[第三章海水的物理性质和世界大洋的层化结构.doc

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[第三章海水的物理性质和世界大洋的层化结构

第三章:海水的物理特性和世界大洋的层化结构 一、海水的主要热学和力学性质 水的密度 水结冰时,密度减小,体积增大,所以冰总是浮在水面上,这与一般物质的性质“热胀冷缩”不同,是一种反常膨胀。 水的密度随温度的这种不正常的变化,是由水分子的缔合造成的。 水的热性质特殊 水的熔点、沸点、比热、蒸发潜热和表面引力值都比氧的同族氢化物高。其原因就在于熔化和汽化时,缔合分子的溶解需要消耗较多的能量。 海水的盐度 海水是含有多种无机盐类的溶液,盐度是其浓度的一种量度,它是描述海水特征的基本物理量之一。海洋中发生的许多现象都与盐度的分布和变化密切相关。 长期以来,人们对盐度的定义、计算标准和测量技术进行了广泛的研究和讨论,先后有1902年盐度、氯度定义;1969年的电导盐度定义;1978年的实用盐标。 1902年盐度、氯度定义 大量海水分析结果表明,不论海水中含盐量的大小如何,各主要成分之间的浓度比基本上是恒定的,这种规律称为“海水组成恒定性”又称为马赛特原则。 海水组成恒定性规律的发现,为测定海水的盐度提供了方便条件。1902年,克努森(Knudsen)等人建立了盐度、氯度定义。 盐度:1千克海水中的碳酸盐全部转换成氯化物,溴和碘以氯当量置换,有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数,单位:克每千克,用符号S‰表示。 氯度:1千克海水中的溴和碘以氯当量置换,氯离子的总克数,单位是克每千克。(氯度量稍大于海水中实际氯含量) 用硝酸银滴定法测定海水的氯度时,需要知道硝酸银的浓度,为此,配置一种标准的知道其氯度值的标准海水,作为国际统一标准硝酸银溶液的浓度。国际上统一使用氯度值精确为19.374‰的大洋水作为标准,称为标准海水,其盐度值对应为35.000‰。 1969年的电导盐度定义 考克斯等1976年对由大洋和不同海区不深于100米的水层内采集的135个水样,准确的测定其氯度值计算盐度,同时测定水样的电导比R15,得除了盐度S‰与电导比之间的关系式: 但此种盐度测定仍然未脱离对氯度测定的依赖,直至1978年实用盐标的建立,才使得盐度测定脱离了对氯度测定的依据。 1978年的实用盐标(PSS78,Practical Salinity Scale 1978) 实用盐度仍然是用电导率测定的。 实用盐度是采用高纯度的KCL,配制成32.4356‰的溶液,作为测定盐度的参考标准,其大气压力下的温度为15℃时电导率刚好与同温同压下盐度为35.000‰的国际标准海水的电导率相同,他们的电导比K15=1。也就是说当K15=1时,标准氯化钾溶液对应的实用盐度值为35,把这一点作为实用盐度的参考点。 海水的主要热性质和力学性质 海水的热性质一般指海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性、热导率、比热蒸发潜热等,他们都是海水的固有性质,时温度、盐度、压力的函数,与纯水的热性质有差异。 热容与比热容 体积热膨胀 热膨胀系数由正值转为负值时的温度就是海水的最大密度温度,tρ(max)是盐度的函数,随海水的盐度的增大而降低。 压缩性、绝热变化和位温 在绝热下沉时,压力增大使其体积变小,外力对海水微团做功使其内能增加,导致温度升高;反之,在绝热上升时,体积膨胀,克服外力做功,消耗内能,导致温度下降。 海洋中某深度(压力为p)的海水微团,绝热上升到海面(压力为大气压p0)时所具有的温度称为该深度海水的位温。海水的位温显然比其现场温度低。 比蒸发潜热及饱和水汽压 比蒸发潜热受盐度的影响很小,与纯水非常接近。在所有物质中,水具有最大的蒸发潜热,因此,它对表层海水的热平衡和热状况有很大影响。 对于海水而言,由于盐度存在,则单位面积海面上平均水分子数目要少,减少了海面上水分子的数目,因而较纯水而言,其饱和水汽压降低,限制了海水的蒸发。 热传导 沸点升高和冰点下降 海水的一些力学性质 海水的粘滞性(动力学粘滞系数随盐度的增大略有增大,随温度的升高迅速减小) 海水的渗透力(随S的增大而增大) 海水的表面张力(随温度的增高而减小,随S的增大而增大)。 二、海冰 海冰的形成条件及过程 海冰的形成条件 海冰形成的必要条件是:海水水温降低至冰点冰继续失热,相对冰点稍有过冷却现象,并有凝结核存在。 凝结核:有机物质、无机悬浮颗粒、雪花晶体等。 过程 海水的冰点和最大密度温度都随盐度的增加而减小,并且随着盐度的增加,海水最大密度温度较冰点温度下降的速度快。 当S=24.695时,二者的温度值相同,都为-1.33℃; 当S<24.695时,tρ(max)>t?,其结冰过程与淡水相同; 当S>24.695时,tρ(max)<t?,其结冰过程与纯水不同。 盐度大于24.695的海水(海水盐度通常如此),因其最大密度温度低于冰点,所以在结冰之前,随着温度不断降低,表面海水的密度将不断增大,由此引起对

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