Khí tượng hải dương học - Chương 4 pot

http://www.ebook.edu.vn 116 Phần 2 HẢI DƯƠNG HÀNG HẢI Chương 4 CÁC TÍNH CHẤT TĨNH HỌC CỦA NƯỚC BIỂN 4.1. Đại dương thế giới và các bộ phận của nó 4.1.1. Sự phân chia bề mặt nước và lục địa trên trái đất Lục địa của trái đất không phải là một dải liên tục, bao bọc quanh các khối lục địa và các đảo là bồn nước mặn tương đối liên tục tạo thành Đại dương thế giới. Đại dương thế giới chiếm một diện tích lớn của vỏ trái đất. Nếu diện tích bề mặt trái đất là 510 triệu km 2 thì diện tích Đại dương thế giới là 361 triệu km 2 , chiến 70,8% diện tích bề mặt trái đất, còn diện tích lục địa chỉ còn 149 triệu km 2 . Trên mỗi bán cầu, diện tích đại dương phân bố không đều, tại Bắc bán cầu, đại dương chiếm 60,7% còn ở Nam bán cầu, đại dương chiếm tới 80,9%. Xét về thể tích, toàn bộ khối nước của Đại dương thế giới vào khoảng 1.338,5 x 10 6 km 3 . 4.1.2. Sự phân chia Đại dương thế giới a, Các đại dương Người ta gọi các mảng nước lớn của Đại dương thế giới được chia cắt bởi các lục địa là các đại dương. Ở mỗi đại dương có tính độc lập tương đối về chế độ khí tượng-thủy văn. Trong lịch sử nghiên cứu và phát triển của ngành Hải dương học đưa ra nhiều quan điểm để phân chia các đại dương. Việc phân chia các phần theo đặc điểm địa mạo, đặc trưng bởi các đảo và cao nguyên ngầm được các nhà khoa học thừa nhận, vào năm 1650 nhà Hải dương học V.Vareniut bằng các công trình nghiên cứu của mình đưa ra khái niệm chia đại dương thế giới thành năm đại dương, đó là: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương, Bắc Băng Dương và Nam Đại Dương. Cách phân chia này đã được hội đị a lý Luân Đôn công nhận năm 1845 và đến nay vẫn còn nhiều quốc gia sử dụng. Các nhà Hải dương học Liên xô (cũ) năm 1935 đưa ra quan điểm phân chia thành bốn Đại dương dựa trên cơ sở các đặc trưng về địa mạo, ranh giới địa lý và chế độ khí tượng thuỷ văn với tính độc lập, đó là: Bắc Băng Dương, Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dươ ng. Cách phân chia này được hầu hết các nước sử dụng cho đến ngày nay. Ở một số nước lại áp dụng cách phân chia thành bảy đại dương: Bắc Băng Dương, Bắc Đại Tây Dương, Nam Đại Tây Dương, Bắc Thái Bình Dương, Nam Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương và đại dương Nam Cực. Sự phân chia này dựa http://www.ebook.edu.vn 117 theo truyền thống các thông báo hàng hải toàn cầu, nhưng căn cứ để phân chia thiếu cụ thể, riêng đại dương Nam cực đã bị văn phòng thuỷ văn quốc tế tại Mô Na Cô bác bỏ. Những cứ liệu chính về đặc trưng hình thái các đại dương được trình bày trong bảng 4.1. Bảng 4.1: Đặc trưng hình thái các đại dương CÁC ĐẠI DƯƠNG DIỆN TÍCH (10 6 km 2 ) TỈ LỆ % S ĐDTG THỂ TÍCH (10 6 km 3 ) ĐỘ SÂU (m) NƠI ĐO SÂU TB Max Thái Bình Dương 178,7 49,5 723699 3957 11034 Vực Mariana Đại Tây Dương 91 25,4 337699 3602 8385 Vực Puecto- rico Ấn Độ Dương 76,2 21,0 291945 3736 8047 Bắc Băng Dương 14,8 4,1 16980 1131 5449 Đại dương thế giới 361,3 100 1370323 3704 11034 Vị trí tương đối của các đại dương như sau: Thái Bình Dương là đại dương lớn nhất nằm trong khoảng nước rộng giữa hai bán cầu (kinh tuyến 180 0 gần giữa đại dương). Bờ Tây là rìa lục địa phía Đông Châu Á, bờ Đông là rìa Tây Châu Mỹ, phía Bắc tiếp giáp với Bắc Băng Dương qua eo biển Berin, kéo dài về phía Nam tiếp giáp với Ấn Độ Dương bằng cách phân chia qui ước bởi kinh tuyến 120 0 E và tiếp giáp với Đại Tây Dương bằng điểm nối giữa mũi Hom Nam Mỹ với doi đất Greizmơ ở rìa Tây Bắc Châu Nam Cực. Đại Tây Dương, đại dương lớn thứ hai ở Tây Bán Cầu, nằm ở giữa bờ lục địa phía Đông châu Mỹ và bờ Tây Âu - Phi. Phía Đông tiếp giáp với Ấn Độ Dương bằng kinh tuyến qui ước 20 0 E, phía Tây tiếp giáp với Thái Bình Dương. Ấn Độ Dương nằm phía Nam lục địa Châu Á, hai phía Đông-Tây tiếp giáp với Thái Bình Dương và Đại Tây Dương, phía Nam giới hạn bởi rìa Bắc Châu Nam Cực. Bắc Băng Dương, đại dương băng giá, nằm xung quanh vòng Bắc cực (giới hạn từ vĩ tuyến 66 0 N trở lên) và rìa phía Bắc các đại lục Mỹ - Âu - Á. b, Các bộ phận của Đại dương thế giới Biển là phần của đại dương được giới hạn bởi mép các lục địa, các đảo hay vùng cao của đáy. Tuỳ thuộc vào vị trí mà biển được phân chia thành biển nội lục địa, biển ngoại lục địa (biển ven bờ), biển giữa các đảo. http://www.ebook.edu.vn 118 Biển nội lục địa nằm sâu trong lục địa và được nối với đại dương bởi một vài eo biển hẹp. Vì vậy, chế độ thuỷ văn các biển nội địa khác nhiều với phần đại dương lân cận. Biển nội lục địa còn được chia thành biển nằm trong lục địa, gần như tách biệt hẳn với đại dương như biển Đen (Bắc Hải), biển Ban Tích và biển giữa các lục địa như Địa Trung Hải, Caribe. Biển ven là phần nước ven các bờ lục địa được ngăn với các đại dương bởi các dãy đảo hay bán đảo lớn (biển Nhật Bản, Biển Đông Việt Nam). Các biển này có chế độ thuỷ văn ít khác biệt so với đại dương kế cận. Biển giữa các đảo (quần đảo) được tách một cách tương đối ra khỏi đại dương một vùng nước bao bọc bởi các đảo và quần đảo gần khép kín : biển Java (Inđonexia), các biển xung quanh Philippin. Vịnh là vùng nước đại dương hay biển ăn sâu vào lục địa nhưng không tách khỏi bên ngoài bằng những miền đáy cao. Tuy nhiên, tuỳ thuộc vào cấu tạo bờ và nguồn gốc phát sinh mà có những tên gọi khác nhau như vũng (vụng), vịnh, fiort. Vì tính chất lịch sử nên có những khu vực địa lý có các đặc trưng giống nhau, song có cách gọi khác nhau, nơi thì gọi là biển, nơi gọi là vịnh Chẳng hạn như các vịnh Mexico (Mếch Xích), vịnh Ba Tư thì nên gọi là biển. Nhìn chung biên giới của đại dương, biển, vịnh v.v. chỉ là sự qui ước. Theo luật hàng hải quốc tế, có điều luật qui ước để phân biệt vịnh và vụng như sau: Vịnh là vùng nước có diện tích l ớn hơn diện tích hình bán nguyệt mà đường kính được tạo bởi cửa vùng nước đó (Hình 4.1.a,b) còn vụng thì diện tích vùng nước nhỏ hơn diện tích hình bán nguyệt. a. Vụng b. Vịnh Hình 4.1. Sơ đồ Vụng và Vịnh http://www.ebook.edu.vn 119 4.2. Đặc điểm địa hình đáy và đất đáy đại dương 4.2.1. Các khu vực địa hình đáy đại dương Hiện nay, các nhà nghiên cứu hải dương đã nhiều công trình nghiên cứu địa hình của đáy đại dương. Căn cứ vào nguồn gốc hình thành và hình thái địa hình (địa mạo) mà phân chia thành các khu vực. Về cơ bản, phần đáy đại dương được chia thành ba khu vực tính từ phần ngập nước ven bờ trở ra (hình 4.2). a, Thềm lục địa Phần đáy biển bị ngập nước ở mép ngoài bờ lục địa được coi như sự kéo dài tự nhiên của địa hình bờ, cho tới khu vực có độ sâu biến đổi lớn được gọi là thềm lục địa (1). Độ dốc của thềm lục địa rất nhỏ (khoảng 10’) và giới hạn thường lấy ở biên ngoài có độ sâu biến đổi từ 20 - 500 mét, trung bình 133 mét, theo một qui ước chung là lấy đường đẳng sâu 200 mét làm nơi kết thúc thềm lục địa. Do cấu trúc địa hình vùng th ềm lục địa như sự kéo dài địa hình bờ, vì vậy bề rộng của thềm lục địa ở các vùng biển rất khác nhau. Ở các vùng biển tiến, địa hình thoải, bề rộng thềm lục địa kéo dài hàng trăm km như vùng Đông Nam Á thuộc Tây Nam Thái Bình Dương, còn ở vùng địa hình bờ dốc đứng thuộc bờ Tây châu Mỹ, bờ châu Phi, thềm lục địa có bề rộng không đáng kể. Diện tích của vùng thềm lục địa chiếm từ 7,5% đến 8% diện tích đáy đại dương thế giới. Thềm lục địa giữ một vai trò hết sức quan trọng kể cả về tự nhiên, chính trị xã hội, giao thông vận tải, kinh tế và an ninh quốc phòng của các quốc gia có biển và có vùng thềm lục địa. Về tự nhiên, địa hình và cấu trúc đáy thềm lục địa phản ảnh khá cụ th ể cấu trúc địa chất vùng bờ kế cận. Vùng nước ở thềm lục địa luôn có sự thâm nhập của bức xạ mặt trời, hoạt động mạnh của sóng, dòng chảy và triều biên. Các lớp nước luôn được xáo trộn cả theo phương thẳng đứng cũng như nằm ngang. Khu vực thềm lục địa tiếp nhận hầu hết các trầm tích - chất vô cơ và hữu c ơ tải từ các sông ngòi đổ ra. Với những đặc điểm tự nhiên đó, thềm lục địa có ý nghĩa kinh tế lớn: khai thác khoáng sản đặc biệt là dầu khí, giao thông đường biển, khai thác hải sản v.v Có thể nói, vùng thềm lục địa được coi như một lục địa nữa của các quốc gia với hơn 1/3 dân số thế giới sống ở khu vực gần bờ này. Cũng chính vì quy ền lợi to lớn ở vùng thềm lục địa mang lại cho các quốc gia có biển mà vấn đề tranh chấp thềm lục địa liên quan đến an ninh, quốc phòng và chủ quyền quốc gia tại những khu vực chồng lấn thềm lục địa. Để bảo đảm quyền lợi cho các quốc gia có biển, công ước quốc tế ban hành về luật biển 1982 có bổ sung thêm một khái niệm khác, đó là: http://www.ebook.edu.vn 120 “Thềm lục địa là phần đáy biển kéo dài một cách tự nhiên theo độ nghiêng của địa hình nằm trong phạm vi có thể khai thác tài nguyên, nơi nào độ nghiêng bị kết thúc thì kéo dài đến hết phần đặc quyền kinh tế rộng 200 hải lý tính từ đường cơ sở của quốc gia đó”. b, Sườn lục địa Sườn lục địa (2) là phần đáy biển bắt đầu từ mép ngoài của thề m lục địa. Độ dốc của nó biến đổi từ 3 0 đến 20 0 . Ở gần các mép đảo núi lửa, độ dốc lớn, có thể tới 40 0 đến 45 0 . Độ dốc trung bình của sườn lục địa trong khoảng từ 3 0 đến 6 0 . Sườn lục địa đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của vỏ trái đất. Phần lớn các trung tâm động đất bao trùm vùng ven bờ các đại dương và biển đều thuộc vùng thềm lục địa. Tại đây thường có các phún trào nham thạch phun lên liên quan đến hoạt động kiến tạo, gây đột biến về nhiệt độ nước có lúc lên tới 56 0 C và độ mặn tới 300 ‰. Giới hạn ngoài của sườn lục địa thường kết thúc ở độ sâu khoảng 2500 mét, diện tích vùng sường lục địa chiếm khoảng 11% diện tích đáy đại dương thế giới. c, Lòng chảo đại dương Phần trũng còn lại với diện tích lớn của đáy đại dương được