Плотность воды речной: «Какова Разность плотности моря и реки?» – Яндекс.Кью

Содержание

Влияние плотности воды на осадку судна – Балтийский Ллойд

С изменением плотности воды, осадка судна изменяется. При этом с увеличением плотности воды осадка судна уменьшается и, наоборот, с уменьшением плотности осадка увеличивается. Изменение осадки судна от изменения плотности воды можно вычислить по формуле:

Величина, на которую уменьшается осадка судна при переходе из пресной воды в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³, называется поправкой на пресную воду, и, как правило, измеряется в миллиметрах. Для каждого судна данная поправка указывается в Судовом свидетельстве о грузовой марке.

Грузовая марка, нанесенная на обоих бортах судна, показывает, какой минимальный надводный борт может иметь судно в морской воде с плотностью 1,025 т/м³. Когда судно грузится в порту с пресной водой, то грузовая марка может быть утоплена на величину равную поправке на пресную воду. При переходе в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³ осадка судна уменьшится на величину этой поправки, и судно будет иметь осадку по грузовую марку.

При погрузке в порту, где плотность воды более 1.000 т/м³, но менее чем 1,025 т/м³. величина, на которую может быть утоплена грузовая марка называется поправкой к осадке на плотность воды (по-английски, Dock Water Allowance) и может быть рассчитана по формуле:

Поправка к осадке, рассчитанная по приведенной выше формуле, получается в сантиметрах.

Пример: Осадка судна по грузовую марку 6,25 м. Поправка на пресную воду составляет 255 мм. Плотность воды у причала 1,009 т/м³. Рассчитать, на какую величину может быть увеличена осадка с тем, чтобы с переходом в воду с плотностью 1,025 т/м³. судно имело осадку по грузовую марку.

Порядок вычислений:

1. Вычисляем, на сколько сантиметров может быть утоплена грузовая марка:

Грузовая марка может быть утоплена на 16 сантиметров.

2. Вычисляем среднюю осадку, на которую может быть погружено судно:

При определении весового водоизмещения судна по осадкам, если фактическая плотность воды, в которой находится судно, отличается от плотности воды, для которой рассчитаны грузовая шкала или гидростатические кривые, то поправку к водоизмещению на плотность воды находят по формуле:

Следует отметить, что при понижении или повышении температуры воды, ее плотность изменяется. Следовательно, если судно находится в пресной воде, то необходимо принимать во внимание ее температуру, так как при высокой температуре пресной воды ее плотность ниже 1,000 т/м³. Если этого не учитывать в расчетах, то разница между истинным и рассчитанным водоизмещением может быть весьма значительной.

Таблица плотности пресной воды при различных температурах:

t°C	ρ, т/м³	t°C	ρ, т/м³	t°C	ρ, т/м³
0	0,99987	12	0,99952	24	0,99732
1	0,99993	13	0,99940	25	0,99707
2	0,99997	14	0,99927	26	0,99681
3	0,99999	15	0,99913	27	0,99654
4	1,00000	16	0,99897	28	0,99626
5	0,99999	17	0,99880	29	0,99597
6	0,99997	18	0,99862	30	0,99537
7	0,99993	19	0,99843	31	0,99537
8	0,99988	20	0,99823	32	0,99505
9	0,99981	21	0,99802	33	0,99472
10	0,99973	22	0,99780	34	0,99440
11	0,99963	23	0,99757	35	0,99406

Когда судно находится в морской воде, то поправку на температуру забортной воды не учитывают и необходимо руководствоваться только показаниями ареометра.

Ареометр (Densimeter) — это прибор для измерения плотности жидкости. Современные ареометры, как правило, стеклянные. Шкала измерения градуируется в кг/м³. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости, как указано на рисунке 1.

Для измерения используют емкость диаметром не менее 50 мм. Пробы забортной воды необходимо брать с обоих бортов в районе миделя с глубины равной половине осадки судна, как можно быстрее после снятия осадок.

Определение плотности воды при помощи ареометра.

Необходимо отметить, что таким же ареометром измеряют плотность воды в балластных танках, когда определяют количество груза по осадкам.

Эта тема подробно рассмотрена в книгах серии «Морская практика»: «Расчет массы груза по осадкам» и «Расчет посадки и дифферента грузовых судов».

Вышло второе издание обеих книг, в том числе и в формате электронных книг. Теперь книги доступны для чтения на портативных электронных устройствах, например, на электронных книгах, планшетах, трансформерах, ноутбуках и даже на смартфонах.

Обе книги находятся в разделе Учебная литература.

Автор капитан В.Н. Филимонов

Температура, соленость, плотность воды морей российского сектора Арктики

С севера в моря Российской Арктики поступают воды Северного Ледовитого океана. Холодные поверхностные воды Центрального Арктического бассейна распространяются на северные окраины всех морей.

В результате смешения речных вод с водами, приходящими из Атлантического и Тихого океанов, образуются поверхностные арктические воды, которые тонким слоем распределяются по всей акватории Арктического бассейна. Их характерной чертой являются большие годовые амплитуды температуры воды порядка 10°C и солености, достигающие 20‰. В зимнее время образуются холодные и высокосоленые воды. Летом температуры воды повышается, а соленость понижается вследствие увеличения объема материкового стока и таяния льда. Поверхностные арктические воды занимают преобладающую часть пространств сибирских морей.

Соленость воды в арктических морях испытывает наибольшие сезонные колебания по сравнению с другими районами Мирового океана, где величина ее сезонных колебаний составляет 0,2–0,3‰, тогда как в отдельных районах морей сибирского шельфа она составляет 6‰. В местах сосредоточения речного стока соленость воды летом понижается до 5–10‰, следовательно, сезонные колебания достигают здесь 8‰. Из-за таяния льда соленость поверхностной воды арктических морей понижается на 1–3‰.

Плотность воды на поверхности арктических морей больше всего связана с соленостью и температурой. В осенне-зимний период плотность воды выше, чем весной и летом. Наибольшая величина плотности воды в это время отмечается севернее центральной части Баренцева моря (более 1,02800 г/см3), а наименьшая — в южной части Карского моря (менее 0,01600 г/см3). Летом, когда поверхностные воды опресняются за счет таяния льдов и речного стока, их плотность понижается. Самая большая плотность в этот период отмечается в центральной части Баренцева моря (более 1,02725 г/см3), а наименьшая — в южных частях морей: Белого, Карского и Лаптевых.

Обычно плотность увеличивается с глубиной. Ее распределение по вертикали связано с вертикальным распределением солености и температуры воды в морях.

Общая информация о водных объектах

Бассейн реки Волхов

Река Волхов вытекает из озера Ильмень и впадет в Ладожское озеро. Длина 224 км, площадь водосбора составляет 80200 км². Большую часть бассейна Волхова составляет бассейн озера Ильмень, водосборная площадь которого 67200 км². Площадь собственного бассейна Волхова составляет около 16% площади всего бассейна.

Схема водосборного бассейна реки Волхов

Залесенность бассейна реки Волхов составляет 60-70%. Болота и заболоченные земли занимают около 10% территории. Сильной заболоченностью выделяется Приильменская низина. В долине р. Волхов, на побережье оз. Ильмень и в низовьях рек, впадающих в озеро, расположены два больших массива заливных лугов. Озерность бассейна р. Волхов составляет 1,8-2,8%.

Густота речной сети бассейна реки составляет 0,75 км/км². Наиболее развитую гидрографическую сеть (0,84-0,96 км/км²) имеют реки Пола, Ловать и Шелонь.

Общее количество рек в бассейне р. Волхов составляет 24841, а их суммарная длина достигает 59921 км. Характерной особенностью гидрографической сети является большое количество мельчайших рек. Число водотоков длиной менее 10 км составляет 98% от общего числа, а их длина – 73% общей длины. Рек, длиною более 200 км, насчитывается всего 6 (Ловать, Мста, Пола, Шелонь, Кунья и Волхов).

Бассейн реки Нарва

Водосбор реки Нарвы представляет слабоволнистую равнину с большими болотными массивами и заболоченными, частично поросшими лесом, низинами, по берегам занятыми лугами и сельскохозяйственными угодьями. Лесистость бассейна 20%. Болота вместе с заболоченными лугами и лесами занимают до 35% всей площади. Примерно 37% всей площади занято пашнями. В центре бассейна находится Чудско-Псковское озеро, площадь зеркала которого (3560 км²) составляет более 6% всей площади водосбора р. Нарвы. Средняя высота водосбора 30-50 м, в юго-восточной части увеличивается до 100 м. Озерность из-за большой площади Чудско-Псковского озера составляет 8%. Всего озер на водосборе насчитывается около 1500. Речные долины и котловины озер, как правило, приурочены к образованиям ледникового рельефа.

Схема водосборного бассейна р. Нарвы

Территория бассейна р. Нарвы имеет хорошо развитую гидрографическую сеть. Наличие большого количества рек, озер и болот обусловлено, в первую очередь, избыточно влажным климатом. Густота речной сети рек бассейна составляет 0,93 км/км².

На Сланцевском участке Силурийского плато отмечены карстовые явления, русло Плюссы, прорезающее известняки, местами порожистое.

Общее количество рек в бассейне р. Нарвы на территории РФ составляет 14953, а их суммарная длина достигает 29796 км.

Характерной особенностью гидрографической сети является большое количество мельчайших рек. Число водотоков длиной менее 10 км составляет 98% от общего числа, а их длина – 74% общей длины. Рек, длиною более 200 км насчитывается всего 2.

Общее количество рек на территории Эстонии и Латвии составляет 2800, а их суммарная длина достигает 10651 км, в том числе на территории Эстонии 2781 водоток с суммарной длиной 10543 км.

Наиболее крупными реками в бассейне являются р. Великая (430 км), впадающая в оз. Псковское, и р. Плюсса (281 км), впадающая в Нарвское водохранилище.

Бассейн реки Кемь

Река Кемь является крупнейшей озерно-речной системой Республики Карелия. Площадь её водосбора 27700 км². Бассейн расположен в северной части Карельского гидрографического района и представляет форму треугольника с основанием на западе вдоль границы с Финляндией. Вершиной треугольника является устье реки Кемь, впадающей в Белое море.

Схема водосборного бассейна р. Кемь

Максимальная длина от устья до наиболее удаленной точки речной системы составляет 590 км. Полное падение реки на данном участке 220 м. Наибольшие уклоны наблюдаются на верхнем (р. Куржма – 2,33 м/км) и нижнем (0,78 м/км) течении реки. Средний модуль стока для бассейна составляет 9,8 л/сек*км². Он изменяется от 12 (притоки, питающие оз. Куйто) до 8 л/сек*км² (приустьевая часть). Средняя высота бассейна 169 м, максимальная 300 м. Средняя плотность речной сети бассейна 0,42 км/км². Наибольшая её густота на отдельных водосборах достигает 0,66 – 0,86 км/км² (р. Куржма, Войница).

В бассейне насчитывается 11531 озеро с общей площадью 2600 км², из них 8% являются малыми.

Река Кемь от истока Куржмы проходит через 19 озер. Протяжение озерных участков 144,4 км. Коэффициент линейной озерности составляет 40%. Обилие озер в бассейне обеспечивает естественное регулирование стока. Непрерывная сеть озер системы Куйто с короткими протоками между ними занимает верхнюю половину течения реки. Многочисленные притоки, питающие эти озера, несут более трети всего объема воды, поступающего с бассейна. Площадь их водосбора более 10000 км². Средняя площадь речной сети – 0,4 км/км². Озерность этой части водосбора – 12%, заболоченность – 18%, лесистость — 70%.

От истока из озера Нижнее Куйто до Панозера река Кемь включает 9 небольших озеровидных расширений. В нижнем течении реки озера отсутствуют. Коэффициент озерности с нарастанием площади бассейна уменьшается от 11,4 до 9,7%. Длина этого участка 198 км. Общее падение 100 м. Продольный профиль имеет ступенчатый вид. Ниже истока из озера Нижнее Куйто река Кемь образует 40 порогов, большая часть которых приходится на нижнее течение. На них, при общей протяженности около 10% всей длины, приходится более 90% общего падения реки.

Илы сероватых оттенков являются доминирующими в составе донных отложений рассматриваемых озер. На оз. Хаапаярви они покрывают 75% донной поверхности, на оз. Юшкозере – 36%, на Куроярви – 41%, на оз. Роппомо – 73%.

По гранулометрическому составу преобладают мел, коалевритовые и глинистые илы. Мощность иловой толщи незначительна – не более 50 см., исключение составляют донные отложения оз. Куроярви, где слой илов более метра. Осадки обследованных водоемов содержат незначительные количества органических веществ.

Главный приток р. Кемь – Чирка-Кемь с площадью водосбора 8270 км² впадает на 173 км от устья и дает почти треть стока. Исток реки Чирка-Кемь находится на высоте 251,4 м на расстоянии 228,5 км от слияния её с Кемью. Средняя плотность речной сети этой части бассейна 0,43 км/км². Озерность составляет 8% от общей поверхности территории, заболоченность – 12%, залесенность – 80%.

р. Кемь, д. Юшкозеро в период половодья (2012 г.)

Классификация примесей природных и сточных вод

Понятие о природных и сточных водах

Природные воды — это воды гидросферы Земли, возникшие естественным путем. Они делятся на два больших класса: поверхностные и подземные (можно еще выделить атмосферные воды, но их прямое использование экзотично). Поверхностные воды находятся в реках, озерах, водохранилищах, болотах и морях, а также в каналах. Подземные воды содержатся в порах грунтов и горных пород.

Сточные воды по происхождению можно разделить на четыре класса: хозяйственно-бытовые (фекальные), ливневые, сельскохозяйственные и производственные (промышленные).
- Хозбытовые стоки образуются при смешивании водопроводной воды с бытовыми и физиологическими отходами в санитарных приборах и содержат в основном органические примеси.
- Ливневые стоки представляют собой смесь атмосферных осадков с загрязнениями, смытыми с поверхностей застроенных и незастроенных территорий (взвеси, нефтепродукты и т.п.).
- К сельскохозяйственным сточным водам, кроме стоков животноводства, близких по составу к хозфекальным, но только более концентрированным, относят также возвратные и дренажные воды, образующиеся при орошении и содержащие зачастую ядохимикаты и минеральные удобрения.

Промышленные стоки многообразны, как и отрасли материального производства, использующие воду для различных нужд.

Примеси природных и сточных вод

Многообразие примесей в воде затрудняет их классификацию. До недавнего времени примеси систематизировали по следующим признакам:

По своей природе примеси воды делятся на минеральные, органические, и биологические. К минеральным относят частицы песка, глины, руд, шлаков, минеральные масла, соли, кислоты, основания и т.д. Органические загрязнения бывают растительного, животного и искусственного происхождения. Растительные — это остатки растений, водорослей, продукты их разложения и т.п. К загрязнениям животного происхождения относятся физиологические выделения человека и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и т.п. Искусственное происхождение имеют органические примеси, образующиеся, например, из продукции предприятий органической химии, пищевой промышленности и многих других видов производств. Биологические микробные примеси представлены микроорганизмами, к которым относят микроскопические водоросли и грибы, бактерии и вирусы, часто называемые микрофлорой. К микрофауне относят инфузорий, жгутиковых, червей, рачков.

По степени растворимости примеси делятся на нерастворимые и растворимые. Нерастворимые называются также взвешенными, к ним относятся частицы песка, глины, ила. Растворимые примеси могут быть в виде коллоидов (занимают промежуточное положение между взвешенными и растворенными веществами) или истинно растворимых молекул и ионов.

По фазовому состоянию примеси могут быть твердыми (например, глинистые частицы, водоросли), жидкими (эмульсии, нефтепродукты, жиры), газообразными (газы в нерастворенном состоянии).

Можно также классифицировать примеси воды по их происхождению (природные и искусственные), по плотности относительно воды (плавающие, тонущие и зависающие), другим признакам.

Особый вид загрязнений представляет тепловое, характеризуемое повышенной температурой после отвода воды от охлажденного оборудования. Повышенную температуру имеют также природные термальные воды (до 50° С и выше).

Классификация примесей воды по их фазово-дисперсному состоянию

Многообразие примесей и признаков для их классификации затрудняют целостное восприятие и выбор способов для удаления загрязнений из воды..

Академик Л.А. Кульский создал свою таблицу-классификацию примесей воды, увидев за многообразием порядок и логику. В ее основу он положил два главных фактора: дисперсность и их фазовое состояние.

Мерой дисперсности (измельченности) частиц примесей служит их размер d или степень дисперсности D=1/d. По мере дробления частиц уменьшается их размер, увеличивается степень дисперсности и удельная поверхность (суммарная поверхность частиц определенного объема), что видно из таблицы ниже..

Характеристики дисперсности частиц примесей

Удельную поверхность частиц можно определить по формуле: S_УД = KD, где К — коэффициент, зависящий от формы частиц.

Вода с примесями представляет собой физико-химическую систему (ФХС). Дисперсионной средой в ней является вода, а примеси составляют дисперсную фазу — отдельную составную часть ФХС, отделенную от других частиц системы поверхностью раздела. ФХС, состоящие из двух и более фаз, называются гетерофазными (разнофазными). Если среда и примесь представлены одной фазой, ФХС называется гомофазной (однофазной, однородной).

Гетерофазные ФХС на основе воды называются суспензиями (если примесь — твердое тело), эмульсиями (если примесь — жидкость) и пенами (если примесь — газ).

Л.А. Кульский разделил все примеси воды на два класса: гетерогенные (соответствующие гетерофазным ФХС) и гомогенные (в гомофазных ФХС), каждый из которых подразделяется на две группы в зависимости от крупности частиц. Классификация примесей по Л.А. Кульскому приведена в таблице ниже:

Таблица Л.А. Кульского

Характеристика примесей по группам

В І группу включены взвеси (взвешенные вещества, грубодисперсные примеси). К ним относятся: мелкий песок, ил, глинистые вещества, зола, окалина, пищевые остатки, гидроксиды металлов и другие, т.е. такие примеси, которые удерживаются во взвешенном состоянии динамическими силами потоков воды; в состоянии покоя они оседают (если плотность больше плотности воды) или всплывают (при плотности меньше единицы).

В природные воды взвеси попадают вследствие размывания пород русла, смыва почв ливневыми водами. В сточные воды взвеси поступают из санитарных приборов (остатки пищи, частицы почвы) или в результате технологических процессов (например, окалина при охлаждении валков прокатных станов, частицы угля в шахтных водах). Взвеси антропогенного происхождения имеют повышенную устойчивость к оседанию.

Взвешенные вещества могут содержать на своей поверхности бактерии, вирусы, ядохимикаты, радионуклиды.

К I группе примесей относятся также планктон и бактерии. Бактерии могут быть безвредными для организма человека и болезнетворными. Они не выпадают в осадок и не всплывают в неподвижной воде, а находятся либо в свободном состоянии, либо на поверхности взвешенных веществ. Последний вариант встречается чаще. Бактерии распространяются водным путем.

Планктон принято подразделять на зоопланктон (рачки, черви) и фитопланктон (водоросли). Первые активно перемещаются в воде. Водоросли интенсивно развиваются в теплое время года в малоподвижной воде (в водохранилищах). Самые распространенные в наших климатических условиях — сине-зеленые водоросли.

Более общее название II группы примесей (коллоидов) — золи (при дисперсионной среде в виде воды — гидрозоли). Поскольку частицы коллоидов всего на порядок больше молекул, золи называют еще микрогетерогенными системами; они занимают промежуточное положение между суспензиями и истинными растворами (говорят еще о коллоидных растворах). Различают гидрофобные и гидрофильные коллоиды.

Гидрофобные коллоиды не растворяются в воде, не взаимодействуют с молекулами воды и являются типичными коллоидными системами. Они неустойчивы и постепенно разрушаются, выделяя дисперсную фазу при укрупнении частиц под действием межмолекулярных сил сцепления, переходя в I группу примесей.

Гидрофильные коллоиды взаимодействуют с дисперсной средой и способны растворяться в ней. Фактически они представляют собой устойчивые растворы высокомолекулярных соединений с молекулярной массой 104–106 единиц.

Коллоидные примеси природных вод представляют собой минеральные и органоминеральные частицы почв и грунтов, недиссоциированные и нерастворимые формы гумуса. Гумус вымывается из лесных, болотистых и торфяных почв или образуется в водоемах в результате жизнедеятельности растений и водорослей. Коллоиды содержатся также в большинстве сточных вод, особенно в стоках нефтехимических и целлюлозно-бумажных производств.

Примеси коллоидной дисперсности имеют высокую удельную поверхность и обладают большой поверхностной энергией. С увеличением степени дисперсности растет количество молекул, находящихся на поверхности раздела фаз. Они расположены в несимметричном силовом поле и обладают избыточной свободной энергией из-за некомпенсированных молекулярных связей.

Ко II группе примесей Кульский относит и вирусы. Они не способны существовать на питательных средах и размножаются только в клетках организма-хозяина.

III группу примесей представляют органические соединения биологического и антропогенного происхождения — жиры, белки, углеводы, сахара, продукты жизнедеятельности бактерий, водорослей, человека и животных), фенолы, спирты, альдегиды и тому подобное, стоки химической промышленности, растворимые формы гумуса (фульвокислоты).

Эти соединения практически недиссоциированы и представляют собой неэлектролиты. В результате взаимодействия с водой они образуют гидраты, а взаимодействуя между собой — ассоциаты. Эти соединения термодинамически устойчивы и могут существовать как угодно долго, не выделяясь из воды. При превышении определенной концентрации (предела растворимости) они образуют двухфазные системы (выпадают в осадок) и переходят в примеси первой группы.

К этой группе относятся также минеральные соединения — растворенные газы. В природных водах, как правило, присутствуют кислород, азот, углекислый газ. Подземные воды могут содержать также сероводород. Эти газы также присутствуют в водах, где идут процессы гниения (хозяйственно-фекальные, болотные воды).

Примеси IV группы представляют собой растворы солей, кислот и щелочей и являются электролитами. Они образуются в результате диссоциации молекул веществ с ионными или сильно полярными связями под влиянием полярной структуры молекул воды.

В подавляющем количестве природных и сточных вод содержатся катионы кальция, магния, железа, натрия, калия, марганца, водородные ионы (ионы гидрониума Н₃О⁺), а также анионы: гидрокарбонаты (НСО₃^—), карбонаты (СО₃^2- ), сульфаты (SO₄^2-), хлориды (Cl), фтор (F^—), фосфаты (PO₄^3-), нитраты (NO₃ ), нитриты (NO₂^—), гидросиликаты (HSiO₂^—), гидроксильные группы OH^—. Специфичные ионы содержатся в стоках гальванических производств, кожевенной и радиоэлектронной промышленности.

В результате взаимодействия ионы могут образовывать мало- или недиссоциированные соединения (например, газ СО₂, осадок Fe(OH)₃) и переходить таким образом в примеси других групп.

Контрольная работа по дисциплине теория и устройство судна. Влияние плотности воды на осадку судна Можно ли погрузить на судно водоизмещением

Величина, на которую уменьшается осадка судна при переходе из пресной воды в морскую воду с плотностью 1,025 т/м³, называется поправкой на пресную воду

, и, как правило, измеряется в миллиметрах. Для каждого судна данная поправка указывается в Судовом свидетельстве о грузовой марке.

Поправка к осадке, рассчитанная по приведенной выше формуле, получается в сантиметрах.

Пример
: Осадка судна по грузовую марку 6,25 м. Поправка на пресную воду составляет 255 мм. Плотность воды у причала 1,009 т/м³. Рассчитать, на какую величину может быть увеличена осадка с тем, чтобы с переходом в воду с плотностью 1,025 т/м³. судно имело осадку по грузовую марку.

Порядок вычислений:

1. Вычисляем, на сколько сантиметров может быть утоплена грузовая марка:

Грузовая марка может быть утоплена на 16 сантиметров.

2. Вычисляем среднюю осадку, на которую может быть погружено судно:

Таблица плотности пресной воды при различных температурах:

t°C	ρ, т/м³	t°C	ρ, т/м³	t°C	ρ, т/м³
0	0,99987	12	0,99952	24	0,99732
1	0,99993	13	0,99940	25	0,99707
2	0,99997	14	0,99927	26	0,99681
3	0,99999	15	0,99913	27	0,99654
4	1,00000	16	0,99897	28	0,99626
5	0,99999	17	0,99880	29	0,99597
6	0,99997	18	0,99862	30	0,99537
7	0,99993	19	0,99843	31	0,99537
8	0,99988	20	0,99823	32	0,99505
9	0,99981	21	0,99802	33	0,99472
10	0,99973	22	0,99780	34	0,99440
11	0,99963	23	0,99757	35	0,99406

Ареометр (Densimeter)
— это прибор для измерения плотности жидкости. Современные ареометры, как правило, стеклянные. Шкала измерения градуируется в кг/м³. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости, как указано на рисунке 1.

Необходимо отметить, что таким же ареометром измеряют плотность воды в балластных танках, когда определяют количество груза по осадкам. Эта тема подробно рассмотрена в книге серии «Морская практика»: «Расчет массы груза по осадкам».

1. Определить все коэффициенты полноты корпуса судна, элементы кото-рого:
длина (L) — 100 м
ширина (B) — 14 м
осадка (T) — 5,70 м
объемное водоизмещение судна (V) — 4150 м3
площадь ватерлинии (S) — 980 м2
площадь мидель-шпангоута (?Ф) — 73 м2

Коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты) ? – это отношение погруженного в воду объема корпуса, к объему параллелепипеда со сторонами L, B, T.

Коэффициент полноты площади ватерлинии? – отношение площади ватерлинии S к площади прямоугольника со сторонами L, B

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута? – отношение площади мидель-шпангоута к площади прямоугольника со сторонами B, T

Коэффициент продольной полноты? – отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, основанием которой служит площадь мидель-шпангоута??, а длиной длина судна L.

Коэффициент вертикальной полноты? – отношение объемного водоизмещения V к объему призмы, оанованием которой служит площадь ватерлинии S, а высотой осадка судна Т.

2. На судно водоизмещением D=1600 т и аппликатой центра тяжести Zg=4.8м приняли груз весом P1=200т с аппликатой центра тяжести z1=3.2м и за¬тем откачали P2=80 тонн балласта с аппликатой центра тяжести z2=0.6 м. Опреде¬лить новое водоизмещение и аппликату центра тяжести судна.

Аппликата центра тяжести после приема 200 т груза:

P1, – вес груза, т;
z1 – аппликата груза, м;

Zg – аппликата центра тяжести судна, т.

После откачки балласта 80 т аппликата центра тяжести судна:

P2 – вес балласта, т;
Z2 – аппликата центра тяжести откаченного балласта, м;
P – весовое водоизмещение судна с учетом принятого груза 200 т, т;
Z – аппликата центра тяжести судна после принятия груза 200 т, м.

