Черное море и все о морской воде


Черное море на карте

Прежде чем говорить о воде Черного моря, вспомним немного из того, что мы знаем о воде. Со школьной скамьи нам известно, что более двух третей поверхности земли покрыты водой. В основной своей массе это вода соленая. Впрочем, надо сказать, что совершенно пресной, дистиллированной воды в природе нет, она может быть получена только искусственно. Природные же воды содержат то или иное количество солей. Например, в дождевой воде содержится 1 грамм соли на 30 килограммов жидкости. Конечно, такую воду мы называем пресной.

Издавна у людей существовал культ воды. Их фантазия поселила на больших водных пространствах многих богов, самым могущественным из которых был Нептун у римлян, Посейдон у греков. Речной и дождевой водой управляли другие боги. Интересно, что еще сто лет назад крестьяне на острове Сицилия после многих бесплодных обращений к святому Андрею, покровителю воды, с просьбой вызвать дождь, потеряли, наконец, терпение и решили повесить статую незадачливого покровителя, объявив коротко: «Дождь или веревка».

Лишь три процента воды на земном шаре - пресные, или те, что мы называем пресными водами. И распределены они по территории суши крайне неравномерно. Чтобы сохранить воду, прибегают к разным методам: закачивают в почву глинистые растворы, чтобы уменьшить фильтрацию в грунт; покрывают поверхность водоемов специальными синтетическими пленками и т.п. Между тем многие засушливые районы расположены вблизи воды, правда, соленой, морской. Например, безводный степной Крым окружен морем. Да и на южном берегу Крыма недостаточно воды.

Отметим еще ряд общих особенностей воды, прежде чем переходить к рассказу о водах Черного моря. Известно, например, что вода обладает большой теплоемкостью. При нагревании она поглощает большое количество тепла, а при остывании излучает его. Поэтому прибрежные районы обычно теплее территорий, расположенных на той же географической широте, но удаленных от моря. Если же по морским берегам стоят еще высокие горы, которые не позволяют теплу распространяться далеко, то климат прибрежных районов еще теплее. Такие условия существуют у нас на Черном море в районах российских субтропиков. Это самые северные субтропики на земном шаре. Год Сочи, например, расположен на широте Владивостока и Нью-Йорка, где климат более суровый.

Еще одно свойство воды - на ее испарение требуется большое количество тепла. Какую роль играет это свойство? Если бы при испарении воды требовалось мало тепла, то многие реки и озера высыхали бы летом до дна. Часто говорят, что вода - носитель жизни, океан - колыбель жизни. Действительно, первые живые организмы зародились в воде и до сих пор многие из них живут в этой питательной среде. Перемещаясь из одного района в другой и сверху вниз, вода переносит органические вещества и кислород для питания животных и растений. Там, где ослаблены процессы таких перемещений, например, в глубинах Черного моря, практически исчезает жизнь.

Черное - самое теплое из природных водохранилищ на территории России. Температура воды на его поверхности в течение полугода выше 16 градусов, а летом более 25 градусов. Зимой поверхность основной его части охлаждается до 6-8 градусов. Заливы в северо-западной его части, как правило, замерзают, ветры неоднократно ломают лед, образуя торосы высотой до 3 метров. В отдельные годы в районе Одессы применялись ледоколы для вывода судов из портов. Резкие колебания температуры возникают при сгонно-нагонных ветрах. Сгон воды приводит к ее охлаждению, нагон - к распространению тепла вглубь. В Крыму однажды при сгонном ветре за несколько часов температура воды упала на 12 градусов (с 23 до 11).

Исключительным постоянством отличается температура воды в морских глубинах: начиная с 200 метров и до самого дна, там летом и зимой держится температура 8-9 градусов.

 

Чем морская вода отличается от речной воды?

 

Всякий знает: тем, что морская вода соленая. Соленость воды определяется количеством граммов солей, приходящихся на килограмм морской воды. Интересно сравнить соленость воды различных морей и Мирового океана.

