У природі немає хімічно чистої води. Навіть найчистіші природні води - дощ і сніг - містять домішки, що поглинаються на шляху до землі з повітря. Поточна вода розчиняє гірські породи, за якими вона протікає або крізь які просочується. Води багато і в самій твердій корі планети у вільному і в зв'язаному стані. Водяна пара, що виділяються при виверженні вулканів, дозволяють думати, що вода є і на значній глибині в товщі Землі, хоча поки важко сказати, в якій формі і в яких обсягах.

Вода - головна складова частина гідросфери - являє собою окис водню (Н 2 О); вона складається з 11,2% водню і 88,8% кисню. Морська вода містить в своєму розчині багато солі (про це докладніше йтиметься нижче) і гази - кисень, азот, вуглекислий газ. Вода здатна при коливаннях температур приймати різні стани: рідке, тверде й газоподібне. При переході з одного стану в інший поглинається або звільняється велика кількість тепла. Вода як фізичне тіло має ряд аномалій, що пояснюються будовою їв молекул і дуже складною структурою. Так, при нагріванні прісної води від 0 до 4 ° С щільність води зростає, а потім при збільшенні температури зменшується. Друга аномалія - ​​збільшення обсягу при замерзанні приблизно на 10%. Лише деякі речовини а твердій фазі легше, ніж в рідкій, - це вісмут, галій, германій та ін. Для води характерні і такі аномалії, як дуже велика теплота плавлення і пароутворення, висока теплоємність і ін. Є ще ряд цікавих аномалій. Так, аномальна звична для всіх температура кипіння, що дорівнює 100 °: адже водень кипить при 253 °, а кисень при 180 ° С.

Кількість солей в морській воді невелика в порівнянні з її масою, але солі вельми істотно змінюють фізичні і хімічні властивості води. Її склад визначається за допомогою хімічного аналізу взятих проб (ці досліди стали проводити в 60-x роках минулого століття) спочатку па поверхні, а потім і на різних глибинах, аж до придонних ділянок. Вже перші дослідження показали (а наступні їх підтвердили), що далеко від берегів склад морської води скрізь однаковий - як па поверхні, так і на глибині. Це сталість зберігається досить тривалий час, що вимірюється геологічними епохами.

Кількість розчинених твердих мінеральних речовин (солей), виражене в грамах на кілограм морської води, називається її солоністю. Тисячні частки цілого називаються проміле і позначені% о. У відкритих частинах океанів солоність дорівнює в середньому 0,035 кг, т. Е. Середня солоність Світового океану 35 ° / оо. Морська вода має гірко-солоний смак, володіє великою питомою вагою, ніж прісна, розчиняє мило, утворює накип в парових котлах. Все це відбувається тому, що в морській воді розчинені тверді мінеральні речовини, причому в різних кількостях - деякі в грамах на кілограм води, а інші - тільки в тисячних частках грама па тупни води. Але саме остання група мікроелементів найбільш численна. У той же час солоність морської води визначається переважаючими за вагою елементами. Хімічний склад морської води, отриманий з аналізів проб, узятих в трьох океанах ще під час плавання на «Челленджера», наступний (табл. 2).

Ця таблиця, складена англійським хіміком Дитмаром в 1878-1882 рр., По втратила в цілому свого значення і зараз.

Встановлено, що солі, розчинені в морській воді, розпадаються (дисоціюють) па іони: катіони, заряджені позитивно (атоми водню і металів), і аннони, заряджені негативно (кислотні та водні залишки). Тому в даний час сольовий склад морської води іноді представляють не у вигляді солей, а до вигляді попів. Повертаючись до останньої таблиці, звернемо увагу па те, що відносний вміст солей залишається однаковим (у%) як при підвищенні, так і при зниженні солоності. Це - дуже важливе для практики властивість: знаючи зміст лише однієї складової, наприклад хлористих сполук, можна легко розрахувати інші. Цікаво, що склад людської крові має точно таке ж відсоткове співвідношення входять до неї елементів, як і морська вода.