3. Длина судна L=110 м, ширина B=12.5 м, осадка T=4.20 м, начальная попереч¬ная метацентрическая высота h=0.75 м, коэффициент полноты ватерлинии?=0.81, коэффициент общей полноты?=0.77, плотность забортной воды?=1.025 т/м3. Определить изменение осадки и метацентрической высоты судна, ес¬ли на судно принят груз массой P=40 т, аппликата центра тяжести которого z=5.2 м..

Для определения приращения осадки судна?Т после приема груза используем условие равновесия судна, выражающееся равенством масс груза Р и дополнительным водоизмещением:
P=?*?V
Объем добавочного слоя?V можно рассматривать как объем цилиндра, основание которого является площадь ватерлинии S, а высота равна изменению осадки?T
?V=S*?T
Тогда
P=?*S*?T
Площадь ватерлинии можно найти, зная коэффициент полноты ватерлинии и размерения судна.

Отсюда, изменение средней осадки будет:

Определим весовое водоизмещение судна:
D=?*V=?*L*B*T*?=1.025*110*12.5*4.2*0.77=4558 т
?- плотность морской воды;
L- длина судна, м;
B- ширина судна, м;
Т- осадка судна, м;
?- коэффициент общей полноты.

Изменение метацентрической высоты после приема груза:

P- вес груза, т;
D- весовое водоизмещение судна, т;
Т- осадка судна до принятия груза, м;
?Т- изменение осадки судна, м;
h- начальная метацентрическая высота, м;
z- аппликата центра тяжести принятого груза, м.

4. Водоизмещение судна D=3700 т, аппликата центра тяжести zg=4.7 м. Рассчи¬тать новое водоизмещение и аппликату центра тяжести судна, если за борт откатали P=100 т балласта с аппликатой центра тяжести z=0.7 м.

После откачки балласта 100 т аппликата центра тяжести судна:

P – вес балласта, т;
Z – аппликата центра тяжести откаченного балласта, м;
Zg – аппликата центра тяжести судна, м.

5. На палубе пассажирского теплохода n=60 пассажиров перешли к бор¬ту на расстояние l=1.8 м от диаметральной плоскости, вследствие чего возник крен?=4°. Определить значение начальной поперечной метацентрической высоты. Масса одного пассажира равна p=75 кг, водоизмещение теплохода D=60 т.

Вес всех пассажиров:
P=p*n=75*60=4500кг=4.5т

Кренящий момент от действия груза:

l – плечо перемещения пассажиров, м;
Р – вес всех пассажиров, т;
? – угол крена.
Восстанавливающий момент:

D – весовое водоизмещение судна, т;
? – угол крена;

Из равенства кренящего и восстанавливающего моментов:

Поскольку угол крена мал:
(в радианах)
Отсюда, значение метацентрической высоты:

6. Водоизмещение судна D=500 т, длина L=51 м, начальная поперечная метацентрическая высота h=1.4 м, начальная продольная метацентрическая высо¬та H=68 м. Вычислить значение момента, кренящего судно на один градус, и момента, дифферентующего на 1 м.

Момент, кренящий судно на один градус можно определить по следующей формуле:

D – весовое водоизмещение судна, т;
h – значение метацентрической высоты, м.

При малых углах дифферента:

Т- разница осадок носом и кормой, м;
L- длина судна, м.
Момент, дифферентующий судно на 1 м:

D – весовое водоизмещение судна, т;
h – значение метацентрической высоты, м;
L – длина судна, м.

7. Водоизмещение судна D=16200 т, аппликата центра тяжести судна zg=8.2 м, аппликата метацентра zm=9.32 м. Пользуясь таблицей плеч остойчивости фор¬мы (Приложение А), построить диаграммы статической и динамической остойчивости. Используя полученные диаграммы, построить проверочный треугольник и определить максимальный динамический кренящий момент, не приводящий к опрокидыванию судна?

Начальная метацентрическая высота:
h=zm-zg=9.32-8.20=1.12м
Углы крена 0 10 20 30 40 50 60 70
Плечо формы lк,м 0,000 1,637 3,306 5,051 6,518 7,490 8,032 8,237
sin () 0,000 0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940
Плечо веса Zg*sin() ,м 0,000 1,424 2,804 4,100 5,270 6,281 7,101 7,705
Плечо остойчивости lст 0,000 0,213 0,502 0,951 1,248 1,209 0,931 0,532
Плечо динам. lдин,м 0,000 0,019 0,081 0,208 0,400 0,614 0,801 0,928

На диаграмме статической остойчивости делаем вспомогательные построения: проводим касательную из начала координат к диаграмме остойчивости, проводим вертикальную линии равную 1 рад=57.3°. Снимаем полученную величину метацентрической высоты с диаграммы, которая равна h=1.12м

На диаграмме динамической остойчивости делаем вспомогательные построения: проводим касательную из начала координат к диаграмме остойчивости, проводим вертикальную линии равную 1 рад=57.3°. Снимаем величину плеча опрокидывающего момента lопр= 0.75м и величину угла крена?=58°

8. Описать принцип действия бортовых пассивных цистерн-упокоителей качки.

Cсистема бортовых цистерн с регулированием пассивного воздействия показана на рисунке. Большие по высоте бортовые цистерны заполнены водой, благодаря чему создается большой момент сопротивлению качке. Но вода может перетекать из одной цистерны в другую.

В воздушном канале между двумя цистернами расположена система клапанов, которые приводятся в действие специальным механизмом в зависимости от крена судна. Благодаря разности давлений в воздушных пространствах цистерн регулируется переток жидкости и фаза максимальной стабилизации качки.
Система стабилизации качки с помощью цистерн проектируется специально для каждого судна с учетом испытаний моделей. Уровень воды должен быть строго определенным и регулируется в зависимости от загрузки судна.

Литература

1. Бронштейн Д.Я. Устройство и основы теории судна-Л.:Судостроение, 1988.-336 с.: ил.
2. Малышев А.Н. Плавучесть и остойчивость промысловых судов.-М.:Мир.2003.-272 с.: ил.
3. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. Одиннадцатое издание. Морской Регистр Судоходства. – С.-Петербург, Дворцовая набережная, 8. 2008. – 502 с.
4. Оценка посадки, остойчивости и прочности судна в процессе эксплуатации/А.И. Новиков: Учебное пособие-Севастополь:Изд-во СевНТУ, 2003-135 с.: ил.
5. Самсонов С.В. Элементы плавучести и остойчивости и их расчет в судовых условиях. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2001.-60с.

Определить
удельную грузовместимость и охарактеризовать
судно по назначению и архитектурно-конструктивному
типу, если:

Грузовместимость
судна —
W = 181 683 м 3 ;

Чистая
грузоподъемность судна – D ч
= 144 000 т.

Решение:

Удельная грузовместимость судна:

Суда
с удельной грузовместимостью примерно
до 1,45 м 3 /т
предназначены для перевозки тяжелых
и малообъемных грузов (навалочных и
наливных) – по назначению данное судно
может быть танкером или балкером с
минимальным надводным бортом и одной
палубой.

Задача №4

На сколько будет
использована или недоиспользована
грузовместимость судна, если:

Удельный
погрузочный объем груза – u
= 1,25 м 3 /т;

Грузовместимость
судна —
W c
= 22 340 м 3 ;

Чистая
грузоподъемность судна — D ч
= 14 700 т.

Решение:

Объем груза при
полном использовании грузоподъемности:

Недоиспользованная
вместимость грузовых помещений судна:

Задача №5

При
погрузке судна в двух портах сколько
груза можно погрузить на судно во втором
порту при следующих исходных данных:

Грузовместимость
судна —
W с
= 63 068 м 3 ;

Чистая
грузовместимость на данный рейс — D ч
= 49 500 т;

В
первом порту погрузили груза
— Q 1
= 20 650 т;

Удельно-погрузочный
объем первого груза — u 1
= 1,5 м 3 /т;

Удельно-погрузочный
груза, предназначенного к погрузке во
втором порту

Решение:

Количество
груза, которое нужно погрузить во втором
порту для полного использования
грузоподъемности судна:

Объем, занимаемый
полным грузом в грузовых помещениях
судна:

Следовательно
полный груз на судно поместится.

Остаток
грузовместимости после загрузки в
первом порту:

Количество
груза, которое можно принять во втором
порту до полного использования
грузовместимости судна:

Задача №6

Определить
дедвейт судна при загрузке его по
тропическую грузовую марку, если:

Осадка
судна по летнюю грузовую марку – Т л
= 12,6 м;

Паспортное
значение дедвейта — D W
= 54 500 т;

Число
тонн, изменяющих осадку на 1 см — a
= 59,5 т/см.

Решение:

Изменение
осадки судна при переходе от летней
марки к тропической:

Изменение
водоизмещения судна при переходе от
летней марки к тропической:

3.
Изменение дедвейта соответствует
изменению водоизмещения на ту же
величину:

Задача №7 Определить осадку судна после приема бункера и материально-технического снабжения, если:

Общее
количество принятых запасов — G зап
= 1 060 т;

Осадка
судна до приема запасов — T
= 15,26 м;

Число
тонн, изменяющее осадку на 1 см — a
= 87,5 т/см.

Решение:

Изменение осадки после приема запасов:

Осадка
судна после приема запасов:

Задача №8

Определить
какое количество груза сможет принять
судно в порту с ограниченными глубинами,
если:

Дедвейт
судна —
Dw =22 330 т;

Количество
рейсовых запасов — G зап
= 580
т;

Осадка судна в
полном грузу, соответствующая данному
району плавания

Т с
= 9,8 м;

Число тонн,
изменяющее осадку на 1 см — а = 34,8 т/см;

Ограничения
по осадке в порту погрузки — Т огр
= 9,3 м.

Решение:

Изменение осадки судна при погрузке
на порт с ограниченными глубинами:

Максимальное
количество груза, которое может принять
судно в соответствии с запасами на
рейс:

Изменение загрузки
судна из-за ограничения по осадке:

Количество груза,
которое можно погрузить в порту с
ограничением по осадке.

Вода — Речной словарь

Вода

Жидкость без цвета, вкуса и запаха. Одно из самых распространённых веществ в природе Земли. Вода покрывает около 71 % поверхности Земли. Вода – одно из необходимых для существования жизни на земле веществ. Явление глобальной циркуляции масс воды на земле называется круговоротом воды в природе. В него вовлечены реки, озёра, болота, моря, океаны и все водоёмы и водотоки Земли вообще.

Плотность воды составляет 1 кг / 1 литр (при 3, 98 град. Цельсия). При температуре 0 градусов Цельсия вода замерзает, при 100 градусах Цельсия закипает. При отрицательных температурах имеет отрицательный коэффициент теплового расширения, в результате вода при замерзании стремится разорвать сосуд, в котором помещается.

Вода в природе. Фото Алексея Лапина.

Вода при температуре 0 градусов Цельсия. Фото Алексея Лапина.

Естественные примеси и антропогенные загрязнения могут придавать воде в природе и цвет и вкус и запах.

Примеси глины придают воде коричневый цвет. Фото Дмитрия Сапарова.

Растворённый известняк придаёт воде характерный голубой цвет. Фото Александра Попова.

Литература:

Мезенцев В.А. Странная жидкость // Энциклопедия чудес. Кн. I. Обычное в необычном. – 3-е изд. – М., Знание. 1988.
Долгополов К.В., Федорова Е.Ф. Вода — национальное достояние: (Геогр. проблемы использования водных ресурсов). М. Мысль. 1973.
Вода для продовольствия. Вода для жизни (Water for Food, Water for Life): Комплексная оценка управления водой в сельском хозяйстве. Координатор Дэвид Молден. 2007.
Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. М. Наука. 1990.
Ярошенко В. Экспедиция «Живая вода». М. Молодая гвардия. 1989.
Кашинский П.А. Краткое руководство по химическому анализу воды в экспедиционных условиях. М. Изд-во Академии наук СССР. 1946.
Давис К.С., Дай Й.А. Вода — зеркало науки. Л. Гидрометеорологическое изд-во. 1964.
Европейская экономическая комиссия. Руководство по водным ресурсам и адаптации к изменению климата. 2010.

Автор: Лапин А. А.

Источник: Речной словарь Алексея Лапина. 2012.

Год издания: 2012.

Чем отличается морская вода от пресной?

Пресная и морская вода – сестры, но между ними есть вполне определенные различия. Начнем с того, что у каждой из них на нашей планете своя миссия и роль. Пресные запасы составляют 2.5% от общего объема мировых ресурсов – все остальные находятся в недрах Земли. Поскольку потребность в питьевой пресной воде с каждым годом только увеличивается, и было начато массовое опреснение соленых морских источников. При этом обе воды близки и являются, по сути, разными сторонами одного явления, Янь и Инь.

Интересно, что Кусто во время очередного своего морского путешествия обнаружил границу между этими двумя источниками – она проходит очень четко у берегов Гибралтарского пролива на стыке со Средиземным морем. Морская имеет определенную температуру, флору, фауну и состав. Занимательный факт: морская и пресная вода никогда не смешиваются, главным образом за счет разницы в плотности – литр океанской жидкости тяжелее литра пресной примерно на 25 г. Это не странно, поскольку ней содержится целый набор микроэлементов, которые и добавляют соленой жидкости вес по сравнению с не соленой. Используя специальные фильтры, можно выделить эти примеси.

Для получения пресной питьевой воды из соленой морской могут использоваться следующие способы:

Химический – в соленую жидкость вводят химреагенты, которые при вступлении в реакцию с солями начинают выпадать в осадок. Главный недостаток способа – высокая стоимость, дистилляция, длительный токсичный процесс. Химический способ предполагает применение дистилляторов, перегонку, испарение и разделение разных по составу жидкостей. При этом выход обессоленной воды получается максимальным.