gọi là lòng chảo đại dương (3). Khu vực này nằm trong gi ới hạn độ sâu từ 2.500 mét đến 6000 mét. Độ dốc ở đây rất nhỏ khoảng từ 4’ đến 6’. Diện tích vùng lòng chảo chiếm 78% diện tích đáy đại dương thế giới. Trong khu vực này, thực tế có thể chia ra làm ba nhóm địa hình, đó là: Lòng đại dương (đáy biển thẳm – bình nguyên đáy) được coi như mặt đáy phẳng, độ dốc nhỏ hơn 1: 1000. Vùng cao đại dương là một dạ ng địa hình lớn, kích thước ngang đến hàng trăm km, tương tự như cao nguyên trên lục địa, song chúng ngăn cách với vùng núi ngầm bởi các bậc trũng, các vực. Núi ngầm (5) là những khối nâng ít nhiều biệt lập của vùng đáy đại dương có dạng tròn hay ellip với độ cao trên 1 km, với độ dốc lớn. Cho đến nay, các nhà Hải dương học đã phát hiện trên 4200 núi ngầm trên khắp các đại dương, con số đó chắc ch ắn còn quá ít so với thực tế. Người ta cho rằng chỉ riêng ở Thái Bình Dương đã có tới 10 4 núi ngầm tạo thành các chùm, dãy lớn từ 10 đến 100 núi như các quần đảo núi lửa ở Xamoa, Hawai. Ngoài ba khu vực đã nêu ở trên, các khu vực đáy đại dương có độ sâu trên 6 km là các vực thẳm đại dương. Các vực này có bề rộng 5 đến 7 km, dài từ 500 đến 700 km (vực Curin – CamChátCa). Thái Bình Dương có 25 trong tổng số 30 vực sâu của đại dương thế giới. http://www.ebook.edu.vn 121 Hình 4.2. Sơ đồ các khu vực địa hình đáy đại dương 4.2.2. Đất đáy đại dương Việc nghiên cứu đất đáy đại dương và phân loại chất đáy có nhiều căn cứ khác nhau theo mục đích nghiên cứu, sử dụng. Trong đó, nguồn gốc của chất đáy có thể bao gồm các yếu tố: - Lắng đọng trầm tích từ các chất vô cơ, hữu cơ từ quá trình chuyển tải ở lục địa ra biển và đại dương. Các sản phẩm lắng đọng này ở vùng thềm lục địa, sườn lục địa tạo nên chất đáy chủ yếu ở đây, chiếm từ 80% đến 90% thành phần chất đáy. Ngoài ra chất đáy có thể do các quá trình hoá học xảy ra trong đại dương, do phún trào của núi lửa .v.v. Vì vậy, phân loại chất đáy cũng có nhiều quan điểm: Phân loại theo nguồn gốc, theo tính chất hàm lượng hoá học, theo kích thước cơ học của các phầ n tử (các hạt thành phần) cấu tạo thành chất đáy. Trong hàng hải, phân loại chất đáy dựa trên cơ sở phân loại theo thành phần cơ học- tức kích thước, độ lớn của các hạt thành phần (mảnh vỡ). Bảng 4.2 cho ta biết phân loại chất đáy sử dụng trong hàng hải Bảng 4.2. Phân loại chất đáy theo kích thước phần tử TT TÊN MẢNH VỠ KÍCH THƯỚC PHẦN TỬ (mm) KÍ HIỆU Việt Nam Tiếng Anh Việt Nam Tiếng Anh 1 Đá tảng rất lớn Rock > 1000 Đ K R K 2 Đá tảng Lớn Vừa Nhỏ Rocky 500 – 1000 250 – 500 100 – 250 Đ t Rky 1: Thềm lục địa 2: Sườn lục địa 3: Lòng chảo đại dương 4: Vực sâu đại dương 5: Núi ngầm 1 2 4 3 5 http://www.ebook.edu.vn 122 3 Đá cục Lớn Đá hòn Vừa Nhỏ Boulder Cobble 50 – 100 25 – 50 10 – 25 Đ Blds Cob 4 Đá Sỏi Lớn Cuội Vừa Đá Dăm Nhỏ Pebbles Gramute 5,0 – 10 2,5 – 5,0 1,0 – 2,5 Đc Đ d P Gr 5 Cát Lớn Cát bùn Vừa Nhỏ Sand Silt 0,5 – 1,0 0,25 – 0,5 0,1 – 0,25 C C m C B S Si 6 Bùn Bùn cát Mud Mudy 0,05 – 0,1 0,01 – 0,05 B BC M 7 Đất sét Clay < 0,01 Đ S Cl 8 Đá vôi Chalk V C K 9 Đá san hô Coral Đ Sh C O 4.3. Các mực nước và độ sâu tương ứng 4.3.1. Các mực nước a, Mực nước lý tưởng (Mực Gieoid): là mực nước khi đại dương hoàn toàn