PROPRIETATILE APEI MARINE SI ALE APEI FLUVIALE

PROPRIETATILE APEI MARINE SI ALE APEI FLUVIALE

In stare lichida, apa pura este incolora, transparenta, fara gust si fara miros. Apa din natura insa are caracteristici diferite, in functie de conditiile in care este acumulata.

Proprietatile fizice se refera la: temperatura, presiune, compresibilitate, transparenta, culoare, luminiscenta, miros, radioactivitate, greutate specifica, caldura specifica, tensiune superficiala, viscozitate, densitate si conductibilitate electrica.

In stare solida (gheata) sunt luate in consideratie si alte caracteristici fizice: greutatea specifica (0,917 g/cm³), coeficientul de dilatare liniara si cubica (0,000055 grd^-1, 0,000165 grd^-1 ), modulul de elasticitate (30 000 kg/cm²), rezistenta la rupere (15-35 kg/cm²) etc.

Proprietatile chimice se refera la: salinitate, gaze dizolvate, concentratie in ioni, duritate, agresivitate, substante biogene, microelemente, substante organice, substante in suspensie si organisme vii.

a)     Proprietati fizice

Temperatura apei de mare este in stransa dependenta de unele elemente ce actioneaza in straturile de suprafata (temperatura aerului, radiatia energiei solare, vantul, dispunerea geografica a bazinului, curentii de suprafata) si in interiorul masei de apa (curentii de convectie, valurile, modificarile de densitate, salinitate etc.).

Ocupand 70,8% din suprafata terestra, apa inmagazinata cea mai mare cantitate de caldura provenita de la energia solara. O parte din aceasta este eliberata pe timpul noptii, existand un bilant caloric caracteristic pentru fiecare bazin in parte.

Variatiile temperaturii straturilor de la suprafata au un mers zilnic si altul anual (pe anotimpuri). Variatiile zilnice sunt cuprinse intre 0,1 C la latitudini mari si 1s C la tropice (temperaturile maxime sunt intre orele 14 -16 , iar cele minime intre 04-08). Variatiile anuale sunt mult mai mari si sunt foarte diferentiate in functie de latitudine (pentru latitudinile de 0-10s 2

Temperatura la suprafata marilor si oceanelor nu este repartizata uniform in ambele emisfere. In emisfera nordica apele sunt mai calde iar ecuatorul termic nu corespunde cu cel matematic, urmarind drumul Soarelui. In emisfera sudica, datorita comunicatiei vaste intre oceane, variatia temperaturii cu latitudinea are un mers mai regulat decat in emisfera nordica, acoperita mai mult de uscat.

Cele mai ridicate temperaturi la suprafata Oceanului Mondial au fost observate in luna august (32sC). Temperatura medie anuala este diferita de oceane (Pacific, 19,1sC. Indian, 17sC: Atlantic, 16,9 sC). In emisfera nordica este de 19,1 sC, iar in cea sudica de 16sC.

In general, apa oceanica la suprafata are temperatura diferita in diferite regiuni ale globului: temperatura scade de la Ecuator spre poli si este mai ridicata decat temperatura aerului.

Caldura din straturile de suprafata este transmisa in adancime prin convectie libera (conductibilitate termica, densitate) si prin convectie impusa (valuri si curenti). Modificarile in adancime se petrec pana la 1400 - 1500 m (la fiecare 100 m, temperatura scade cu 1-2sC). Pe fundul oceanelor, temperaturile sunt mai scazute datorita apelor polare, care ajung la - 1sC si - 2sC (apa polara coboara si se deplaseaza de la poli spre Ecuator, iar apa calda se deplaseaza in straturile superioare, de la Ecuator spre poli).

In emisfera nordica, datorita pragurilor ce bareaza circulatia apelor polare, la aceeasi adancime apa este mai calda decat in emisfara sudica.

Presiunea in interiorul apei marilor si oceanelor este exprimata de forta cu care apasa coloana de apa la o adancime considerabila. Ea este proportionala cu adancimea si densitatea medie a apei de mare.