Ионный – опресняемая жидкость пропускается через фильтры, в которых происходит обмен ионов воды с ионитом. Данный способ позволяет не только опреснять жидкость, но и получать из нее ценные минералы. Рентабельность процесса зависит от содержания солей в воде (а оно может быть разным).

Обратный осмос – в данном случае осуществляется принудительное продавливание воды через тонкую мембрану (через мембрану проходит только чистая молекула воды, а примеси задерживаются). Преимущества методики – минимальные затраты энергии, простота и компактность конструкции, возможность выполнять процесс полностью автоматически.

Замораживание – лед из морской воды получается… пресным. После замораживания соленой жидкости лед сепарируется, промывается и растапливается. Способ отличается высокой сложностью и затратностью, поэтому применяется он достаточно редко. Как правильно выбрать метод очистки? Для этого нужно знать показатель тяжелой воды и отталкиваться от него, поскольку повышенное содержание дейтерия очень вредно для здоровья и способствует изменению основных свойств воды.

Пока что максимально эффективного и при этом малозатратного в эксплуатации опреснителя не существует, но в скором будущем, надеемся, данное решение будет изобретено. Пресные водные ресурсы постоянно истощаются, а потребность в них увеличивается – поэтому задача создания инновационного опреснителя стоит очень остро.

Употребление качественной питьевой воды в достаточных объемах – залог здоровья и отличного самочувствия. Если Вы недостаточно пьете, то со временем можете столкнуться с самыми разными проблемами. Мы советуем Вам приобрести раздатчик для бутилированной воды и заказывать питьевую чистую воду с горных источников.

Чем разлив нефти в реке отличается от разлива нефти в океане?

31 ИЮЛЯ 2015 ГОДА — Жидкий асфальт в реке Огайо. Жидкая нефть в Мексиканском заливе. Дизель в ручье на Аляске. Все эти разливы нефти сильно отличались друг от друга, отчасти потому, что в них использовались очень разные типы масел. Но даже если бы в каждом случае был разлит один и тот же тип нефти, результаты были бы столь же разными из-за того, где они произошли: один в большой внутренней реке, один в открытом океане и один в небольшом прибрежном ручье.Во многих случаях масло имеет тенденцию всплывать. Но то, что нефть плавает в соленой воде Атлантического океана, не означает, что она будет плавать в постоянно движущейся пресной воде реки Миссисипи. Но почему так происходит? И что еще мы можем ожидать от других, когда нефть разливается в реку, а не в океан?

Не будь плотным … Плотность обвинения

Чтобы ответить на первый вопрос: когда нефть всплывает, обычно это происходит потому, что нефть менее плотная, чем вода, в которую она была пролита.Чем больше соли растворено в воде, тем больше плотность воды. Это означает, что соленая вода плотнее пресной. Очень легкие нефтепродукты, такие как дизельное топливо, имеют низкую плотность и могут плавать как в соленом океане, так и в пресноводных реках. Однако очень тяжелая нефть может тонуть в реке (но, возможно, не в океане), что произошло, когда в 2010 году в затопленную реку Каламазу в Мичигане просочился трубопровод Энбриджа, по которому перекачивалась разбавленная форма нефти из нефтеносных песков (битуминозных песков). более легкие компоненты масла быстро испарялись в воздух, оставляя более тяжелые компоненты дрейфовать в толще воды и опускаться на дно реки.Это создало целый ряд новых проблем, поскольку респонденты опробовали новые методы сначала обнаружения, а затем очистки труднодоступной нефти.

Идя по течению

В реках плыть по течению обычно означает плыть вниз по течению. За исключением тех случаев, когда это не так. Когда речные течения могут унести разлитую нефть вверх по течению ? В устье реки, где она встречается с океаном, большой набегающий прилив может войти в реку и перекрыть нормальные течения вниз по течению. Это потенциально может переносить нефть, плавающую на поверхности, обратно вверх по течению.На открытых участках, например на поверхности океана, и ветры, и течения могут направлять пролитую нефть. И на большинстве побережий ветер приносит разлитую нефть на берег. В реках, однако, течения вниз по течению обычно доминируют в общем движении нефти, в то время как направление ветра часто определяет, на какой стороне реки окажется нефть.

Замки и другие блоки

Слева — вид с воздуха на нефтяной блеск, исходящий от загрязненной растительности в районе плотины Череско на реке Каламазу, штат Мичиган, после разлива трубопровода Энбридж.(Агентство по охране окружающей среды США) После того, как в 2000 году с т / х Westchester произошла утечка нефти на реке Миссисипи, часть нефти попала в берега реки, что немного облегчило очистку. (NOAA)

В отличие от океана, реки иногда имеют такие конструкции, как плотины, шлюзы и другие преграды, которые блокируют или замедляют свободный поток воды. Во время разлива нефти в реке эти конструкции также могут замедлять движение нефти. Это полезная функция для респондентов, которые пытаются догнать и очистить это масло.Часто плотины и замки вызывают скопление нефти на поверхности рядом с ними. Некоторые из инструментов, которые респонденты используют для сбора нефти из этих областей, включают скиммеры, которые представляют собой устройства, удаляющие тонкие слои нефти с поверхности, а также сорбирующие подушки и штанги, которые представляют собой большие квадраты и длинные трубки из специального материала, которые поглощают нефть, но не воду. . Фактически, берега реки также могут сдерживать разлив нефти. Поскольку нефть не может распространяться так далеко или тонко, как в открытой воде, нефтяные пятна могут быть толще на реках, и усилия по восстановлению могут быть более эффективными.Единственным исключением являются водосливные дамбы, известные как плотины. Вода, проходящая через плотины, может быть очень турбулентной, что приводит к диспергированию нефти в толще воды. Если это очень легкая нефть, а ее не так много, это масло имеет тенденцию не всплывать и не образовывать еще одно пятно. Но блеск может всплыть на поверхность с более тяжелой нефтью, которая может разрушиться при переходе через плотину, но позже всплыть на поверхность, поскольку вода, в которой он движется, становится более спокойной вниз по течению.

Вегетарианец

Часто растения растут в реках и выстилают их берега, тогда как многие части побережья представляют собой открытые песчаные или каменистые пляжи, с которых, как правило, легче счистить нефть, чем с растительности.(Соляные болота и мангровые заросли являются заметными океанскими исключениями.) Если нефть преодолевает боновые заграждения, ответчики используют длинные плавучие барьеры для предотвращения распространения нефти и оставляют налет на растениях, а затем варианты очистки растений обычно включают резку, сжигание, обработку химикатами. очистители береговой линии или смывание растительности водой под низким давлением. Растительная жизнь фактически стала проблемой во время разлива нефтеносных песков в реке Каламазу в Мичигане. Поскольку эта река была затоплена во время разлива и позже вернулась к своему нормальному уровню, нефть на поверхности реки фактически оказалась в ветвях деревьев вдоль берегов реки.

Мутные воды

Еще одна проблема, связанная с разливами нефти в реках, — это отложения. Реки часто несут с собой много наносов. (Как вы думаете, как Миссисипи получила свое прозвище «Большой мутный»?) Это означает, что когда капли нефти попадают в толщу воды реки, осадок может прилипнуть к каплям нефти. В конце концов (в зависимости от того, насколько река полна и полна наносов), часть смеси нефти и отложений может осесть на дно реки, обычно около устья реки, когда вода замедляется и достигает океана.Один примечательный пример связан с разливом нефти, произошедшим на реке Миссисипи в Новом Орлеане в 2008 году. Танкер Tintomara столкнулся с баржей DM932, разорвав ее пополам и выбросив весь тяжелый мазут, который он перевозил. Ниже по течению от того места, где спасатели занимались очисткой от нефти, Инженерный корпус армии проводил выемку отложений, которые накапливались в устье Миссисипи, и в собранных осадках появился маслянистый блеск. Респонденты подозревали, что нефть с баржи DM932 смешалась с речными отложениями и упала на дно ниже по течению, когда река приблизилась к Мексиканскому заливу.Узнайте больше о разливах нефти в реках на http://response.restoring.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oil-spills/resources/oil-spills-rivers.html.

Плотность океана — Science Learning Hub

Плотность морской воды играет жизненно важную роль в возникновении океанских течений и циркуляции тепла, поскольку плотная вода опускается ниже менее плотной. Соленость, температура и глубина влияют на плотность морской воды.

Плотность — это мера того, насколько плотно определенное количество вещества упаковано в данный объем.Чем больше упакован материал, тем выше его плотность. Плотность можно рассчитать, разделив массу объекта на его объем. Обычно он измеряется в граммах на миллилитр или граммах на кубический сантиметр.

Например, базальт — это очень плотная порода со средней массой около 3 г / см ³, но она все же не такая плотная, как элементарное железо, с массой около 8 г / см ³.

Морская вода — это не просто вода — в ней содержится множество химикатов. Это означает, что она плотнее чистой воды.Чем выше соленость, тем выше плотность.

Изменение плотности

Плотность морской воды варьируется от места к месту, потому что на нее влияют соленость и температура. Это означает, что корабли плавают выше или ниже в воде, в зависимости от плотности океана. Если вы посмотрите около ватерлинии грузового корабля, вы должны найти международную грузовую марку, которая когда-то называлась линией плимсолла. Это показывает предел того, где должно находиться полностью загруженное судно в водах разной плотности.

Высокая соленость делает воду более плотной. Это потому, что в воде содержится больше соли.

Высокая температура снижает плотность воды. По мере того, как вода становится теплее, ее молекулы расширяются, поэтому она становится менее плотной. По мере того, как становится холоднее, становится плотнее. Большинство химикатов становятся более плотными, когда они превращаются из жидкости в твердое вещество, но вода — другое дело. Когда жидкая вода превращается в твердый лед, он становится менее плотным. Когда образуется лед, молекулы воды образуют жесткий, но открытый узор.Эта структура менее плотная, чем жидкая вода, поэтому лед плавает.

Глубокая вода плотнее мелководья. Молекулы воды упакованы вместе более плотно из-за веса воды, надавливающей на них.

Что происходит при изменении плотности

Плотная вода опускается ниже менее плотной воды. Это принцип, который движет глубинными океанскими течениями, циркулирующими по всему миру. Сочетание высокой солености и низкой температуры у поверхности делает морскую воду достаточно плотной, чтобы погружаться в глубокий океан и течь по дну бассейнов.Узнайте больше в этой статье Движение океана.

Идея упражнения

В этом упражнении учащиеся знакомятся с понятием плотности. Они вычисляют объем различных материалов для определения, а затем ранжируют их плотности.

Что движет течениями в океане? · Границы для молодых умов

Аннотация

Океан находится в постоянном движении. Большая часть этого движения вызвана водой с разной температурой и разной концентрацией растворенных солей в разных частях океана.В этой статье мы обсудим, как эти различия в океанской воде могут создавать океанские течения. Мы также расскажем вам, как провести простой эксперимент, который можно легко провести дома, чтобы проиллюстрировать образование океанских течений.

Forever in Motion: конвейерная лента Global

Хотя нас часто учат думать об океанах, таких как Атлантический океан или Тихий океан, отдельно друг от друга, на самом деле все океанические бассейны соединены вместе, образуя один огромный океан [1].В этом огромном океане, простирающемся по всему миру, вода перемещается из одного бассейна в другой. Во время своего путешествия по земному шару вода переносит тепло и соль из тропиков к полюсам Земли, питательные вещества из глубин океана на поверхность и пресную воду, поступающую с побережья (из рек или тающих ледников) в море.

Несмотря на то, что океан постоянно находится в движении и на то, как движется вода в океане, влияет множество факторов, существует одно природное явление, которое на протяжении тысячелетий вносило вклад в движение воды в океане: одно большое океанское течение, соединяющее все океанические бассейны. , а также поверхность океана и глубокий океан.Этот поток иногда называют глобальной конвейерной лентой из-за того, как он циркулирует по всему земному шару (рис. 1). Если бы воду можно было проследить на своем пути на глобальной конвейерной ленте, следуя красной дорожке, когда теплая вода приближается к поверхности, затем охлаждается и опускается, следуя синей дорожке, пока снова не вернется на поверхность, мы бы обнаружили, что она берет вода около 1000 лет, чтобы совершить кругосветное путешествие.

Рисунок 1 — Глобальная конвейерная лента.
Теплые океанские течения у поверхности показаны красным цветом, холодные океанические течения у дна показаны синим цветом. Благодаря этим течениям вода в течение примерно 1000 лет путешествует по всему земному шару. Набросок Рамсторфа [2] поверх карты с http://www.free-world-maps.com.

Унесенные ветром: Ветры двигают циркуляцию океана

Первым очевидным предположением относительно того, что может вызвать это движение в океане, является ветер. Ветер дует над поверхностью океана, вызывая как волны, так и движение воды по ветру.И действительно, части глобальной конвейерной ленты приводятся в движение ветром [3]. Ветровые системы, такие как, например, пассаты, состоят из сильных ветров, которые постоянно действуют на большие площади океана, поставляя большое количество энергии и приводя в движение огромные объемы воды.

Циркуляция океана, зависящая от плотности

Однако другая часть движения океанской воды в глобальной конвейерной ленте вызвана чем-то гораздо менее очевидным: плотности разницы в воде.Плотность — это мера того, насколько тяжело определенное количество вещества. Таким образом, определение плотности — это масса на единицу объема. Например, кубик взбитых сливок имеет гораздо меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу, чем каменный куб того же размера. Коробка 1.