yên tĩnh và tại mọi điểm trên bề mặt đều vuông góc với phương của trọng lực. b, Mực nước biển trung bình: là mực nước được xác định theo số liệu trung bình các lần đo độ cao mực nước ở các trạm đo tại một khu biển và trong một khoảng thời gian nhất định. Thông th ường, ở nhiều quốc gia người ta thường sử dụng mực nước biển trung bình nhiều năm ở vùng biển có chế độ thủy triều điển hình làm mực chuẩn 0 mét độ cao địa hình để xây dựng bản đồ địa hình trên đất liền.Vì vậy, mực nước này còn gọi là mực số 0 lục đồ (h 0 : độ cao đê biển). c, Mực số 0 hải đồ: là mực nước được lấy từ mực nước thủy triều thấp nhất trong lịch sử quan trắc (nước ròng thấp nhất) ở vùng biển của mỗi quốc gia. Người ta sử dụng mực nước này làm mực chuẩn 0 mét độ sâu ghi trên Hải đồ làm cơ sở cho việc xây dựng bản đồ đi bi ển (Hải đồ) 4.3.2. Các độ sâu tương ứng thường dùng trong hàng hải a, Độ sâu ghi trên Hải đồ - H 0 : là khoảng cách thẳng đứng từ mực số 0 Hải đồ tới đáy biển. Như vậy, ta có thể coi đây là độ sâu tối thiểu của hải điểm được thể hiện trên Hải đồ và tùy thuộc vào độ chính xác của Hải đồ, độ sâu này được coi là cố định. b, Độ sâu (độ cao thủy triều)- H T : là khoảng cách thẳng đứng tính từ mực số 0 Hải đồ đến mặt biển. Độ sâu này liên tục thay đổi theo thời gian và khu biển tùy thuộc vào hoạt động của chế độ thủy triều. http://www.ebook.edu.vn 123 c, Độ sâu thực tế - H: từ những quy ước của hai độ sâu trên, ta có độ sâu thực tế của mỗi hải điểm trên biển (từ mặt nước đến đáy biển) chính bằng tổng của hai độ sâu trên. H = H 0 + H T Tuy nhiên cần hiểu độ sâu thực tế theo nghĩa đen của nó là: tại một thời điểm nhất định, độ sâu thực tế của mỗi hải điểm còn phụ thuộc vào trạng thái mặt biển (sóng biển, sự thay đổi khí áp). Vì vậy, ngoài việc xác định độ sâu thực tế theo biểu thức trên, cần tính đến những yếu tố tham gia vào sự thay đổi giá trị của nó. Các m ực nước và độ sâu được mô tả ở hình 4.3. Hình 4.3. Sơ đồ các mực nước và độ sâu tương ứng 4.4. Các tính chất vật lý, hóa học của nước biển 4.4.1. Một số khái niệm hiện đại về cấu trúc phân tử của nước. a, Các tính chất dị thường của nước Nước bao gồm 11,9% Hydro (H) và 88,81% Oxy (O 2 ), trong đó thể tích Hydro lớn hơn Oxy 2,00285 lần. Nếu xem nước là một vật thể vật lý, ta có thể nhận thấy nhiều đặc điểm dị thường của nước khác biệt với một số các vật thể vật lý khác. Sau đây là một số tính chất quan trọng nhất. - Từ lý thuyết động học thấy rằng: khi nhiệt độ tăng từ 0 0 C đến 4 0 C, mật độ nước tăng và đạt cực đại tại 4 0 C, nhiệt độ tiếp tục tăng thì mật độ nước lại giảm. - Khi đóng băng, thể tích nước sẽ tăng lên (khoảng 10%). Mật độ băng của nước ngọt khoảng 0,9 g/cm 3 . Trong khi đó mật độ của đa số các vật thể khác đều tăng khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. - Nước có nhiệt dung riêng rất lớn. Khi băng tan (0 0 C) nhiệt dung riêng tăng từ 0,49 ở pha rắn lên tới 1,009 ở pha lỏng, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ đến 40 0 C nhiệt dung riêng giảm sau đó mới bắt đầu tăng. - Băng có nhiệt nóng chảy cực lớn và bằng 79,4 cal/g tức là ở 0 0 C năng lượng ẩn của nước và băng khác nhau khoảng 80 calo. H T h o Mực nước thực tế H 0 H Mực