Compresibilitatea variaza invers proportional cu temperatura, salinitatea si presiunea. La presiuni obisnuite, compresibilitatea se manifesta destul de putin.

Transparenta este in general mica, datorita substantelor in disolutie si microorganismelor ce se opun patrunderii luminii. Ea depinde de dispersia lumini, masura in care sunt reflectate razele solare si de gradul de absorbtie a energiei solare. Deci, transparenta difera de la o regiune la alata, in mod diferit, pe anotimpuri. Langa litoral transparenta este mica din cauza cantitatii mari de microorganisme si maluri, iar la larg depinde de temperatura si salinitate.

La tropice transparenta este de 40-60 m, iar la poli 8-12 m (datorita bogatiei de plancton).

Culoarea depinde de substantele minerale in disolutie, plancton, anotimpuri si conditii climatice.

La tropice, culoarea apei de mare este albastru-inchis, spre poli - verzuie, verde palid si alburiu. Micsorarea cantitatii de plancton da marii nuante de albastru.

La unele mari, predominarea unei anumite categorii de elemente in disolutie da nuante caracteristice: rosu, galben etc.

Luminiscenta se intalneste pe intreaga suprafata a Oceanului Mondial si este rezultatul luminii produse de anumite microorganisme: fotobacterii, noctilluca, meduze, crustacei etc. Acest fenomen se observa pana la adancimi de 1300 - 1500 m.

Mirosul este dat de elementele din compozitie (clorura de sodiu, hidrogen sulfurat, amoniac etc.), fiind determinat de elementul predominant. Aceasta proprietate se manifesta mai mult in bazinele mici, care au comunicatii restranse cu largul oceanului.

Radioactivitatea se manifesta in zonele de contact cu roci radioactive sau in zonele de varsare a unor ape radioactive. In general sunt luate in consideratie zonele in care radioactivitatea depaseste limita de 3,5 unitati Mach/litru.

Greutatea specifica este egala cu unitatea (1g/cm³) la temperatura de 4sC si la presiunea de o atmosfera ; variaza in functie de temperatura in limite relativ mici (0,99831 la 20sC).

Caldura specifica a apei este destul de mare (1 kcal/kg. grd) si de aceea suprafata marilor si oceanelor se incalzeste si se raceste diferit, in raport cu suprafata uscatului.

Caldura specifica a apei de mare este mai mica decat cea a apei dulci si se mareste cand cresc salinitatea, temperatura si presiunea.

Tensiunea superficiala este o caracteristica a fortelor intermoleculare si are o valoare medie de 72,53 dyn/cm la o temperatura de 20sC.

Vascozitatea apei se datoreste fortelor de frecare intermoleculara si are o valoare egala cu 1/100 din unitatea de vascozitate (le temperatura de 20sC).

Densitatea apei de mare este strans legata de temperatura, presiune hidrostatica si salinitate si este mai mare decat aceea a apei dulci. Variaza direct proportional cu salinitatea si invers proportional cu temperatura . Fiind un element important, au fost intocmite harti cu izopicne (linii de egala densitate).

Cea mai mare densitate se gaseste in Oceanul Inghetat de Nord (1,028), iar cea mai mica - in Oceanul Atlantic (1,022). Anomalii se remarca in zonele cu aflux de ape dulci si in zonele in care se topesc gheturile.

Densitatea conditioneaza la randul sau diferenta de presiune pe verticala si stabilitatea verticala a straturilor de apa, ceea ce in final are o mare importanta pentru procesele organice si neorganice ce se petrec in apa de mare.

Conductibilitatea electrica a apei de mare este buna, datorita disocierii aproape totale a sarurilor din compozitie. Ea este direct proportionala cu salinitatea, dar este influentata puternic de temperatura.

b)     Inghetul si dezghetul

Inghetul si dezghetul apei de mare au deosebiri esentiale fata de fenomenele similare ce se petrec in apa dulce, fiind conditionate de salinitate.