ВСТАВКА 1 — ПОЧЕМУ НАМ ВСЕГДА НУЖНО УЗНАТЬ О ПЛОТНОСТИ?

Помимо важности для понимания циркуляции океана , зачем вам знать плотность вещества? Причин несколько. Иногда легче измерить объем, чем вес чего-либо.Например, при выпечке вы, вероятно, встречали градуированные мерные чашки с разными шкалами по бокам, показывающими, как далеко вам нужно будет наполнить чашу для определенного веса сахара, муки, воды и т. Д. Почему недостаточно одной шкалы на чашке для всех ингредиентов? Потому что на 1 стакан воды требуется меньше места, чем на 1 стакан муки. Это означает, что 1 стакан воды более компактный, имеет большую плотность, чем 1 стакан муки.

Представьте себе лоток для кубиков льда, полностью заполненный водой до краев.Когда вы поместите этот лоток для кубиков льда в морозильную камеру и вернетесь на следующий день, вы обнаружите, что кубики льда выросли и теперь выпирают из лотка. Вода, которую вы наливаете в поддон для кубиков льда, теперь занимает больший объем, чем до замораживания. Итак, если вы хотите, чтобы лоток для кубиков льда был заполнен льдом точно на до края, как вы его изначально заполняли, вам придется сбрить выпуклость во льду, что уменьшит массу воды, оставшейся в лотке. . Это говорит нам о том, что лед имеет меньшую плотность (менее плотный), чем жидкая вода, потому что такая же масса воды распространяется и занимает больше места при замерзании.Поэтому, когда вы помещаете кубики льда в воду, они всплывают на поверхность.

То же самое происходит с двумя жидкостями: если жидкости имеют разную плотность, более плотная жидкость опускается на дно, а более легкая плавает наверху. Например, если вы нальете масло в воду, оно будет плавать поверх воды. Если вы поливаете масло водой, вода будет проходить сквозь масло и растекаться под ним, выталкивая масло на поверхность. То же самое происходит и в океане: если по какой-то причине вода у поверхности океана становится плотнее, чем вода внизу, более плотная вода опускается вниз, вытесняя менее плотную воду, которая поднимается на поверхность.

Что вызывает разницу в плотности?

В океане плотность определяется несколькими факторами, в том числе давлением, под которым находится вода, количеством соли, растворенной в воде, и температурой воды. Чем выше давление воды, тем сильнее она сжимается и, следовательно, тем выше становится ее плотность. Когда вы ныряете вниз, давление в океане сильно возрастает. Океан в среднем имеет глубину 4 км, и на этих глубинах давление очень высокое. Плотность также зависит от того, сколько соли растворено в воде.Содержание соли в морской воде называется ее соленостью , и чем выше соленость воды, тем выше ее плотность. Типичная соленость океанской воды составляет 35 граммов на литр, что эквивалентно ~ 7 чайным ложкам поваренной соли на 1 литр воды (или 2 чайным ложкам на стакан воды). Наконец, на ее плотность влияет температура воды. Как правило, чем холоднее вода, тем ближе молекулы сжимаются друг с другом, а это означает, что тем меньше места они занимают и тем выше их плотность.

Поскольку температура, соленость и давление различаются в разных частях мирового океана, плотность морской воды также различается в разных местах.На рисунке 1 мы увидели океанские течения глобальной конвейерной ленты, охватывающей весь земной шар. На крайнем севере теплое (красное) поверхностное течение остывает и опускается, превращаясь в холодное (синее) течение глубоко в океане. Это потому, что более холодная вода имеет более высокую плотность, чем более теплая вода.

Кухонная океанография: таяние льда в пресной и соленой воде

Теперь, когда мы увидели, что различия в плотности в океане помогают управлять океанскими течениями, давайте проведем простой эксперимент, который поможет этой идее стать более ясной.

Вопрос: Если вы возьмете два кубика льда одинакового размера и поместите их в воду комнатной температуры, один в пресную, а другой в соленую, какой кубик льда растает быстрее?

Гипотеза: Скорость таяния кубиков льда зависит от температуры окружающей их воды. Талая вода из кубиков льда холоднее, чем вода комнатной температуры, в которую помещены кубики льда, поэтому кубики льда, окруженные собственной талой водой, будут таять медленнее.

Прогноз: Кубик льда в пресной воде будет таять быстрее, потому что холодная талая вода из кубика льда плотнее, чем пресная вода, и, таким образом, будет опускаться вниз и удаляться от кубика льда. С другой стороны, кубик льда, помещенный в соленую воду, будет окружен собственной холодной талой водой, потому что пресная вода будет плавать по более плотной соленой воде. Таким образом, кубик льда в соленой воде будет таять медленнее.

Эксперимент: Поместите один кубик льда в пресную воду комнатной температуры, а другой — в соленую воду комнатной температуры и наблюдайте! Для соленой воды вы можете использовать концентрацию соли, аналогичную концентрации обычной океанской воды (см. Выше).Чтобы упростить наблюдение за таянием кубиков льда и за тем, куда идет вода, может быть полезно добавить в воду пищевой краситель перед замораживанием кубиков льда.

Результаты: На Рисунке 2 показаны и описаны результаты этого эксперимента. Этот эксперимент помогает нам различать три разные «водные массы» с тремя разными плотностями: (1) соленая вода комнатной температуры, которая является самой плотной из трех типов воды; (2) холодная и свежая талая вода из кубиков льда, которая менее плотна, чем соленая вода, и поэтому плавает поверх нее; и (3) пресная вода комнатной температуры, наименее плотная из трех, через которую просачивается холодная и пресная талая вода.

Рисунок 2 — (A) Цветные кубики льда помещают в пресную и соленую воду с комнатной температурой. Наблюдается плавление со временем.
(B) В стакане с пресной водой цветная талая вода опускается вниз. В стакане с соленой водой он остается на поверхности и распространяется там. (C) К концу эксперимента стакан, ранее содержащий пресную воду, смешался с талой водой, в то время как в стакане с соленой водой талая вода все еще плавает на поверхности.(Фото: Мирджам С. Глессмер).

Каковы последствия изменения плотности воды в Мировом океане?

Эксперимент с кубиками льда демонстрирует, как разные плотности воды влияют на циркуляцию воды: менее плотная вода будет распространяться по более плотной воде, более плотная вода будет проходить через менее плотную воду и распространяться под ней. Именно это и происходит в океане! Но давайте также рассмотрим другой сценарий: если пресная вода попадает в океан в регионах, где холодная океанская вода опускается вниз, образуя глубокую ветвь глобальной конвейерной ленты, например, из-за таяния ледников, эта пресная вода будет распространяться сверху. океана и не тонет, изолируя более глубокий океан от холодной атмосферы наверху, особенно если пресная вода замерзает.Это будет иметь некоторое влияние на то, как модели циркуляции океана будут развиваться в течение следующих лет и десятилетий, в сочетании с другими факторами, такими как ветры. Это захватывающая область активных исследований!

Примечания:

Глоссарий

Плотность : ↑ Плотность — это мера веса определенного 101 количества вещества.

Циркуляция океана : ↑ Движение воды с океанскими течениями, например, Гольфстрим.

Соленость : ↑ Содержание солей в морской воде; насколько «соленая» морская вода.

Схема циркуляции : ↑ Устойчивые местоположения океанских течений.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

[1] ↑ Морская грамотность: основные принципы наук об океане для учащихся всех возрастов , версия 2: март 2013 г.Доступно в Интернете по адресу: http://www.coexploration.org/oceanliteracy/documents/OceanLitChart.pdf

[2] ↑ Rahmstorf, S. 2006. «Термохалинная циркуляция океана», в Энциклопедии четвертичных наук , под ред. С. А. Элиаса (Амстердам: Elsevier).

[3] ↑ Bringedal, C., Eldevik, T., Skagseth, Ø., Spall, M. A., and Østerhus, S. 2018. Структура и влияние наблюдаемых обменов через Гренландско-Шотландский хребет. Дж. Клим . 31: 9881–901.DOI: 10.1175 / JCLI-D-17-0889.1

Минерализация и плотность воды | Эксперимент дома

Эван вернулся с еще одним впечатляющим экспериментом с водой, который вы можете попробовать дома, чтобы узнать о солености и плотности воды.

Пресная вода менее плотная, чем соленая, поэтому она может оставаться сверху. В нераспределенных водах они могут долгое время оставаться отдельными телами! Это называется соляным клином . Знаете ли вы, что в лебединой реке есть довольно удивительный соляной клин? Клин соленой воды может переместиться на 55 км вверх по течению реки Лебедь.

Что вам понадобится:

2 пластиковых лотка
Пластиковая доска для бумаги (или тонкая пластиковая разделочная доска)
5 литров воды
1 яйцо
Соль поваренная
Мерная ложка
Ложка для смешивания
Пищевой краситель 2 разных цветов
5 банок с плоским ободком (достаточно больших, чтобы вмещать около литра воды каждая)

Инструкции

Наполните каждую банку водой.Поместите яйцо в первую банку и посмотрите, как оно опускается на дно. Это потому, что яйцо более плотное, чем вода вокруг него.
В той же банке начните добавлять в воду большие ложки соли. Возможно, вам придется размешать соль, чтобы она растворилась в воде. Продолжайте добавлять соль, пока яйцо не всплывет вверх. Когда это происходит, вода становится плотнее яйца.
Теперь давайте посмотрим, что происходит, когда пресная и соленая вода встречаются. Возьмите еще две банки с пресной водой и поставьте одну из них на один из пластиковых лотков.Добавьте несколько капель пищевого красителя одного цвета в первую банку, а затем добавьте во вторую банку другого цвета.
В первую банку на пластиковом подносе насыпьте ложку соли и перемешайте. Поместите пластиковую доску поверх второй банки и крепко держите, чтобы перевернуть банку. Держа доску на месте под второй банкой, поместите ее поверх первой и убедитесь, что отверстия обеих банок выровнены. Осторожно достаньте доску между банками.
Обратите внимание, как цвета, содержащиеся в каждой банке с водой, не смешиваются: это потому, что «свежая» вода во второй банке менее плотная, чем соленая вода в первой.

В природе этот эффект известен как «галоклин». Когда пресная река встречается с океаном, пресная вода течет поверх соленой, пока силы, подобные ветру и волнам, не смешивают их вместе.

Давайте посмотрим, что произойдет, если налить пресную воду на дно и соленую — наверх. Повторите шаги 3-4, на этот раз поставив сверху банку с соленой водой. Обратите внимание, как более плотная соленая вода устремляется на дно другой банки, и цвета смешиваются.

Ищете чем заняться дома?

Электропроводность, соленость и общее количество растворенных твердых веществ

Что такое электропроводность?

Соли растворяются в воде с образованием аниона и катиона.Эти ионы составляют основу проводимости воды.

Электропроводность — это способность воды пропускать электрический ток. Эта способность напрямую связана с концентрацией ионов в воде ¹. Эти проводящие ионы происходят из растворенных солей и неорганических материалов, таких как щелочи, хлориды, сульфиды и карбонатные соединения ³. Соединения, растворяющиеся в ионах, также известны как электролиты ⁴⁰. Чем больше ионов присутствует, тем выше проводимость воды.Точно так же, чем меньше ионов в воде, тем она менее проводящая. Дистиллированная или деионизированная вода может действовать как изолятор из-за очень низкого (если не значительного) значения проводимости ². С другой стороны, морская вода имеет очень высокую проводимость.

Ионы проводят электричество благодаря своим положительным и отрицательным зарядам ¹. Когда электролиты растворяются в воде, они расщепляются на положительно заряженные (катионы) и отрицательно заряженные (анион) частицы. Поскольку растворенные вещества расщепляются в воде, концентрации каждого положительного и отрицательного заряда остаются равными.Это означает, что даже несмотря на то, что проводимость воды увеличивается с добавлением ионов, она остается электрически нейтральной ².

Единицы электропроводности

Электропроводность обычно измеряется в микро- или миллисименсах на сантиметр (мкСм / см или мСм / см). Он также может быть выражен в микромосе или миллимос / сантиметр (умос / см или ммос / см), хотя эти единицы встречаются реже. Один симен равен одному mho ¹. Микросименс на сантиметр — это стандартная единица измерения для пресной воды.В отчетах о проводимости морской воды используются микро-, милли-, а иногда даже просто симен / миллио на сантиметр, в зависимости от публикации.

Удельная проводимость

Удельная проводимость при 25 ° C используется в качестве эталона сравнения для различных источников воды, поскольку коэффициенты проводимости меняются с температурой.

Удельная проводимость — это измерение проводимости при температуре 25 ° C или с поправкой на нее. ³. Это стандартизированный метод отчета о проводимости.Поскольку температура воды влияет на показания проводимости, сообщение о проводимости при 25 ° C позволяет легко сравнивать данные. ³. Удельная проводимость обычно указывается в мкСм / см при 25 ° C ⁶.

Если измерение проводимости производится при 25 ° C, его можно просто указать как удельную проводимость. Если измерение проводится при другой температуре и откорректировано до 25 ° C, необходимо учитывать температурный коэффициент. Температурный коэффициент удельной проводимости может изменяться в зависимости от измеренной температуры и ионного состава воды ³².Обычно используется коэффициент 0,0191-0,02 на основе стандартов KCl ^3,32. Растворы на основе NaCl должны иметь температурный коэффициент 0,02-0,0214 ³³.

Удельное сопротивление

Электропроводность формально определяется как величина, обратная удельному сопротивлению, что стоит уточнить на примере ³. Удельное сопротивление — это показатель сопротивления воды течению на расстоянии. Чистая вода имеет сопротивление 18,2 МОм * см ⁵. Удельное сопротивление уменьшается с увеличением концентрации ионов в воде.Интересный способ запомнить, что удельное сопротивление и проводимость являются обратными (1 / измерение) в названии единицы измерения — mho и ohm — это одни и те же буквы в обратном порядке.