nước trung bình Mực số 0 hải đồ http://www.ebook.edu.vn 124 - Nhiệt ẩn bốc hơi rất lớn và bằng 539 cal/g ở nhiệt độ 100 0 C. - Hằng số điện môi ε của nước tại nhiệt độ 20 0 C bằng 81 đơn vị CGSE còn ở đa số các vật thể khác chỉ trong khoảng 2 đến 3 đơn vị. Như vậy, xét về tính chất hoá học với hằng số điện môi cao như vậy dẫn đến hậu quả trực tiếp là nước có tính chất dễ làm ion hoá (tức làm phân ly các chất hoà tan thành ion) và có khả năng hoà tan lớn. - Hệ số khúc xạ ánh sáng trong nước là n = 1,34. Trong khi đó theo lý thuyết sóng ánh sáng thì hệ số này phả i bằng: 9=ε=n Các tính chất dị thường nói trên có thể giải thích trên cơ sở cấu trúc phân tử nước. Trong phạm vi tài liệu này, chúng ta không đi sâu phân tích cơ sở lý thuyết phức tạp này. b, Các đồng vị của Oxy và Hydro - nước nặng Như trên đã nói, Oxy và Hydro là hai nguyên tố cơ bản của nước, quyết định trạng thái tập hợp và các tính chất cơ bản của nó. Trước những năm 30 của thế kỷ này, người ta cho rằ ng, tất cả các chất trong đó có Oxy và Hydro đều là những nguyên tố hoá học đơn giản hoặc là hợp chất của chúng. Do lúc bấy giờ người ta không xác định được khối lượng tuyệt đối của hạt nhân nguyên tử mà chỉ xác định được trọng lượng nguyên tử qui ước. Sau này, khoa học phát triển, khi tiến hành thử nghiệm để xác định khối lượng hạt nhân nguyên tử, người ta phát hiện ra rằng, những ch ất mà trước đây cho là những nguyên tố hoá học đơn giản, thực ra là hỗn hợp của một số nguyên tố các đồng vị có nguyên tử lượng hay khối lượng hạt nhân gần bằng nhau. Sở dĩ có sự khác nhau về khối lượng là do tính chất vật lý giữa các hạt nhân tuy cùng có một số lượng Proton nhưng số lượng Nơtron khác nhau. Đến nay, người ta đã phát hiện Hydro có năm đồng vị, trong đó có ý nghĩa nhất là hai đồng vị H 1 với số khối bằng 1, gồm 1 Proton được gọi là Hydro nhẹ. Đồng vị H 2 = D với số khối bằng 2, bằng tổng của 1 Proton và 1 Nơtron, được gọi là Đơteri. Đồng vị H 3 = T với số khối bằng 3, bằng tổng của 1 Proton và 2 Nơtron, được gọi là Triti, là chất đồng vị phóng xạ. Do nguyên tử không bền vững nên đồng vị này thực tế không thể phát hiện được trong nước tự nhiên. Tương tự như vậy, bằng thực nghiệm, người ta cũng phát hiện được một số đồng vị của Oxy. Đồng vị O 16 với số khối 16 bằng tổng của 8 Proton và 8 Nơtron. Đồng vị O 17 với số khối 17 bằng tổng của 8 Proton và 9 Nơtron. Đồng vị O 18 với số khối 18 bằng tổng của 8 Proton và 10 Nơtron. Cũng qua thực nghiệm, người ta thu được các đồng vị không bền vững O 15 và O 19 , thực tế không phát hiện thấy trong http://www.ebook.edu.vn 125 nước tự nhiên. Sự tồn tại các đồng vị của Hydro và Oxy chứng tỏ rằng, nước là hỗn hợp của tất cả các hợp chất đồng vị của Oxy và Hydro. Các phân tử nước tinh khiết H 2 1 O 16 chiếm khối nước cơ bản và gồm 99,73% tổng thể tích nước. Phần thể tích còn lại thuộc về các hợp chất phân tử của những đồng vị Hydro H 2 , Oxy O 17 , O 18 với các tỷ lệ kết hợp khác nhau không những giữa chúng mà còn với các nguyên tử đơn giản H 1 và O 16 . Các hợp chất như vậy được gọi là “nước nặng”. Bảng 4.3 dưới đây sẽ trình bày hàm lượng phần trăm các thành phần của nước (theo nhà vật lý ĐiTơRích) để so sánh, ở cột