4.5.2. Температура замерзания и наибольшей плотности морской воды

Чистая вода имеет наибольшую плотность при 4 °С. С повышением солености температура наибольшей плотности 0р понижается. Она может быть вычислена по эмпирической формуле Кнудсена и Крюммеля:
(4.6)


На рис.

4.9 даны кривые зависимости температур замерзания и наибольшей плотности от солености. Из рис. 4.9 видно, что обе температуры с увеличением солености понижаются почти линейно. При значении солености 24,7 %о (точнее, 24,695 %о) кривые пересекаются. В этой точке обе температуры равны минус 1,332 °С.
Вода с соленостью меньше 24,7 %о имеет температуру наибольшей плотности выше температуры замерзания и в этом смысле сходна с пресной водой. При соленостях больше 24,7 %о температура наибольшей плотности лежит ниже температуры

замерзания. Практически такая вода никогда не достигает температуры наибольшей плотности, так как, прежде чем плотность достигнет своего максимума, вода превращается в лед. Воды соленостью меньше 24,7 %о называются солоноватыми, или рас- пресненными, а соленостью больше 24,7 %о - морскими.
Различия в соотношении температур замерзания и наибольшей плотности влекут за собой различия в протекании некоторых процессов в морских и солоноватых водоемах, в частности влияют на тепловой режим. Рассмотрим это на двух примерах.
Балтийское море является солоноватым. В северной его части верхний слой воды имеет соленость около 7 %о. По графику на рис. 4.9 определяем 0 = -0,4 °С, 0Р = 2,5 °С. Рассмотрим, как происходит осенне-зимнее охлаждение моря.
При охлаждении поверхностный слой воды, имевший летом температуру до 20 °С, уплотняется, так как понижение температуры приближает воду к температуре наибольшей плотности. Элементарные объемы воды уплотняющегося верхнего слоя «проваливаются», вытесняя к поверхности менее плотные, которые в свою очередь уплотняются охлаждением. Идет процесс свободной конвекции.

Очевидно, что конвекция прекратится в тот момент, когда температура охваченного ею слоя достигнет температуры наибольшей плотности, так как дальнейшее понижение температуры поверхности моря понижает плотность воды и прекращает ее опускание.
Таким образом, слой конвективного перемешивания приобретает в рассматриваемом случае температуру около 2,5 °С. Дальнейшее охлаждение и ледообразование сосредоточиваются непосредственно у поверхности моря.
При весеннем таянии льда и нагревании моря температура поверхностного слоя быстро повышается. Этому способствует и возникающая в нем конвекция, поскольку плотность воды возрастает и при нагревании вплоть до 2,5 °С.
Рассмотрим теперь, как протекают аналогичные процессы в собственно морской воде, например, в северной части Японского моря, где для верхнего слоя характерна соленость 33 %о.
По графику на рис. 4.9 находим, что этой солености соответствуют 0 = -1,7 °С, 0Р = -3,1 °С. В этом случае температура наибольшей плотности ниже температуры замерзания, и поэтому при охлаждении моря конвективное перемешивание не прекращается вплоть до достижения температуры замерзания. В результате весь слой моря, охваченный конвекцией, охлаждается до температуры замерзания, в рассматриваемом случае до -1,7 °С. Понятно, что температура наибольшей плотности в этом случае не может быть достигнута, так как вода не охлаждается ниже температуры замерзания.
При весеннем таянии льда и нагревании моря плотность поверхностного слоя сразу же понижается, что затрудняет его перемешивание с глубоко лежащими слоями воды. В результате прогревание сосредоточивается в поверхностном слое. Значительная толща, в которой развивалась конвекция, сохраняет низкие температуры. Так, например, на большом пространстве Охотского моря слой зимней конвекции сохраняет на протяжении всего лета минимум в вертикальном распределении температуры, достигающий минус 1,5 °С (так называемый холодный промежуточный слой). 

Еще по теме 4.5.2. Температура замерзания и наибольшей плотности морской воды:

1. Температура и циркуляция воды в Мировом океане
2. Плотность
3. Глава 4 Популяционная плотность
4. 2.2.1.3. Изучение частоты встречаемости и плотности популяции грибов рода Malassezia в слуховом канале животных с проявлениями отитов
5. Образование льда в морской воде
6. 2.2.1.2. Изучение частоты встречаемости и плотности популяции грибов рода Malassezia в слуховом канале клинически здоровых животных
7. Свойства воды. 
8. ТЕМПЕРАТУРА МАКСИМАЛЬНОГО ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ
9. Морские перья
10. Температура