самом дне (различные виды тресковых и камбаловых рыб).

Помимо непосредственного лова рыбы, доставляющего человечеству пищу, существуют и другие морские промыслы, связанные главным образом с получением побочных продуктов, вырабатываемых морскими организмами, или с использованием их для промышленных и торговых целей. Сюда прежде всего относятся промысел губок и жемчуга, охота на морских млекопитающих (китов и тюленей) и морских пресмыкающихся (черепах). Губки не принадлежат к морским растениям, они являются примитивным типом морских беспозвоночных животных. 200 из известных 20 000 видов губок живут в пресных водах, примерно 7 - 8 видов имеют промысловое значение, они встречаются главным образом в сравнительно теплых водах Средиземного моря и Мексиканского залива.

Добыча жемчуга - еще один способ обогащения за счет обитателей моря, которому научился человек. По своему внешнему виду жемчужины отличаются от съедобных устриц и больше похожи на обыкновенные раковины. Наиболее известен вид Pteria margaritifera, имеющий около 7,5 см в поперечнике и поставляющий самые ценные жемчужины. Другой, больший по размерам вид - Pteria maxima. Эта раковина имеет иногда до 30 см в поперечнике и достигает веса 5,5 кг, но сами жемчужины не так хороши, как у предыдущей, и ценятся в основном за перламутр, которым раковина жемчужницы покрыта изнутри.

Промысел жемчуга ведется во многих районах мира. Красивейшие жемчужины добывают в водах, омывающих Таити, Борнео, Калифорнию, Венесуэлу, Новую Гвинею и Мексику. Самые известные промыслы расположены в Персидском заливе.

Китобойный промысел - один из древнейших способов эксплуатации морских богатств. Кроме мяса, главными продуктами, получаемыми от кита, являются жир, амбра (добывается из содержимого кишечника убитого кита; иногда ее можно встретить свободно плавающей в море или выброшенной на берег), костяная мука, китовый ус. Жир кашалота особенно ценится в качестве смазочного материала, а воскообразное вещество, имеющееся в его голове, известное как спермацет, используется в медицине и для изготовления косметических средств. Амбра - чрезвычайно ценное вещество, используется как фиксатор для высококачественных духов.

Весьма ценным для человека как своим жиром, так и шкурой, является тюлень. К наиболее важным с промысловой точки зрения видам принадлежат морские котики (северные районы Тихого океана, в особенности острова Прибылова и Командорские острова в Беринговом море).

Другое морское млекопитающее, мех которого широко используется человеком, - морской бобр (калан). Хорошо обработанная шкурка калана - один из самых ценных мехов в мире.

Известную коммерческую ценность представляет также белый медведь (шкура, мясо, зубы).

Единственным морским пресмыкающимся, которое добывает человек, является черепаха. Особенно ценятся два рода: Eretmochelys и зеленая черепаха (Chelonia); эти черепахи обитают в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах. Первая поставляет ценный в коммерческом отношении черепаховый панцирь, вторая - мясо.

Планктон используется как богатая белками пища для домашней птицы и домашнего скота.

Ряд морских растений, прежде всего водоросли, также имеют практическое значение. Так, отдельные виды водорослей, как, например, Chondrus crispus Porphyra laciniata, употребляют в пищу. Из водорослей также получают йод, бром и поташ. Водоросли дают также альгиновую кислоту, употребляемую при приготовлении бланманже и горчицы. Водоросли используются как хорошее удобрение, содержащее 1% азота и некоторое количество поташа. Микроскопические размеры растительного планктона компенсируются численностью: под каждым квадратным метром морской поверхности находится от 100 млн. до 10 млрд. клеток фитопланктона. Фитопланктон быстро размножается, и их урожай можно собирать. Из морских водорослей извлекают разнообразные органические коллоиды. Коллоиды, такие, как агар и альгин, используются в качестве наполнителей при изготовлении мороженого, супов и т.д.  Из воды получают соль. Добывают магний. По произведенным подсчетам, каждая кубическая миля морской воды содержит 4 млн. т магния, и значительная часть его может быть получена посредством процесса экстрагирования. Магний применяется при производстве печатной краски, зубной пасты и ряда лекарств.

Морскую воду перерабатывают в пресную для целей ирригации и употребления в пищу.

Диатомовые, которые относятся к отделу хризофит - золотистых водорослей - одноклеточные, заключенные в стекловидный кремниевый панцирь. Отложения диатомовых могут использоваться как фильтрующий материал. В 1866 - 1867 гг. Шведский химик Альфред Нобель создал безопасную взрывчатку - динамит, установив, что для предотвращения самопроизвольных взрывов достаточно пропитать жидким нитроглицерином диатомовую землю.

Слои ископаемых моря образуют существенную часть пласта осадочных пород, из которых без особого труда можно черпать содержащиеся в них химические и минеральные вещества. Гипс, поташ, сульфат магния, бура, бром, литий и хлорид калия - все эти вещества сейчас добывают из такого рода морских напластований.