 

Количество граммов солей, приходящихся на 1 кг морской воды:

 

Мировой океан - 35-36;

Средиземное море - 37-39;

Красное море - 41-60;

Черное:

- на поверхности в основной части - 17-18;

- на поверхности в северо-западной части - 8-13;

- у дна - 22-22,5;

Каспийское - 11-13;

Азовское - 9-10.

 

Из приведенных данных видно, что соленость Черного моря в два раза ниже, чем океанских вод, но в два раза выше солености Азовского и в полтора раза - Каспия. Многие считают Каспийское море очень соленым. Такое представление неправильно, сильно осолоненными являются лишь залив Кара-Богаз-Гол и ряд более мелких заливов. Самым соленым из всех морей земного шара является Мертвое море, расположенное в Палестине, содержит до 300 граммов солей на 1 килограмм морской воды. В это море впадает только одна река Иордан, и ни одна река из него не вытекает. Вода, в нем настолько плотная, что нельзя утонуть. Можно не только лежать, но и сидеть на поверхности воды.

Дошедшие до наших дней легенды гласят, что римский император Тит велел сковать и бросить в Мертвое море непокорных рабов. Каково же было его изумление, когда он увидел, что они не тонут. Мертвым оно названо по другому признаку. Дело в том, что в воде такой солености нет жизни. В Черном море на глубинах то же нет жизни, хотя соленость там невысокая. Но об этом мы поговорим позднее, а сейчас остановимся еще на одном важном свойстве морской воды. С изменением солености меняются свойства и вкус воды, но есть нечто общее, что объединяет опресненное Черное, осолененное Красное, и Мировой океан. Дело в том, что, несмотря на разницу в солености, состав солей, растворенных в морской воде, исключительно постоянен. Почему? Состав солей в море регулируется животными и растениями. Даже маленькая рыбка весом 100 граммов пропускает через себя 20-30 кубических сантиметров воды в минуту. А сколько воды пропускают через свое тело огромные обитателями океана! Известно, что когда образовался первичный океан, и не было еще живых организмов, состав солей этого океана был иным.

 

Сейчас в морской воде основные соли содержатся в следующих количествах (в процентах):

 

Хлористый натрий (поваренная соль) - 77,8;

Хлористый магний - 10,9;

Сернокислый магний (английская соль) - 4,7;

Сернокислый кальций - 3,6;

Сернокислый калий - 2,5;

Углекислый калий - 0,3;

Бромистый магний и др. - 0,2.

 

В отдельных морях наблюдаются лишь небольшие колебания состава солей, не превышающие одного процента. Так, в Черном море по сравнению с Мировым океаном содержится несколько больше углекислого кальция и хлористого калия, но меньше сернокислого кальция. Незначительное изменение солевого состава несколько приближает черноморскую воду к речной (не по солености, а по составу солей).

Соленый вкус придает, морской воде хлористый натрий (поваренная соль), а горький привкус - хлористый магний и сернокислый магний (или английская соль). В настоящее время в ее составе открыто 60 различных элементов, но предполагают, что в ней содержатся все элементы, имеющиеся на Земле, только некоторые из них до сих пор не открыты. В виде заряженных частичек - ионов в морской воде есть железо, медь, олово, цинк, свинец. Есть здесь и золото, серебро, радий, радон, бром, и йод, но многие из них имеются в очень малых количествах. Например, на тонну морской воды приходится 1 миллиграмм серебра, а золота и того меньше. Несмотря на такое, казалось бы, незначительное его содержание, если бы удалось извлечь все золото из вод всех морей и океанов земного шара, то на каждого жителя Земли пришлось бы по полтора килограмма золота! Получают золото из морской воды с помощью ионитов - ионообменных смол, которые способны присоединять к себе ионы растворенных в воде веществ. К сожалению, золото, добытое таким путем, еще очень дорого. Стоимость затраченной на его получение энергии в пять раз выше, чем цена добытого золота.