Punctul de inghet al apei de mare se gaseste sub 0sC(-1sC, 4-1,7 sC), observandu-se o trecere specifica: apa de mare mai intai ingheata si dupa aceea ajunge la densitatea maxima (apa dulce intai ajunge la densitatea maxima la temperatura de 4sC si dupa aceea ingheata la 0sC).

Inghetarea apei de mare are loc in mai multe faze, conditionate in special de temperatura aerului (cristale de gheata, ace de gheata, gheata spongioasa, sloiuri de gheata, banchize de gheata).

Gheata in deriva are o mare importanta pentru navigatie (aproximativ 9/10 din volumul ghetei este sub apa). Ghetarii ocupa 15% din suprafata Oceanului Mondial.

Dezghetul se produce odata cu cresterea temperaturii si aparitia apelor rezultate din topirea zapezilor. Valurile, curentii si afluxul de ape dulci de la gurile de varsare a raurilor au si ele o influenta substantiala.

c)     Proprietati chimice

Salinitatea reprezinta cantitatea tuturor sarurilor continute in apa de mare. Ea se exprima in grame la litru sau in promile (s/_oo).

Salinitatea medie a Oceanului Mondial este de 34 s/_oo

In compozitia chimica a salinitatii predomina clorura de sodiu (78%); si clorura de magneziu (10,9%); celelalte elemente de compozitie au o pondere mai redusa; sulfatul de magneziu (4,7%), sulfatul de calciu (3,6%), sulfatul de potasiu (2,4%) etc.

Variatia salinitatii depinde de clima, curenti, aportul apei dulci etc.: la Ecuator este de 34-35 s/_oo, la tropice, 36,5-37,5 s/_oo, in regiunile temperate si nordice pana la 32 s/_oo. In anumite regiuni, variatia salinitatii pe latitudine este influentata de prezenta curentilor marini si a afluxului de ape continentale. In emisfera sudica salinitatea este in general mai mare decat in emisfera nordica.

Marile au salinitate deosebita de aceea a oceanelor, in functie de legatura pe care o au cu oceanele , conditiile climatice si conditiile hidrologice. In aceasta privinta se deosebesc trei categorii de mari: cu salinitatea mai mica ca a oceanelor (Marea Baltica, Marea Alba, Marea Neara), cu salinitatea mai mare ca a oceanelor (Marea Mediterana, Marea Rosie) si cu salinitate ce prezinta particularitati (Marea Nordului, Marea Baret, Marea Groenlandei, in care in diferite zone, salinitatea este deosebita).

In adancime, salinitatea variaza pe zone de latitudine: la Ecuator creste pana la 800 - 100 m; la tropice scade pana la 1000 m; in regiunile temperate este oarecum uniforma; in regiunile polare are o crestere mare pana la 200 m. De la anumite adancimi (1000 - 2500 m) salinitatea are valori constante (34,7-34,9s/_oo).

Salinitatea prezinta o mare importanta si de aceea s-au intocmit harti cu izohaline (linii de egala salinitate) si izohalinobate (linii de egala salinitate in adancime).

Prezenta sarurilor in apa de mare (gradul de salinitate) influenteaza asupra unor importante procese ce se petrec in apa de mare; difuzia, osmoza, coborarea punctului de inghetare, urcarea punctului de fierbere si coborarea elasticitatii vaporilor.

Gazele dizolvate in apa de mare provin din afluxul de ape continentale, din atmosfera, din descompunerea substantelor organice si din activitatea vulcanica submarina. In principal se gasesc: oxigen, azot, bioxid de carbon, amoniac, gaz metan etc. Continutul de gaze este mai bogat la temperaturi scazute si la presiuni mai mari.

Concentratia in ioni determina gradul de alcalinitate sau aciditate ale apei. Principalii ioni sunt de: hidrogen, sodiu, calciu, magneziu, potasiu, clor, carbonat, hidrocarbonat si sulfat. Acestia dau apei de mare un gust amar-sarat specific.