Проводимость

Электропроводность — это часть проводимости, но сама по себе это не конкретное измерение. Электрическая проводимость зависит от длины проводника, так же как сопротивление составляет ¹⁸. Электропроводность измеряется в миллисекундах или сименсах ¹⁹. Электропроводность — это проводимость (S), измеренная на заданном расстоянии (1 см), которая включается в единицы (См / см) ¹⁹.Таким образом, проводимость воды будет меняться с указанным расстоянием. Но пока температура и состав остаются прежними, проводимость воды не изменится.

Что такое соленость?

Соленость — термин неоднозначный. В качестве основного определения, соленость — это общая концентрация всех растворенных солей в воде ⁴. Эти электролиты при растворении образуют ионные частицы, каждая из которых имеет положительный и отрицательный заряд. Таким образом, соленость является сильным фактором проводимости.Хотя соленость можно измерить с помощью полного химического анализа, этот метод сложен и требует много времени ¹³. Морская вода не может быть просто испарена до измерения массы сухой соли, так как хлориды теряются во время процесса ²⁶.

Самые распространенные ионы в морской воде.

Чаще соленость не измеряется напрямую, а вычисляется на основе измерения проводимости ⁶. Это известно как практическая соленость. Эти расчеты сравнивают удельную проводимость образца со стандартом солености, таким как морская вода ⁶.Измерения солености, основанные на значениях проводимости, безразмерны, но часто сопровождаются обозначением практических единиц солености (psu) ²⁵.

Есть много различных растворенных солей, которые способствуют солености воды. Основными ионами морской воды (с практической соленостью 35) являются: хлорид, натрий, магний, сульфат, кальций, калий, бикарбонат и бром ²⁵. Многие из этих ионов также присутствуют в источниках пресной воды, но в гораздо меньших количествах ⁴.Ионный состав внутренних водных источников зависит от окружающей среды. Большинство озер и рек содержат соли щелочных и щелочноземельных металлов, с кальцием, магнием, натрием, карбонатами и хлоридами, составляющими высокий процент ионного состава ⁴. Пресная вода обычно имеет более высокое соотношение бикарбонатов, в то время как морская вода имеет более высокие концентрации натрия и хлоридов ³⁹.

Абсолютная соленость

Функция Гиббса является основой для расчета абсолютной солености.Он рассматривает всю систему в целом, а не полагается только на проводимость.

В то время как практическая шкала солености приемлема в большинстве ситуаций, в 2010 году был принят новый метод измерения солености. Этот метод, получивший название TEOS-10, определяет абсолютную соленость в отличие от практической солености, полученной по проводимости. Абсолютная соленость обеспечивает точное и последовательное представление термодинамического состояния системы ²⁴. Абсолютная соленость является более точной и более точной, чем практическая соленость, и может использоваться для оценки солености не только в океане, но и на больших глубинах и в диапазонах температур ²⁴.TEOS-10 получен из функции Гиббса, которая требует более сложных вычислений, но предлагает более полезную информацию ²⁴.

Единицы измерения солености

Единицы, используемые для измерения солености, колеблются в зависимости от приложения и процедуры отчетности. Части на тысячу или грамм / килограмм (1 ppt = 1 г / кг) раньше были стандартом ²². В некоторых источниках пресной воды это указано в мг / л ^{4, 37}. Теперь значения солености сообщаются на основе безразмерной практической шкалы солености (иногда обозначаемой в практических единицах солености как psu) ²².По состоянию на 2010 год был разработан расчет абсолютной солености, но он не используется для архивов базы данных ²⁴. Абсолютная соленость указывается в г / кг и обозначается символом S _A. TEOS-10 предлагает предварительно запрограммированные уравнения для расчета абсолютной солености.

Все различные методы и единицы измерения солености основаны на точке отсчета 35 для морской воды.

Единицы psu, ppt и S _A г / кг почти эквивалентны (и часто меняются местами) ⁶.Все три метода основаны на приблизительном значении солености 35 в морской воде ²⁴. Однако необходимо сделать некоторые различия.

Практические единицы солености безразмерны и основаны на исследованиях проводимости растворов хлорида калия и морской воды ¹³. Эти исследования проводились с 32,4356 г / кг раствора KCL и «Копенгагенской водой», имеющей хлорсодержание 19,374 ppt ²⁵. Эта морская вода в Северной Атлантике имела заданную практическую соленость 35 psu ²⁵.Практическая шкала солености считается точной для значений от 2 до 42 psu ²⁶. Это наиболее часто используемые единицы, и практическая соленость остается наиболее распространенным значением солености, хранящимся в архивах данных ²⁴.

Историческое определение солености основывалось на концентрации хлоридов (которая могла быть определена титрованием) ²⁸. В этом расчете использовалось следующее уравнение:

Определение общей солености на основе концентраций хлоридов с точностью только для источников воды с известным соотношением хлорид-соленость, таких как морская вода.

Этот метод приемлем только для морской воды, так как он ограничен в устьях, солоноватых и пресноводных источниках. ²⁸. В то время как соленость и хлорированность пропорциональны в морской воде, уравнения, основанные на этом, не точны в пресной воде или при изменении соотношений хлорирования ²⁶.

Абсолютная соленость в г / кг лучше всего подходит для исследований, требующих очень точных данных. Он согласуется с другими единицами СИ как истинная массовая доля и гарантирует, что все термодинамические соотношения (плотность, звук, скорость и теплоемкость) остаются согласованными. ²⁴.Эти единицы также помогают определить вклад конкретных ионов в значения солености ³⁹. Абсолютная соленость также предлагает больший диапазон и более точные значения, чем другие методы солености, когда известен ионный состав ²⁴.

Что такое общее количество растворенных твердых веществ?

EPA, USPHS и AWWA рекомендуют верхний предел TDS в 500 мг / л, хотя в некоторых регионах он превышается с незначительным вредным эффектом. ⁴¹.

Общее количество растворенных твердых веществ (TDS) объединяет сумму всех ионных частиц размером менее 2 микрон (0.0002 см) ¹¹. Это включает в себя все диссоциированные электролиты, которые составляют концентрацию солености, а также другие соединения, такие как растворенное органическое вещество. В «чистой» воде TDS примерно равна солености ¹². В сточных водах или загрязненных территориях TDS может включать в себя органические растворенные вещества (такие как углеводороды и мочевина) в дополнение к солевым ионам ¹².

Общие концентрации растворенных твердых веществ за пределами нормального диапазона могут вызвать набухание или сжатие клетки.Это может негативно повлиять на водную жизнь, которая не может компенсировать изменение удержания воды.

Хотя измерения TDS основаны на проводимости, некоторые штаты, регионы и агентства часто устанавливают максимум TDS вместо предела проводимости для качества воды ³⁷. В лучшем случае пресная вода может содержать 2000 мг / л растворенных твердых веществ, а в большинстве источников должно быть намного меньше ¹³. В зависимости от ионных свойств чрезмерное количество растворенных твердых веществ может оказывать токсическое воздействие на рыбу и икру.У лососевых, подвергшихся воздействию CaSO4 на разных этапах жизни уровень выше среднего, снизились показатели выживаемости и воспроизводства. ³⁷. Когда общее количество растворенных твердых веществ превышало 2200-3600 мг / л, у лососевых, окуня и щуки наблюдались пониженные показатели вылупления и выживаемости яиц ³⁷.

Растворенные твердые вещества также важны для водной флоры и фауны, поскольку поддерживают сбалансированную плотность клеток. ¹¹. В дистиллированной или деионизированной воде вода поступает в клетки организма, вызывая их набухание ¹¹.В воде с очень высокой концентрацией TDS клетки будут сокращаться. Эти изменения могут повлиять на способность организма двигаться в толще воды, заставляя его плавать или опускаться за пределы своего нормального диапазона ¹¹.

TDS также может влиять на вкус воды и часто указывает на высокую щелочность или жесткость. ¹².

Единицы TDS

Общее количество растворенных твердых веществ указано в мг / л. TDS можно измерить гравиметрическим методом (с испарительной чашей) или рассчитать, умножив значение проводимости на эмпирический коэффициент ¹³.Хотя определение TDS путем испарения занимает больше времени, это полезно, когда состав источника воды неизвестен. Определение TDS на основе проводимости происходит быстрее и подходит как для полевых измерений, так и для непрерывного мониторинга. ⁴².

При вычислении общего количества растворенных твердых веществ на основе измерения проводимости используется коэффициент TDS. Эта постоянная TDS зависит от типа твердых веществ, растворенных в воде, и может быть изменена в зависимости от источника воды. Большинство измерителей проводимости и других средств измерения будут использовать общую приблизительную константу около 0.65 ³². Однако при измерении смешанной или соленой воды (со значением проводимости более 5000 мкСм / см) постоянная TDS должна быть выше: около 0,735 и 0,8 соответственно ²⁰. Точно так же пресная или почти чистая вода должна иметь более низкую константу TDS, близкую к 0,47-0,50 ³⁶.

Стандартные методы исследования воды и сточных вод допускают константу TDS 0,55-0,7, хотя, если известно, что источник воды содержит много ионов кальция или сульфата, константу 0.8 можно использовать ¹³. Некоторые измерители электропроводности принимают константу за пределами этого диапазона, но рекомендуется повторно проанализировать образец испарением, чтобы подтвердить это соотношение. ¹³.

Как видно из приведенной ниже таблицы, растворы с одинаковым значением проводимости, но с различным ионным составом (KCl против NaCl против 442) будут иметь разные общие концентрации растворенных твердых веществ. Это связано с разницей в молекулярной массе ⁴⁰. Кроме того, ионный состав изменит рекомендуемую константу TDS.

При одном и том же значении проводимости каждый раствор будет иметь разную концентрацию растворенных твердых веществ и, следовательно, разный коэффициент TDS.

Все три стандарта приемлемы для калибровки проводимости. Однако при расчете общего количества растворенных твердых веществ следует учитывать ионный состав. Если проект позволяет это, константу TDS следует определять для каждого конкретного участка на основе известных ионных компонентов в воде ⁶.

Почему важна проводимость?

Факторы, влияющие на объем воды (например, сильный дождь или испарение), влияют на проводимость.Сток или затопление почв с высоким содержанием солей или минералов может вызвать всплеск проводимости, несмотря на увеличение расхода воды.

Электропроводность, в частности удельная проводимость, является одним из наиболее полезных и часто измеряемых параметров качества воды. ³. Проводимость не только является основой большинства расчетов солености и общего количества растворенных твердых веществ, но и является ранним индикатором изменений в водной системе. Большинство водоемов поддерживают довольно постоянную электропроводность, которую можно использовать в качестве основы для сравнения с будущими измерениями ¹.Существенные изменения, вызванные ли они естественным наводнением, испарением или техногенным загрязнением, могут иметь очень пагубные последствия для качества воды.

Морская вода не может удерживать столько растворенного кислорода, как пресная вода, из-за ее высокой солености.

Электропроводность и соленость имеют сильную корреляцию ³. Поскольку электропроводность легче измерить, она используется в алгоритмах оценки солености и TDS, которые влияют на качество воды и водную жизнь.

Соленость особенно важна, поскольку она влияет на растворимость растворенного кислорода. ³.Чем выше уровень солености, тем ниже концентрация растворенного кислорода. Кислород примерно на 20% менее растворим в морской воде, чем в пресной воде при той же температуре ³. Это означает, что в среднем морская вода имеет более низкую концентрацию растворенного кислорода, чем пресноводные источники. Влияние солености на растворимость растворенных газов обусловлено законом Генри; используемая константа будет изменяться в зависимости от концентрации солевых ионов ³⁹.

Устойчивость к водным организмам

Эвригалинные виды имеют самый широкий диапазон устойчивости к солености, поскольку они перемещаются как из соленой, так и из пресной воды.

Большинство водных организмов могут переносить только определенный диапазон солености ¹⁴. Физиологическая адаптация каждого вида определяется соленостью окружающей среды. Большинство видов рыб — стеногалинные, либо исключительно пресноводные, либо исключительно соленые ⁴³. Однако есть несколько организмов, которые могут адаптироваться к разным уровням солености. Эти эвригалинные организмы могут быть проходными, катадромными или истинно эвригалинными. Проходные организмы живут в соленой воде, но нерестятся в пресной.Катадромные виды наоборот — они живут в пресной воде и мигрируют в соленую, чтобы нереститься ⁴³. Настоящие эвригалинные виды могут быть найдены в соленой или пресной воде в любой момент их жизненного цикла ⁴³. Эстуарные организмы — настоящие эвригалинные.

Эвригалинные виды обитают в эстуариях или перемещаются по ним, где очевидна засоленная зональность. Уровни солености в эстуарии могут варьироваться от пресной до морской на небольшом расстоянии ²¹. В то время как эвригалинные виды могут комфортно перемещаться по этим зонам, стеногалинные организмы не могут и будут найдены только на одном конце эстуария или на другом.Такие виды, как морские звезды и морские огурцы, не переносят низких уровней солености, и, будучи прибрежными, они не встречаются во многих эстуариях ²¹. Некоторые водные организмы могут быть даже чувствительны к ионному составу воды. Приток определенной соли может негативно повлиять на вид, независимо от того, остается ли уровень солености в приемлемом диапазоне ¹⁴.