Вже перші дослідження показали, що з числа відомих хімічних елементів 32 зустрічається в воді океанів і морів. Незважаючи па незначний вміст мікроелементів в 1 т води сума (враховуючи гігантський загальний обсяг океанічних вод) виходить досить значною. Так, вміст золота в 1 т води менше 0,005 мг, а в Світовому океані в цілому його кілька мільярдів тонн! Спеціально потрібно виділити сполуки азоту, фосфору і кремнію - вони відіграють вирішальну роль у життєдіяльності морських організмів. Невелика за кількістю вміст у морській воді розчинних в ній газів. Деякі речовини в морській воді знаходять лише непрямим шляхом: йод - у водоростях, мідь і срібло - в коралових вапняках, і т. Д.

Води океанів постійно поповнюються прісною водою, що стікає в пего з суші береговими потоками і річками, - приблизно 30-40 тис. Км3 в рік. Ці води теж містять деяку кількість речовин в розчині. Але співвідношення солей в океанах і річках різному. Так, хлоридів у річковій воді 5,2%, сульфатів 9,9, карбонатів 60,1 і інших речовин 24,8%. Здавалося б, при такому переважання карбонатів у річковій воді, воно повинно було збільшуватися і в морській. Але цього не відбувається, так як вони легко випадають в осад, активно поглинаються морськими організмами для побудови раковин, панцирів, скелетів, коралових рифів п цілих островів. Вважають, що для того, щоб збільшити кількість хлоридних попів в океані за все на О, О2 ° / оо знадобилося б 200 тис. Років.

Порівнюючи склад морської і річкової води, легко побачити, що хлористі сполуки, що переважають в морській воді, в дуже малій кількості представлені в річковий. У той же час в річковій воді більше половини карбонатів. Значить, солі океану внесені в нього не річками, вони іншого походження, остаточно ще не встановленого. З цього питання існує кілька припущень. Зберігаючи загальний процентне співвідношення солей, солоність вод океанів змінюється в значних межах як в океані в цілому, так і в кожному його районі і навіть точці. Ці зміни залежать від випаровування з поверхні, опадів, вертикального перемішування п горизонтальних переносів води, танення льодів і виносу прісних річкових вод. Коли відбувається випаровування, то в пар перетворюється тільки прісна вода, а решта в океані стає ще більш солоною. Віднесені вітром водяні пари потім знову потрапляють на поверхню океану (і суші), тепер уже распресняя його. Одночасно з випаровуванням спостерігається й інший фізичний процес - вітер відносить не тільки «прісний» пар, а й морські бризки па материк. При цьому спад солей дорівнює приблизно 300-400 млн. Т (при обсязі опадів на материках 100 тис. Км3).

Морський лід також в основному прісний - розсіл поступово стікає з нього вниз, осолоняя поверхневий шар води. Навесні відбувається зворотний процес, якщо лід тане на місці і не виноситься. Невеликі річки распресняют воду лише у гирла, великі - далеко в море.

Системи великих океанічних течій - таких, як Гольфстрім і Куросіо, - порушують розподіл солоності, приносячи в високі широти солоні води пасатних областей.

Зміна солоності відбувається у вертикальному напрямку - вітер постійно перемішує поверхневі води (приблизно до 100 м), конвекція, що є результатом осолоненія пли охолодження поверхневих вод, веде до змін солоності до глибин в 1 тис. М.

Якщо ж поглянути на зміни солоності з історичних позицій, то з'ясовується, що велике значення мали льодовикові періоди - під час зледенінь солоність Світового океану поступово зростала, максимум наступав в кінці цих періодів. У післяльодовиковий періоди через танення льодів солоність зменшувалася. Дуже повільні зміни солоності океанічних вод пов'язані з надходженням і втратою солей, що приходять в океан з річок, надр Землі, атмосфери. Це все поповнення. Спад же солей походить від випадання в осад па дно (наприклад, в районах Кара-Богаз-Гол або Сиваш), випаровування, виносу па сушу вітром, просочування ґрунтів та ін. Слід зауважити, що в океан з атмосфери солей надходить всього в 2, 5-3 рази менше, ніж приносять води суші.

Солоність океану різна на глибині і на поверхні і може сильно відхилятися від середньої величини, особливо в морях (в Червоному - від 8 до 42% о). У відкритих же частинах океану межі коливання невеликі - від 32 до 37% о. Можна помітити загальні риси в розподілі солоності на поверхні Світового океану, пов'язані з географічною широтою, т. Е. З загальним розподілом випаровування та опадів. Мінімум солоності доводиться на високі широти (мале випаровування, рясні опади, танення приносних льодів). Чим ближче до пасатним зонам, тим солоність вище, і у тропіків (25 ° с. Ш. І 20 ° ю. Ш.) Вона максимальна (велике випаровування через постійні вітрів, ясна погода). У напрямку до екватора солоність трохи зменшується.