Морская вода представляет собой сложное химическое соединение. Она образовалась на протяжении миллионов лет и обладает рядам целебных свойств. Исключительно благотворное влияние она оказывает на организм человека. При купании мы ощущаем прохладу, особенно приятную в жаркий день. Вода уменьшает вес человека (закон Архимеда). Полные люди чувствуют себя в воде легко и свободно. Находясь в море, мы всегда совершаем какие-то движения, это приводит к усилению дыхания, обмена веществ, к улучшению пищеварения и аппетита. Не удивляйтесь, если вы загорите при купании, хотя совсем не лежали на пляже: это происходит потому, что поверхностный слой моря прекрасно пропускает ультрафиолетовые лучи, вызывающие загар тела. Исключительно полезен для человека морской воздух, насыщенный кислородом, солями хлористого натрия, кальция, магния, йода, брома, мельчайшими долями радиоактивных веществ. В настоящее время медицина практикует даже особый способ лечения некоторых заболеваний легочных путей: больных помещают у специальных фонтанов, распыляющих вокруг влагу. Называется этот способ гидроаэронизацией. Море - это естественный гидроаэронизатор. Больные гипертонией, бронхиальной астмой чувствуют у моря облегчение дыхания, потому что у моря много озона и ионов кислорода. Присутствием озона объясняют и то, что в морском воздухе нет микробов, озон убивает их. Благотворно воздействие моря на нервную систему человека. Успокаивающе действует мерный плеск волн и шорох гальки, прохлада воды при купании. Даже цвет моря и прибрежной растительности оказывают влияние на наше самочувствие.

Однако море и солнце, при чрезмерном употреблении этих сильнодействующих средств, могут превратиться из ваших друзей во врагов. Нельзя купаться до появления озноба или «гусиной кожи». Людям, страдающим одышкой, нельзя быстро плавать. И, конечно, только вред может принести человеку многочасовое «дежурство» на пляже в погоне за бронзовым цветом кожи.

Целебные свойства морской воды издавна использовались человеком. Многим известно, как благотворно действует морская вода при полоскании горла в случае легкой простуды. В воде быстро затягиваются мелкие ранки (конечно, с большой кровоточащей раной входить в воду не следует во избежание инфекции). В настоящее время морскую воду употребляют в качестве одной из составных частей при изготовлении ряда лекарств, например, для лечения некоторых глазных и ушных болезней. Врачи иногда вводят морскую воду (несколько разбавленную и, разумеется, дезинфицированную) в мышцу человека, в качестве физиологического раствора для поддержания жизнедеятельности организма.

 

Можно ли пить морскую воду?

 

На этот вопрос долгое время отвечали отрицательно. Дело в том, что организм человека не приспособлен к выведению избытка солей, которые поступали бы с морской водой. У морских рыб и птиц есть специальные железы, через которые выделяются капли рассола. Раньше, когда этого не знали, не могли содержать в зоопарках, например, альбатросов. Оказывается, воду для них надо солить, потому что специальные железы все время работают, и если альбатрос будет пить пресную воду, он погибнет от недостатка солей. В инструкциях экипажам морских судов издавна существовал пункт о том, что в случае отсутствия пресной воды пить морскую нельзя. Однако за последнее время мнение о морской воде несколько изменилось. Стали известны факты о людях, которые пили морскую воду слабой концентрации и оставались живы. Так, например, во время Великой Отечественной войны одного солдата отнесло в шлюпке далеко от берега в Азовском море. У него не было ни продуктов, ни рации, ни пресной воды. Более месяца дрейфовал он по морю, пил соленую воду, ел сырую рыбу и остался жив. В морях с небольшой соленостью ее можно пить в случае крайней необходимости. На судах, плавающих в тропиках, иногда даже стали добавлять ее в пищу для профилактики различных заболеваний. Врачи рекомендуют принимать внутрь морскую воду при некоторых желудочных заболеваниях (конечно, не всем, и в определенных дозах). Интересным, хотя и, на первый взгляд, странным, обстоятельством является почти точное совпадение процентного состава солей морской воды с составом крови человека. Однако если вспомнить, что первичные формы жизни зародились сотни миллионов лет тому назад в океане, а от них произошли впоследствии высокоорганизованные существа, то такое сходство не будет казаться удивительным.