Допуск к солености зависит от осмотических процессов в организме. Рыба и другие водные животные, обитающие в пресной воде (с низкой проводимостью), гиперосмотичны ¹⁵.Гиперосмотика определяет способность клетки выводить воду и удерживать ионы. Таким образом, эти организмы поддерживают более высокие внутренние ионные концентрации, чем окружающая вода ¹⁶. С другой стороны, морские организмы (с высокой проводимостью) гипоосмотичны и поддерживают более низкую внутреннюю ионную концентрацию, чем морская вода. Эвригалинные организмы способны приспосабливаться к изменяющимся уровням соли. Каждая группа организмов адаптировалась к ионным концентрациям в соответствующей среде и будет поглощать или выделять соли по мере необходимости. ¹⁶.Изменение проводимости окружающей среды путем увеличения или уменьшения уровня соли отрицательно повлияет на метаболические способности организмов. Даже изменение типа иона (например, калия на натрий) может быть вредным для водных организмов, если их биологические процессы не могут иметь дело с другим ионом ¹⁴.

Большинство водных организмов предпочитают пресную или соленую воду. Немногие виды пересекают градиенты солености, и еще меньшее количество видов переносят суточные колебания солености.

Изменение проводимости может указывать на загрязнение

Нефть или углеводороды могут снизить проводимость воды. (Фото: Lamiot через Wikimedia Commons)

Внезапное увеличение или уменьшение проводимости в водоеме может указывать на загрязнение. Сельскохозяйственные стоки или утечки сточных вод увеличивают проводимость из-за дополнительных ионов хлорида, фосфата и нитрата ¹. Разлив нефти или добавление других органических соединений приведет к снижению проводимости, поскольку эти элементы не распадаются на ионы ³⁴.В обоих случаях дополнительные растворенные твердые частицы будут иметь негативное влияние на качество воды.

Соленость способствует конвекции океана

Влияние солености на плотность воды является одной из движущих сил конвекции океана.

Соленость влияет на плотность воды. Чем выше концентрация растворенной соли, тем выше плотность воды ⁴. Увеличение плотности с увеличением уровня соли является одной из движущих сил циркуляции океана ²².Когда морской лед образуется вблизи полярных регионов, он не включает ионы соли. Вместо этого молекулы воды замерзают, выталкивая соль в карманы с соленой водой ²². Этот рассол со временем вытекает изо льда, оставляя воздушную яму и увеличивая соленость воды, окружающей лед. Поскольку эта соленая вода более плотная, чем окружающая вода, она тонет, создавая конвекционный узор, который может влиять на циркуляцию океана на сотни километров ²².

Откуда берутся TDS и соленость?

Электропроводность и соленость сильно различаются между разными водоемами.Большинство пресноводных водотоков и озер имеют низкие значения солености и проводимости. Океаны обладают высокой проводимостью и соленостью из-за большого количества присутствующих растворенных солей.

Источники электропроводности пресной воды

Множество различных источников могут влиять на общий уровень растворенных твердых веществ в воде.

В ручьях и реках нормальные уровни проводимости зависят от окружающей геологии. ¹. Глинистые почвы будут способствовать проводимости, в то время как гранитная коренная порода не будет ¹.Минералы в глине ионизируются по мере растворения, в то время как гранит остается инертным. Точно так же приток грунтовых вод будет способствовать проводимости ручья или реки в зависимости от геологии, через которую протекают грунтовые воды. Подземные воды, которые сильно ионизированы растворенными минералами, увеличивают проводимость воды, в которую они впадают.

Источники проводимости соленой воды

Большая часть соли в океане поступает из стока, наносов и тектонической активности ¹⁷.Дождь содержит углекислоту, которая может способствовать эрозии горных пород. Когда дождь стекает по камням и почве, минералы и соли распадаются на ионы и уносятся, в конечном итоге достигая океана ¹⁷. Гидротермальные источники на дне океана также вносят растворенные минералы ¹⁷. По мере того, как горячая вода выходит из вентиляционных отверстий, она выделяет минералы. Подводные вулканы могут извергать растворенные минералы и углекислый газ в океан ¹⁷. Растворенный углекислый газ может превратиться в угольную кислоту, которая может разрушать горные породы на окружающем морском дне и увеличивать соленость.Когда вода испаряется с поверхности океана, соли из этих источников остаются и накапливаются в течение миллионов лет ²⁷.

Сбросы, такие как загрязнение, также могут способствовать увеличению солености и TDS, поскольку сточные воды увеличивают содержание ионов соли, а разлив нефти увеличивает общее количество растворенных твердых веществ. ¹.

Когда происходит флуктуация проводимости?

Электропроводность зависит от температуры и солености воды / TDS ³⁸. Изменения расхода и уровня воды также могут влиять на проводимость, поскольку они влияют на соленость.Температура воды может вызывать ежедневные колебания уровня проводимости. Помимо прямого влияния на проводимость, температура также влияет на плотность воды, что приводит к расслоению. Стратифицированная вода может иметь разные значения проводимости на разной глубине.

Поток воды, будь то родник, грунтовые воды, дождь, слияние или другие источники, может повлиять на соленость и проводимость воды. Точно так же сокращение стока из плотин или отводов рек также может изменить уровни проводимости ²⁹.Изменения уровня воды, такие как стадии приливов и испарения, также вызывают колебания уровней солености и проводимости.

Электропроводность и температура

Электропроводность зависит от температуры.

При повышении температуры воды увеличивается и проводимость ³. При увеличении на 1 ° C значения проводимости могут увеличиваться на 2-4% ³. Температура влияет на проводимость, увеличивая ионную подвижность, а также растворимость многих солей и минералов ³⁰.Это можно увидеть в суточных колебаниях, когда водоем нагревается из-за солнечного света (и проводимость увеличивается), а затем охлаждается ночью (снижение проводимости).

Из-за прямого влияния температуры проводимость измеряется при стандартной температуре (обычно 25 ° C) или приводится с поправкой на нее для сравнения. Этот стандартизированный метод отчетности называется удельной проводимостью ¹.

Сезонные колебания проводимости, хотя и подвержены влиянию средних температур, также подвержены влиянию потока воды.В некоторых реках, поскольку весна часто имеет самый высокий объем стока, проводимость в это время может быть ниже, чем зимой, несмотря на разницу температур ²³. В воде с небольшим притоком или без него средние сезонные значения больше зависят от температуры и испарения.

Электропроводность и расход воды

Влияние расхода воды на значения электропроводности и солености является довольно основным. Если приток является источником пресной воды, это снизит значения солености и проводимости ²⁹.Источники пресной воды включают родники, талые воды, прозрачные чистые ручьи и пресные подземные воды ²¹. С другой стороны спектра приток высокоминерализованных подземных вод повысит проводимость и соленость ¹. Сельскохозяйственные стоки, помимо высокого содержания питательных веществ, часто имеют более высокую концентрацию растворенных твердых веществ, которые могут влиять на проводимость. ²³. Как для пресной, так и для минерализованной воды, чем выше объем потока, тем больше он влияет на соленость и проводимость. ²⁹.

Сам дождь может иметь более высокую проводимость, чем чистая вода, из-за включения газов и частиц пыли ²³. Однако сильные дожди могут снизить проводимость водоема, поскольку они разбавляют текущую концентрацию солености ²⁹.

Наводнение может увеличить проводимость, если вымывает соли и минералы из почвы в источник воды.

Если сильные дожди или другое крупное погодное явление способствуют наводнению, влияние на проводимость зависит от водоема и окружающей почвы.В районах с засушливым и влажным сезонами проводимость обычно падает в целом во время сезона дождей из-за разбавления источника воды ⁴⁴. Хотя общая проводимость в этот сезон ниже, часто наблюдаются всплески проводимости, поскольку вода изначально попадает в пойму. Если пойма содержит богатую питательными веществами или минерализованную почву, ранее сухие ионы соли могут попадать в раствор, когда он затоплен, повышая проводимость воды ⁴⁴.

При затоплении прибрежной воды может произойти обратный эффект.Хотя мутность будет увеличиваться, проводимость воды часто снижается во время прибрежного наводнения. ⁴⁵. Морская вода будет собирать взвешенные твердые частицы и питательные вещества из почвы, но также может откладывать соли на суше, снижая проводимость воды ⁴⁵.

Плотины и отводы рек влияют на проводимость, уменьшая естественный объем стока воды на территории. Когда этот поток отводится, эффект дополнительной пресной воды (снижение проводимости) сводится к минимуму ²³.Области ниже плотины или отвода реки будут иметь измененное значение проводимости из-за уменьшения притока ²³.

Электропроводность и уровень воды

Поскольку поток воды в эстуарии колеблется, изменяется и уровень солености.

Проводимость воды из-за колебаний уровня часто напрямую связана с расходом воды. Колебания электропроводности и солености из-за изменения уровня воды наиболее заметны в эстуариях. По мере повышения приливов соленая вода из океана выталкивается в устье, повышая соленость и проводимость ²⁹.Когда прилив падает, соленая вода уносится обратно в океан, снижая проводимость и соленость ²⁹.

Испарение может вызвать повышение концентрации солености. При понижении уровня воды присутствующие ионы становятся концентрированными, что способствует повышению уровня проводимости ³⁴. Вот почему значения электропроводности и солености летом часто увеличиваются из-за меньшего расхода и испарения. ²¹. С другой стороны, дождь может увеличивать объем и уровень воды, снижая проводимость ²⁹.

Соленость и стратификация

Температура и уровни солености изменяют плотность воды и, таким образом, способствуют стратификации водяного столба ²¹. Подобно тому, как снижение температуры увеличивает плотность воды, увеличение солености дает тот же результат. Фактически, изменение плотности воды из-за увеличения солености на 1 PSU эквивалентно изменению плотности из-за снижения температуры на 4 ° C ²⁸.

Вертикальная стратификация из-за засоления.Более глубокая вода имеет большую плотность и более высокую соленость, чем поверхностная вода.

Стратификация может быть вертикальной через толщу воды (наблюдается в озерах и океанах) или горизонтальной, как видно в некоторых эстуариях ⁸. Эти слои разделены границей, известной как галоклин ⁹. Галоклин разделяет слои воды с разной соленостью ⁹. Когда уровни солености сильно различаются (часто из-за особенно свежего или соленого притока), образуется галоклин ²⁸.Галоклин часто совпадает с термоклином (температурная граница) и пикноклином (граница плотности) (²⁸. Эти клины отмечают глубину, на которой свойства воды (такие как соленость, температура и плотность) претерпевают резкие изменения.

Эстуарии являются уникальны тем, что они могут иметь горизонтальные или вертикальные галоклины. Вертикальные галоклины присутствуют, когда уровень солености уменьшается по мере того, как вода движется в устье из открытого океана. равномерная соленость, но уровни различаются между пресноводной и океанической сторонами устья ⁸.

Эстуарии могут расслаиваться по горизонтали между источником пресной воды и соленым океаном.

Горизонтальная стратификация присутствует в устьях слабых приливов. Поступающая пресная вода из рек может тогда плавать над более плотной морской водой, и происходит небольшое перемешивание. ²³. Горизонтальная стратификация также существует в открытом океане из-за градиентов солености и температуры.

Соленость притока может способствовать стратификации. Пресная вода, впадающая в соленую воду, будет плавать, в то время как соленая вода, текущая в пресную, будет тонуть.

Галоклины развиваются в озерах, которые не испытывают полного оборота. Эти озера называются меромиктическими озерами и не смешиваются полностью сверху вниз ⁴. Вместо этого у них есть нижние слои, известные как монимолимнионы. Монимолимнион остается изолированным от остальной части водной толщи (миксолимнион) за счет галоклина ⁴. Меромиктические озера могут образовываться, когда приток соленой воды (естественный или искусственный) попадает в пресноводное озеро, или если соленое озеро получает приток пресной воды ⁴.(стратификация)

Поскольку соленая вода не может удерживать столько растворенного кислорода, сколько пресная вода, стратификация из-за галоклинов может способствовать возникновению гипоксических и аноксических условий на дне водоема ²¹.

Типичные уровни проводимости и солености

Хотя источники пресной воды обладают низкой проводимостью, а морская вода — высокой проводимостью, нет установленного стандарта для проводимости воды. Вместо этого некоторые организации и регионы установили ограничения на общее количество растворенных твердых веществ для водоемов ^14,37.Это связано с тем, что проводимость и соленость могут различаться не только между океанами и пресной водой, но даже между соседними потоками. Если окружающая геология достаточно отличается, или если один источник имеет отдельный приток, значения проводимости соседних водоемов не будут одинаковыми.

Несмотря на отсутствие стандартов и влияние окружающей среды на проводимость, существуют приблизительные значения, которые можно ожидать на основе источника ^13,14:

Пресная вода имеет широкий диапазон проводимости из-за геологических эффектов.Пресная вода, протекающая через гранитную коренную породу, будет иметь очень низкое значение проводимости ³⁴. Глинистые и известняковые почвы могут способствовать повышению значений проводимости пресной воды ³⁴. Некоторые соленые озера существуют из-за ограниченного оттока ⁴. Электропроводность этих озер зависит от конкретного ионного состава ⁴.

Электропроводность эстуариев, как правило, наиболее изменчива, поскольку на них постоянно влияют потоки пресной и соленой воды.Электропроводность морской воды зависит от солености и температуры воды ³⁸. Измерения будут варьироваться между экватором и полюсами, а также с глубиной из-за зависимости проводимости от температуры ³⁸.