cuối cùng của bảng ghi các nguyên tố hoà tan trong nước với các hàm lượng gần với hàm lượng các thành phần nước nặng tương ứng. Bảng 4.3. Các thành phần của nước PHÂN TỬ NƯỚC % CỦA TỔNG THỂ TÍCH NƯỚC % CỦA THỂ TÍCH NƯỚC NẶNG NỒNG ĐỘ TƯƠNG ỨNG VỚI CHẤT HOÀ TAN TRONG NƯỚC BIỂN H 1 2 O 16 99,73 H 1 2 O 18 0,20 73,5 Magiê H 1 2 O 17 0,04 14,7 Can xi H 1 O 15 H 2 0,032 11,8 Ka li H 1 O 18 H 2 0,00006 0,022 Argon H 1 O 17 H 2 0,00001 0,003 Phốt pho H 2 2 O 16 0,000003 0,001 Sắt H 2 2 O 18 0,000000006 0,000002 Thuỷ ngân H 2 2 O 17 0,000000001 0,0000003 Vàng Như vậy, theo bảng 4.3, nước nặng Oxy H 1 2 O 18 chiếm ưu thế. Hợp chất phân tử H 2 2 O 16 (D 2 O) được gọi là nước nặng Hydro. Hợp chất phân tử Triti H 3 (T) được gọi là nước cực nặng và trong đại dương chiếm một tỉ lệ nhỏ bé. Nước được coi như là một dung môi, có đặc tính hoà tan các chất khác nhau nhờ tính phân cực mạnh và mô men lưỡng cực lớn của các phân tử. Như vậy, xét về lý thuyết không có chất nào không hoà tan trong nước nếu không hạn chế về thời gian. Vì thế, trong thiên nhiên không có nước tinh khiết về mặt hoá học. Nước biển khác với nước ng ọt ở lục địa ở chỗ nó giàu thành phần các chất hoà tan hơn. Vì vậy nên tất cả các tính chất của nó đều khác với nước ngọt. Ảnh hưởng của các chất hoà tan làm biến đổi tính chất của nước biển đến mức có thể xem nước biển là một dung dịch yếu, do đó nó bị Ion hoá hoàn toàn, đồng thời chứa một lượng lớn các hạt lửng lơ. Sự tồ n tại của các tạp chất lơ lửng trong [...]... 7,9851.1 0-6 t4 CS = 1,39799 ( S-35) + 1,69202.103( S-35)2 CP = 1,60272.1 0-1 P + 1,0268.1 0-5 P2 + 3,5216.1 0-9 P3 - 3,3603.1 0-1 2P4 CPTS = (S-35) (-1 ,12 14. 1 0-2 t + 7,7711.1 0-7 t2 + 7,7016.1 0-5 P - 1,2 943 .1 0-7 P2 + 3,1580.1 0-8 P.t + 1,5790.1 0-9 P.t2 + + P( -1 ,8607.1 0 -4 t + 7 ,48 12.1 0-6 t2 + 4, 5283.1 0-8 t3) + + P2 (-2 ,52 94. 1 0-7 t + 1,8563.1 0-9 t2) + P3 (-1 ,9 646 .1 0-1 0t) Với độ muối không vượt quá 40 ‰ và nhiệt độ nước biển không... của các chất được cho trong bảng 4. 10 Bảng 4. 10 Độ phóng xạ của nước biển CÁC CHẤT ĐỒNG VỊ NỒNG ĐỘ (g/l) ĐỘ PHÓNG XẠ RIÊNG (Curi/l) Kali - 40 Rubiđi - 81 Uran - 238 Uran - 235 Thori - 232 Rađi - 226 Cacbon - 14 Triti 4, 5.1 0-5 8 ,4. 1 0-5 2,0.1 0-6 1,5.1 0-8 1,0.1 0-8 3,0.1 0-1 3 4, 0.1 0-1 4 8,0.1 0-1 7 3,5.1 0-1 0 6,0.1 0-1 2 3,0.1 0-1 2 8,0.1 0-1 4 5,0.1 0-1 5 1,0.1 0-1 2 2,0.1 0-1 2 1,0.1 0-1 3 Theo số liệu trước đây, độ phóng... 10 15 3,95 2,93 1,86 0,77 0,00 - 0,27 - 0,53 - 0,80 20 25 30 35 -0 ,31 -1 ,40 -2 ,47 -3 ,52 -1 ,07 - 1,35 - 1,63 - 1,91 Với giá trị của bảng 4. 6, ta vẽ được biểu đồ ở hình 4. 4 cho thấy rằng khi độ mặn tăng, cả hai nhiệt độ đều giảm hầu như theo đường thẳng Với trị số độ mặn bằng 25‰ (chính xác hơn là 24, 695‰) hai đường biến thiên cắt nhau ở cùng giá trị nhiệt độ xấp xỉ -1 ,40 0C Khi giá trị độ mặn nhỏ hơn... đến 40 ‰ và nhiệt độ từ 0 0 C đến 240 C, độ dẫn điện của nước biển tăng từ 0,005 74 đến 0,0585 (Ω.cm3 )-1 , tức là tăng hơn 10 lần Độ dẫn điện của nước biển được tính theo bảng 4. 9 Bảng 4. 9 Độ dẫn điện của nước biển (1/(Ω.cm3).1 04 t0C 0 10 20 30 140 S‰ 10 92 122 1 54 187 20 176 231 292 3 54 30 2 54 332 42 0 510 http://www.ebook.edu.vn 40 331 43 0 543 660 б(Ω/cm3 )-1 0.06 24o 20o 16o 12o 8o 4o 0o 0.05 0. 