По своему гидрологическому режиму Черное море резко отличается от других морских водоемов. У него сильно опресненный и, следовательно, более легкий поверхностный слой (летом он теплый), лежащий на более плотном, соленом нижнем слое. Наличие двух слоев постоянно поддерживается выносом пресных вод из рек и опресненных вод из Азовского моря, а также глубинных (плотных) - из Мраморного. Обмен вод между этими слоями очень слаб. Для чего же нужен этот водообмен? Прежде всего, и в основном для распространения кислорода в глубину, для так называемой аэрации глубин. Кислород образуется в поверхностных слоях моря. Вглубь он, распространяется путем вертикального водообмена. Там, где нет вертикального движения вод, нет и кислорода в глубинных слоях. Такой случай мы и наблюдаем в Черном море.

Значительный летний перегрев массы воды способствует накоплению тепла на зиму. Большой теплозапас моря, как и любое явление, следует рассматривать многосторонне. Положительно то, что море не замерзает в основной своей части и что оно обогревает зимой берега (климатообразующий фактор). Отрицательным следствием является то, что поверхностные, сильно прогретые воды не могут в значительной степени охладиться за период короткой черноморской зимы. Слабое зимнее охлаждение при условии относительно небольшой солености приводит к очень небольшому увеличению плотности и, следовательно, к незначительному опусканию поверхностных вод (не более 200 метров). В нижних слоях образуется застой воды, туда не проникает кислород с поверхности, поэтому там отсутствует жизнь. Правда, нельзя сказать, что в Черном море совершенно отсутствует обмен поверхностных вод с глубинными. Гипотеза о таком водообмене была выдвинута профессором В.А. Водяницким и, в последствие, подтверждена другими учеными. Косвенным доказательством наличия вертикального водообмена является то, что с течением времени поверхностные слои моря не опресняются, а глубинные не осолоняются. Советскими учеными были найдены также и прямые доказательства наличия водообмена между слоями. Основные причины его - так называемые поперечные глубинные течения, захватывающие слои до 1000 метров в глубину, а также термическое перемешивание, возникающее вследствие воздействия тепла земной коры и в результате гнилостных процессов у дна. Правда, вертикальные движения в Черном море очень слабы. Подсчитано, что частице воды требуется от 80 до 130 лет, чтобы пройти путь от самых больших его глубин до поверхности. Хотя это срок и не малый, но здесь важен сам факт наличия вертикального движения. Поэтому советские ученые, конечно, не могли согласиться с предложением ряда зарубежных ученых сбрасывать остатки атомных производств в Черное море.

Кроме солей, в морской воде растворено значительное количество газов: кислород, углекислота, сероводород, азот и другие. Чем ниже температура и соленость воды, тем больше газов в ней растворено.

О роли кислорода, растворенного в морской воде, мы уже говорили. Обычно в поверхностных слоях моря содержится 5-10 кубических сантиметров кислорода на литр воды.