З океанів найсолоніший Атлантичний, його солоність досягає 37,5% о - абсолютний максимум на поверхні відкритого океану. Трохи нижче солоність Тихого океану, гранично вона дорівнює 36,5% о. Це загальне зональний розподіл солоності порушують потужні океанічні течії.

Розподіл солоності в глибинах океану відрізняється від поверхневого по ряду причин, одна з яких полягає в тому, що розподіл солоності на глибині визначається її щільністю. Наприклад, распресненние, менш щільні поверхневі води в високих широтах створюють стійкість, а це значить, що па глибинах може і не бути малої солоність. Різна солоність на поверхні і на глибині пов'язана також з глибинними течіями. Відомо, що на горизонті 75-150 м в екваторіальній зоні Тихого і Атлантичного океанів поверхневі води подстилаются шаром дуже солоної води (понад 36 ° / оо), яку приніс із заходу глибинними екваторіальними протитечіями Кромвелла і Ломоносова, відкритими порівняно недавно. Отже, за сучасними уявленнями, солоність на глибинах відкритого океану змінюється по-різному. Однак вдалося встановити деякі загальні риси. Так, помітні коливання виявляються лише у верхньому шарі - до глибин 1500 м. А нижче, в шарі «стратосфери» океану, коливання солоності надзвичайно малі. Часто нижня межа знаходиться значно вище, наприклад в полярних областях він дорівнює всього 200 м. При всій різноманітності вертикального розподілу солоності вченим вдалося виділити кілька характерних типів.

Коливання солоності в відкритих частинах океанів в часі невеликі - річні не перевищують 1% о. В глибині солоність майже постійна і лежить в межах точності вимірювань.

Таким чином, солоність - одна з консервативних характеристик режиму всіх океанів, і спостереження її дозволяють розпізнавати природу різних процесів. Зокрема, завдяки вимірам солоності в Тихому океані зроблено висновок про рух вод течії Кромвелла. Подібні ж дослідження були проведені в 1963 р при вивченні руху середземноморських вод в Атлантичному океані від Гібралтару до Британських островів. Виявилося, що солоні середземноморські води створюють шар від 800 до 1500 м, що тягнеться до півдня Англії.

Істотну роль грають також гази і зважені речовини, розчинені в морській воді, хоча зміст їх незначно. Це кисень, азот, вуглекислота, іноді водень. Значення їх велике для організмів, що населяють товщу вод. Кисень, захоплений з повітря поверхневим шаром води, проникаючи на глибину, вказує на інтенсивну вертикальну циркуляцію. Кисень з'являється в морській воді і в результаті фотосинтезу морських рослин, головним чином фітопланктону. Кисень витрачається на дихання морських організмів, окислюється і частково повертається в атмосферу при пересичені. Відомий випадок, коли вода Азовського моря була пересичені киснем та 350%. В цілому кисень, кілька зменшуючись з глибиною, поширений. в океані досить рівномірно, і лише в деяких областях на глибинах 400-500 м його майже немає.

Азот в поверхневих шарах океану полягає в майже повній рівновазі з азотом атмосфери. На глибині кількість азоту визначається освітою і розпадом органічної речовини.

Сірководень виникає па дні моря в результаті розпаду органічної речовини і діяльності деяких бактерій. Сірководень, заражаючи глибинні шари води, робить її непридатною для існування тварин і рослин. Зокрема, цим відрізняється Чорне море, в якому лише 13% вод не заражені сірководнем.

У морській воді міститься відносно мала кількість вуглекислоти, по значення її дуже велике і не поступається кисню. Вуглекислота необхідна для побудови органічної речовини, з пий пов'язана корозія металів і руйнування бетону.

Солоність обов'язково враховується в портобудівельні роботах. Вона визначає ташке вантажну марку торгових судів, особливо працюючих на трасах з різкими переходами морських і прісних вод. Дуже важливо знати солоність для рибної та хімічної промисловості. Води морів і океанів можуть забезпечити сировиною скляну, фармацевтичну та інші види промисловості, дати добрива і необмежену кількість прісної води.