Как и в случае с проводимостью, ожидаемая соленость водоема может быть только оценена. Значения солености океана могут варьироваться от 30 до 37 PSU ²². Несмотря на различия в солености, ионный состав морской воды остается на удивление постоянным по всему земному шару. ³.Соленость поверхности океана зависит от количества осадков. В районах вокруг экватора и побережья, где выпадает много осадков, значения поверхностной солености ниже среднего значения ²⁸. Эти разные значения солености способствуют циркуляции океана и глобальным климатическим циклам ³¹.

В следующей таблице представлены приблизительные значения солености в ppt (частях на тысячу) ²⁷:

После того, как будет проведена история измерений проводимости, легко увидеть установленный диапазон для конкретного водоема ¹.Этот диапазон можно использовать в качестве базового для оценки измерений ожидаемых (и неожиданных) значений ¹.

Деионизированная вода

Важно отметить, что отсутствие посторонних ионов в деионизированной или сверхчистой воде не означает, что ее проводимость составляет 0 мкСм / см ⁴⁵. Значение проводимости будет очень маленьким и в большинстве случаев пренебрежимо малым, но даже в деионизированной воде присутствуют ионы H + и OH-. При комнатной температуре концентрация как ионов H +, так и ионов OH- составляет 10 мкМ (подумайте, pH — деионизированная вода будет иметь нейтральный pH 7 без контакта с атмосферой), создавая очень маленькое значение проводимости ⁴⁶.Несмотря на такое низкое значение проводимости, деионизированная вода все равно будет иметь нулевую соленость; там нет солевых ионов, только H + и OH-, которые естественным образом существуют в чистой воде.

До тех пор, пока она не контактирует с воздухом (особенно с CO2), деионизированная вода должна иметь проводимость 0,055 мкСм / см или удельное сопротивление 18 МОм при 25 ° C. ^5,47. Если деионизированная вода уравновесилась с воздухом, проводимость будет ближе к 1 мкСм / см (1 МОм) при 25 ° C (и pH будет 5.56). Большинство стандартов допускают диапазон проводимости дистиллированной воды 0,5–3 мкСм / см при 25 ° C в зависимости от продолжительности воздействия воздуха ^13,14.

Температурные изменения будут иметь большее влияние на проводимость деионизированной воды (или любой почти чистой воды) из-за молярной эквивалентной проводимости H + и OH- в отсутствие других ионов ³. Вместо увеличения проводимости на 2-3% на градус Цельсия, она может увеличиваться примерно на 5% на градус Цельсия ³.

Последствия необычных уровней

Необычные уровни проводимости и солености обычно указывают на загрязнение ¹. В некоторых случаях, таких как обильные осадки или засуха, они могут быть связаны с крайними естественными причинами. Независимо от того, был ли результат вызван искусственными или естественными источниками, изменения проводимости, солености и TDS могут повлиять на водную жизнь и качество воды.

Большинство водных видов адаптировались к определенным уровням солености ⁴.Значения солености за пределами нормального диапазона могут привести к гибели рыбы из-за изменений концентрации растворенного кислорода, регулирования осмоса и токсичности TDS ^4,21,37.

Когда значения проводимости и солености выходят слишком далеко за пределы своего обычного диапазона, это может нанести вред водным организмам, обитающим в водоеме. Вот почему меньшее количество, но, возможно, более выносливых видов адаптировалось к жизни в эстуариях, где соленость постоянно меняется. Эстуарные животные переносят быстро меняющиеся уровни солености лучше, чем их пресноводные и морские аналоги ⁴.Но даже эти виды, обитающие в солоноватой воде, могут пострадать, если изменения солености станут слишком сильными.

Процитируйте эту работу

Fondriest Environmental, Inc. «Электропроводность, соленость и общее количество растворенных твердых веществ». Основы экологических измерений. 3 марта 2014 г. Web. .

Дополнительная информация

Урок по плотности солоноватой воды — Парк реки Гудзон

Нью-Йорк находится прямо в центре местности, которую мы называем устьем реки Гудзон.Эстуарии — важная водная среда, и многие из них находятся недалеко от таких городов, как Нью-Йорк. В этом уроке мы проводим эксперимент, чтобы узнать больше об устьях рек и типах воды, которые мы находим в этих средах.

Урок по плотности солоноватой воды

Темы : Экология реки Гудзон, плотность, география реки Гудзон
Возраст : 5-12
Время подготовки : 5 минут
Время действия : 20-30 мин.

Ресурсы:
Яйца с солоноватой водой — periment Рабочий лист

Денсидад-дель-Агуа-Салобре

Что делать, если парк реки Гудзон находится в Сантуарио Эстуарино? De hecho, la ciudad de Nueva York находится в районе mitad de un ambiente que llamamos el Estuario del Rio Hudson.Los estuarios son importantes para los ambientes acuáticos y muchos de ellos están cercanos a ciudades como Nueva York. De hecho, de las 32 ciudades más grandes del planeta, включая Nueva York, Londres y Nueva Orleans, 22 de ellas (más del 66%) están localizadas en estuarios. Debido a que muchas personas viven cerca de esos ambientes, es importante entender cómo estos funcionan de tal forma que podamos protegerlos de la polución, desarrollo urbano y otras actividades humanas que pueden negativamente afectar los estuarios.En esta lección, llevamos a cabo un Experimento que nos ayudará a entender más acerca de los estuarios y los tipos de aguas que encontramos en estos ambientes.

Densidad del Agua Salobre

Тема : Ecología del Rio Hudson; Денсидад; Geografia del Rio Hudson
Edades : De 5 a 12 Años
Tiempo Para Preparación : 5 минут
Duración de la Actividad : 20 — 30 минут

Recursos

cuenca de la Rio Mapa de la (https: // www.dec.ny.gov/education/63069.html)
Hoja de trabajo para el Experimento de densidad del agua (Таблица плотности солоноватой воды)

Отношение соленой воды к пресной воде в водоносных горизонтах

Если водоносный горизонт вырастает под море, вода океана может попадать в него при определенных условиях. В неартезианских условиях морская вода будет находиться на такой глубине, что вышележащий столб пресных грунтовых вод будет точно уравновешивать столб более тяжелого моря.
вода согласно принципу Гибена-Герцберга.Следовательно, в статических условиях, если пресная вода имеет удельный вес 1, а морская вода имеет удельный вес 1,025, граница раздела между более тяжелой морской водой и вышележащей пресной водой
вода в этом районе опускается на 40 футов ниже уровня моря на каждый фут, на который уровень грунтовых вод возвышается над уровнем моря. Это очень важный момент, потому что он означает, что, если известна высота уровня грунтовых вод над уровнем моря, можно
рассчитайте глубину, на которой присутствует пресная вода.(Хотя это вызывает серьезную озабоченность в прибрежных регионах, многие горные районы также содержат соленую или солоноватую воду на некоторой глубине.)

Например, если верхняя часть (уровень грунтовых вод) пресных грунтовых вод находится на высоте 2 футов над уровнем моря и, если у нас есть статическое состояние, глубина соленой воды в этой точке составляет 80 футов ниже уровня моря или, в месте расположения скважины, общая глубина, на которой будет
глубина бурения равнялась бы сумме толщины грунтовых вод, высоты грунтовых вод над уровнем моря и 40-кратной высоты грунтовых вод над уровнем моря.

Пример: Какова глубина соленой воды, когда толщина зоны аэрации составляет 10 футов, а уровень грунтовых вод находится на высоте 3 фута над уровнем моря?

Зона аэрации составляет 10 футов (3 м).
Высота уровня грунтовых вод над уровнем моря составляет 3 фута (л м).
40-кратная высота уровня грунтовых вод над уровнем моря равна 40 ´ 3 или 120 футов (40 м).

Решение: Глубина от поверхности земли до соленого водоема составляет: (1) + (2) + (3) или 10 футов.+ 3 фута + 120 футов или 133 фута

Если бы уровень моря был постоянным и подпитка от дождя была равномерной, граница раздела соленая / пресная вода оставалась бы неподвижной. Но этот интерфейс действительно колеблется, потому что ни один из этих элементов не является постоянным.

В.Т. Стрингфилд (1966, Артезианская вода в третичном известняке в юго-восточных штатах, USGS Professional Paper 517) обсуждает влияние насосной скважины на границу соленой и пресной воды. «Если колодец прокачан и в воде конус депрессии
При разработке стола в таких условиях соленая вода поднимется ниже колодца и сформирует вертикальный конус, теоретически имеющий высоту примерно в 40 раз больше глубины конуса впадины на уровне грунтовых вод.Если перекачивание продолжается с постоянным
Скорость без изменения конуса депрессии, контакт теоретически остается неподвижным, и соленая вода остается неподвижной, в то время как пресная вода движется со всех сторон к скважине. Однако, если скорость откачки увеличена или из-за истощения
При подаче уровень грунтовых вод еще больше понижается, вершина конуса соленой воды может достигать дна колодца, соленая вода может втягиваться в колодец и может начаться движение в зоне соленой воды.»

Соотношение между соленой и пресной водой в условиях ограниченного водоносного горизонта можно сравнить с U-образной трубой, одна сторона которой заполнена соленой водой, а другая — пресной водой. Предположим, что конец трубы на право это океан
а труба слева — водоносный горизонт, а стенки трубы представляют собой водонепроницаемые пласты. Другими словами, у нас есть замкнутая система, в которой соленая вода уравновешивается пресной водой. Стрингфилд описывает эту ситуацию следующим образом:

«Если водоупорный слой полностью непроницаемый, а напор воды в водоносном горизонте недостаточно велик, чтобы подтолкнуть соленую воду обратно к подводному выходу водоносного горизонта, условие является одним из условий равновесия между два водоема разной плотности.С другой стороны, если напор воды достаточно велик, в водоносном горизонте установится гидравлический градиент, соленая вода будет вытеснена обратно к подводному выходу, а пресная вода будет уходить в море. При первом условии
нет сброса пресной воды в море. Следовательно, гидравлический градиент отсутствует, напор воды в водоносном горизонте одинаков во всех точках, а пьезометрическая поверхность становится ровной на некоторой высоте над уровнем моря… Если
напор относительно высок или подводный урожай находится относительно близко к уровню моря, могут преобладать активные условия.В этих условиях возникает гидравлический градиент; вода движется через водоносный горизонт, и растворимые соли обычно
удаляется, если прошло достаточно времени и если артезианская вода относительно не содержит минеральных веществ. И наоборот, если напор низок или подводный выход на поверхность находится на большой глубине, статические условия могут преобладать. Водоносный горизонт закупорен давлением
соленой воды, и нет утечки растворимых солей, за исключением того, что артезианская вода может выходить через вышележащие ограничивающие пласты или через близлежащие подводные обнажения, где водоносный горизонт находится достаточно близко к уровню моря, так что напор пресной воды
в водоносном горизонте на обнажении превышает противодавление со стороны столба соленой воды в океане.»

В периоды интенсивного подпитки неглубоких прибрежных водоносных горизонтов граница соленой и пресной воды смещается в сторону моря. Это наблюдалось в Майами, Флорида, где градиент уровня грунтовых вод низкий, но водоносный горизонт очень проницаемый
и пресная вода постоянно сбрасывается в залив Бискейн.

Темная вода на фото — пресная вода, более светлый оттенок — соленая. Фото любезно предоставлено NASA .

Проблемы с солеными грунтовыми водами

Вдали от морского побережья вторжение соленой воды приобретает другие характеристики.Очень глубокие грунтовые воды обычно очень соленые, большая их часть — это родственная вода, морская вода, отложенная вместе с отложениями, образующими содержащую ее осадочную породу. Локализованный
проникновение соли может происходить из-за соляных куполов, которые вносят хлорид в окружающие грунтовые воды.

Почва, через которую просачивается вода, также может быть важным источником солей в водоносных горизонтах. Почвы в засушливом климате могут быть высокоминерализованными по сравнению с почвами во влажных зонах, так как они вымываются в результате естественных дождей в незначительной степени.Где орошение
вода также является основным источником собственной подпитки, большие количества соли могут попадать в водоносный горизонт.

Система подземных вод на многих орошаемых территориях бассейна реки Колорадо (юго-запад США) почти полностью образована за счет глубокого просачивания оросительной воды и просачивания из систем подачи ирригации и сбора остаточных вод. Скорость сбора соли с орошаемых почв в бассейне различается в зависимости от местности. Среди районов с высоким уровнем накопления соли — Гранд-Вэлли в западном Колорадо, оцениваемая в 8 т / акр / год.Вода, попадающая в подземные воды из-за практики орошения
в долине составляет около 145 000 акров-футов в год и вносит около 690 000 тонн в год в солевую нагрузку реки Колорадо. Пробы воды основного потока из выветрившегося сланцевого водоносного горизонта Манкос в долине имеют соленость примерно от 1500.
от мг / л до примерно 9000 мг / л со средним значением 4100 мг / л, тогда как пробы воды из аллювиальных водоносных горизонтов колеблются от 305 мг / л до 124000 мг / л со средним значением примерно 11 500 мг / л. Базовый сток, возвращающийся в реку в сточных водах и смывах, имеет концентрации, которые
в среднем около 4200 мг / л.

Потери воды и количество возвратных стоков для орошения могут быть уменьшены за счет повышения эффективности орошения на фермах, а также частичной или полной облицовки каналов, отводов и канав. Повышение эффективности внутрихозяйственного орошения за счет усовершенствования системы и
График орошения — наиболее рентабельная мера. Однако достижение более высокой эффективности потребует изменений в водном законодательстве для поощрения сохранения и пересмотра политики ценообразования на воду, препятствующих расточительству.

Там, где водоснабжение закачивается из очень глубоких водоносных горизонтов вблизи границы с соленой реликтовой водой ниже, вторжение соленой воды может быть вызвано обезвоживанием пресноводного водоносного горизонта.