Источником сероводорода является разложение остатков водных организмов. Как было установлено полвека тому назад выдающимся русским химиком Н.Д. Зелинским, сероводород в Черном море имеет биохимическое происхождение. Ученый доказал, что обитающие в большом количестве в глубинах моря особые бактерии, живущие в бескислородной среде, разлагают трупы животных и растений на ряд более, простых химических соединений, которые вступают во взаимодействие с солями морской воды. В результате этой реакции и образуется свободный сероводород. В Черном море, где водообмен практически происходит до глубины 150 - 200 метров, а на дно постоянно идет «дождь трупов» растительных и животных организмов, содержание сероводорода достигает 7,5 кубических сантиметров на литр воды, а общее количество сероводорода в Черном море составляет миллиард тонн. В течение последних 1-2 тысяч лет это количество сохраняется примерно постоянным. Хотя все время происходит образование сероводорода в глубинах моря, но параллельно с ним идет процесс окисления сероводорода другими бактериями, обитающими на дне и в глубинах Черного моря. Бактерий этих называют «тружениками». Их многовековая работа может создать целые острова. Например, Багамские острова состоят из углекислого кальция, осаждаемого бактериями. Есть бактерии, поедающие нефть. Нефть давно бы покрыла пленкой все моря и океаны, если бы не эти бактерии. В Черном море железобактерии, образно говоря, создали Керченский полуостровов. В течение тысяч лет реки выносили закисное железо, бактерии превращали его в окись железа, которое теперь лежит 20-метровой толщей руд на Керченском полуострове. Есть даже бактерии, которые поедают асфальт. Но это уже не труженики, а разрушители.

Серобактерии, такие же, как в Черном море, окисляли сероводород в древних озерах и болотах, превращали его в чистую серу. Впоследствии на местах этих озер и образовались залежи серы. Сейчас потребность в сере все возрастает. Развивающаяся химия требует все больше серы для изготовления пластмасс, красок, стекла, минеральных удобрений. Со временем запасы серы могут истощиться, поэтому ученые уже сейчас работают над заселением такими бактериями современных болот, чтобы в будущем здесь образовались запасы серы. Ведутся разработки метода использования и черноморского сероводорода. Кроме того, условия, существующие на дне Черного моря, очень напоминают условия в древних водоемах, где происходило образование нефти при разложении останков животных без доступа кислорода. Поэтому если на дне Черного моря в настоящее время идет процесс образования нефти, то в будущем можно будет ее использовать.

Сероводород в Черном море не является единственным исключением на земном шаре. Сероводород содержится в значительных количествах в некоторых норвежских фиордах, в глубоководных частях Каспийского моря и в других районах, где затруднен вертикальный водообмен. В других морских водоемах по той или иной причине перемешивание вод происходит гораздо глубже, часто до дна. Такими причинами могут быть либо осенне-зимнее охлаждение воды, либо льдообразование, либо летнее испарение в соленых водах. Там, где нет больших вертикальных движений воды, происходит ее застой, а разложение органических остатков приводит к образованию сероводорода.

Глубина залегания сероводородного слоя в Черном море не везде одинакова. У берегов Крыма верхняя граница этого слоя лежит на глубине 150 метров, у берегов Кавказа - 200 метров, а в центральной части моря - 80-100 метров. Поверхность сероводородного слоя в море поднимается к центру в виде купола и опускается у берегов. Такое положение поверхности сероводородного слоя - следствие большего перемешивания вод в прибрежной части.

Часто от отдыхающих в Сочи можно слышать вопрос: связаны ли мацестинские воды с сероводородом Черного моря? К сожалению, до настоящего времени это еще не выяснено. Есть среди исследователей сторонники как положительного, так и отрицательного ответа на этот вопрос. Относительно происхождения мацестинских вод имеется несколько гипотез: одни ученые предполагают, что воды из глубинных слоев Черного моря поступают по трещинам под Кавказские горы, при соприкосновении с горными породами состав вод несколько меняется; другие считают, что мацестинские воды поступают в скважины из недр земли и не связаны с водами Черного моря; третьи объясняют происхождение мацестинских источников проникновением по трещинам обычных дождевых вод, которые при движении в горных породах насыщаются солями и газами; наконец, четвертые считают, что мацестинские воды - это погребенные в недра Земли древние морские воды.

Установлено, что возраст вод Черного моря примерно 8 тысяч лет, а мацестинских вод - гораздо больше: от 10 до 30 миллионов лет.

Кроме сероводорода, в морской воде содержится углекислота, которая проникает туда из воздуха и в результате жизнедеятельности живущих в ней организмов. Расходуется углекислота растениями в процессе фотосинтеза.