04 0.03... 144 9, 14 + Ct + CS + CP + CPTS (4. 25) Trong đó: Ct là lượng hiệu chỉnh do sự chênh lệch nhiệt độ t so với 00C ; CS là lượng hiệu chỉnh do sự chênh lệch độ muối so với 35‰; CP là lượng hiệu chỉnh do chênh lệch áp suất so với áp suất khí quyển và CPTS là lượng hiệu chỉnh tổng cộng Các lượng hiệu chỉnh này được xác định bởi các công thức sau: Ct = 4, 5721t - 4, 4532.1 0-2 t2 - 2,6 044 5.1 0 -4 t3 + 7,9851.1 0-6 t4... S‰ = - 0,08996 + 28,29720R15 + 12,80832R215 (4. 5) - 10,67869R315 + 5,98624R415 - 1,32311R515 So sánh cách tính toán bằng phương pháp định lượng Clo theo các công thức (4. 1), (4. 2), (4. 3) cho kết quả sai số với hàm lượng muối thực không quá 0,25%, còn theo phương pháp bình phương tối thiểu cho kết quả sai số không quá 0,002% - 0,005% 4. 4.3 Dự trữ kiềm - phản ứng hoạt của nước biển Do có các chất khí. .. dụng các công thức thực nghiệm với sai số nhỏ nhất Công thức Đen Groxơ có dạng: C = 144 8,6 + 4, 618t + 0,523t2 + 0,00023t3 + 1,25(s - 35) - 0.011(S - 35) + 2,7 1 0-3 (S - 35)t4 - 2 1 0-7 (S - 35 )4( 1 + 0,577t - 0,0072t2) m/s (4. 24) Để tính ảnh hưởng của áp suất đến vận tốc âm cần phải hiệu chỉnh ∆CP = 0,0175 x P Trong đó P tính bằng đề xi bar đúng bằng độ sâu biểu thị bằng mét Sai số vận tốc âm tính bằng công... 35‰ S‰ E-R (cm) 100 36 35 34 0 33 -1 00 | N 800 | 600 | 40 0 | 200 | 00 | 200 | 40 0 | 600 | 800 S Hình 4. 5 Phân bố độ muối theo vĩ độ ĐỘ MUỐI 32,00 33,00 0 1 34, 00 2 36,00 0/00 35,00 7 4 3 5 6 1000 2000 ĐỘ SÂU 3000 40 00 5000 Hình 4. 6 Phân bố thẳng đứng của độ muối (1: Dạng cực; 2: Dạng cận cực; 3: Dạng ôn nhiệt đới; 4: Dạng xích đạo nhiệt đới; 5: Dạng Bắc Đại Tây Dương; 6: Dạng cận Địa Trung Hải; 7:... chất khí như Oxy, Nitơ, Argon, Axit Cacbonic, Đihydro Sunfua v.v và một số chất hữu cơ có nguồn gốc ở lục địa hay đại dương Số lượng trung bình các chất rắn hoà tan trong nước đại dương thế giới về trọng lượng chiếm khoảng 3,5% (một số biển đạt tới 4% - Hồng Hải) Các chất hoà tan có tỷ lệ trong nước biển đáng kể là: Clo - 1,9%, Natri: 1,06%, Magiê - 0,13%, Lưu huỳnh - 0,088%, Can xi - 0, 04% , Ka li - 0,038%... 4 θ 3 2 1 0 τ -1 -2 -3 -4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 S0/00 Hình 4. 4 Biểu đồ biểu thị sự phụ thuộc vào độ muối của nhiệt độ tỷ trọng cực đại và nhiệt độ đóng băng 4. 4.5 Áp suất của nước biển, hệ số nén thực a, Áp suất của nước biển (áp suất thủy tĩnh) Áp suất của nước biển (hay còn gọi là độ nén) là áp lực của cột nước tác dụng lên một đơn vị diện tích tại một độ sâu nào đó (áp suất thuỷ tĩnh) Trong Hải . 178,7 49 ,5 723699 3957 110 34 Vực Mariana Đại Tây Dương 91 25 ,4 337699 3602 8385 Vực Puecto- rico Ấn Độ Dương 76,2 21,0 291 945 3736 8 047 Bắc Băng Dương 14, 8 4, 1 16980 1131 544 9 Đại dương. -0 ,31 -1 ,07 5 2,93 - 0,27 25 -1 ,40 - 1,35 10 1,86 - 0,53 30 -2 ,47 - 1,63 15 0,77 - 0,80 35 -3 ,52 - 1,91 Với giá trị của bảng 4. 6, ta vẽ được biểu đồ ở hình 4. 4 cho thấy rằng khi độ mặn tăng,. biển đạt tới 4% - Hồng Hải) . Các chất hoà tan có tỷ lệ trong nước biển đáng kể là: Clo - 1,9%, Natri: 1,06%, Magiê - 0,13%, Lưu huỳnh - 0,088%, Can xi - 0, 04% , Ka li - 0,038% , Brôm - 0,0065%,