Также в морской воде содержится азот, это инертный газ, он сохраняется в свободном состоянии, не вступая в реакцию с другими веществами.

 

Почему море синее?

 

Рассмотрим вопросы о цвете воды и распространении света в глубину. Кстати, Черное - не «самое синее море в мире». Как это ни парадоксально звучит, но цвет воды в Красном море гораздо более синий, чем в Черном, а самыми синими являются Саргассово море и некоторые районы Индийского океана, хотя Черное тоже синее.

От чего зависит цвет воды в море? Некоторые думают, что от цвета неба. Это не так. Над Азовским морем летом сверкает яркое южное солнце, а цвет воды в море - зеленовато-бурый.

Цвет воды зависит от рассеивания лучей солнечного спектра частицами воды и примесей. Лучи разных цветов имеют разную длину волн. Красные лучи - длинноволновые, синие - коротковолновые. Длинные световые волны больше поглощаются в поверхностном слое воды, чем короткие. Напротив, коротковолновые синие лучи, многократно отражаются в поверхностном слое и попадают в глаз человека. Вблизи берега, где много примесей, более крупных, чем молекулы воды, происходит отражение не только голубых, но и зеленых, и желтых лучей. Поэтому вода там изменяет цвет.

Кроме того, цвет воды определяется еще и количеством взвешенных частиц. В Черном море этих частиц меньше, чем, например, в Азовском, поэтому в Азовском море вода зеленовато-бурая, в Черном - зеленовато-синяя, а у берегов - зеленая и желтовато-зеленая.

Глаз человека с удовольствием останавливается на безбрежной ярко-синей глади. Однако с точки зрения рыболовства лучшими являются отнюдь не синие воды. Рыбаки знают, что синий цвет - это цвет водной пустыни, там мало органических веществ, мало пищи для рыб. Поэтому редко встречаются и сами рыбы.

Прозрачность воды определяется путем опускания на глубину стандартного белого диска диаметром 30 сантиметров. Глубина, на которой диск скрывается из виду, и называется прозрачностью воды. Наибольшая прозрачность в Черном море наблюдается в восточной части летом (27 метров), наименьшая прозрачность в северо-западной части весной (всего 2-3 метра).

Количество света, проникающего в воду, быстро убывает с глубиной. Освещенность на глубине 25 метров составляет всего 1-4% от освещенности на поверхности. Известно, что чем выше мы находимся над поверхностью Земли, тем дольше видим Солнце в течение дня. В долине день короче, чем на соседней горе. Чем глубже мы опускаемся в водоемах, тем короче для нас становится день. Если на земле продолжительность дня равна 15 часам, то на глубине 40 метров она может быть всего 15 минут. В глубинах моря царит вечный мрак. Однако если включить там прожектор, то окажется, что обитающие там организмы имеют ярко-красный цвет. Например, даже в Черном море, где нет высших форм жизни на глубинах, обитатели глубин 40 и более метров (омары, креветки) имеют красный цвет. Зачем животным яркие краски, если там ничего не видно? На глубинах, куда проникают только синие лучи света, животные, имеющие красный цвет (дополнительно к синему), выглядят серыми и поэтому малозаметны для врагов. Вероятно, учитывая эти лучи, животные и приобретают покровительственную красную окраску.

И несколько слов о плотности черноморских вод. Плотность пресной воды, как известно, принимается за единицу. Плотность морской воды отличается от плотности пресной на сотые и тысячные доли. В зависимости от солености и температуры они имеют различную плотность, хотя эти различия и лежат в незначительных пределах. Например, разница в плотности поверхностной и глубинной вод пролива Босфор составляет 0,007. В старину думали, что плотность морской воды настолько увеличивается с глубиной, что затонувшие суда не опускаются на дно, а висят в толще воды. На самом деле плотность морской воды не настолько велика, чтобы держать вес судна.

На морском берегу