Duritatea este determinata de intensitatea cu care apa de mare corodeaza materialele cu care vine in contact. Datorita compozitiei sale specifice, actioneaza cu o deosebita intensitate asupra majoritatii metalelor si materialelor ce sunt atacate de acizi si saruri.

Substante biogene rezulta din activitatea organismelor acvatice si se prezinta sub forma de coloizi si ioni din grupele azotului, azotitului, amoniului si acidului fosforic.

Microelementele (in numar de 79) se gasesc in cantitati mici, dar au importanta pentru procesele biologice (brom, iod, mangan, litiu cobalt etc.) Extractia lor prezinta unele greutati , dar merita a ramane in studiu.

Substantele organice sunt foarte raspandite si au forme complexe si variate, predominand starea coloidala. Acestea provin din descompuneri ale organismelor vii si din schimbul de substante ce are loc in apa de mare.

Substantele in suspensie si organismele vii sunt raspandite impreuna cu substantele organice, avand dimensiuni diferite, de la cele microscopice pana la cele de ordinul metrilor. Componentele principale ale substantelor in suspensie sunt: particulele minerale, microplanctonul, mezoplanctonul, macropalnctonul, animalele marine, pesti etc.

d)     Prioritati acustice ale apei de mare

Un deosebit interes practic prezinta propagarea sunetului in apa de mare, determinata de viteza de propagare , refractie si atenuare.

Viteza de propagare a sunetului este conditionata de presiune, densitate, compresibilitate adiabatica si caldura specifica. Influenta hotaratoare este marcata de variatiile de temperatura si presiune. In regiunile cu latitudini mici si medii, unde temperatura scade repede cu adancimea, viteza sunetului pe verticala se micsoreaza, dar in acelasi timp are loc o marire a vitezei datorata cresterii presiunii.

Determinarea distantelor in masa de apa de mare prin procedee acustice impune cunoasterea precisa a vitezei de propagare a sunetului.

Refractia are loc in zonele de atingere a straturilor cu densitate acustica diferita (raportul vitezelor de propagare a sunetului este egal cu raportul sinusurilor unghiului de cadere si unghiului de refractie).

Datorita refractiei, in straturile de apa de mare apar fenomenul "zonelor de tacere" in care sunetul nu se propaga si fenomenul "canalului acustic" prin care sunetul se propaga la distante fantastice (600 km).

Atenuarea sunetului se datoreste pierderii energiei initiale a acestuia la trecerea prin straturile de apa. Pierderea de energie la trecerea sunetului prin apa este de 100 ori mai mare decat in aer. Totusi, datorita vitezei mai mari de propagare si densitatii mai mari a apei de mare, distanta de sesizare a sunetului este de 1000 ori mai mare in apa marina.

e)     Proprietatile optice ale apei de mare

Proprietatile optice conditioneaza nemijlocit transparenta si culoarea apei de mare.

Radiatia atmosferica care atinge suprafata apei in parte este reflectata de aceasta, iar restul, prin refractie, patrunde in apa, difuzandu-se ori absorbindu-se in straturile de apa.

Refractia radiatiei atmosferice depinde de unghiul de incidenta si de refractie. Se considera ca pentru inaltimi ale Soarelui mai mari de 40s suprafata neregulata a marii reflecta numai 5% din cantitatea de radiatie atmosferica. Formarea spumei pe suprafata marii mareste gradul de reflectie pana la 40%.

Refractia are loc la trecerea radiatiei atmosferice dintr-un mediu mai putin dens (aerul) intr-unul mai dens (apa). Valoarea refractiei creste cu salinitatea si scade cu temperatura. Dependenta refractiei de salinitate este evidenta si calculul refractiei se face in functie de aceasta.

Atenuarea energiei luminoase se face de la suprafata marii spre fund. Energia luminoasa se transforma in caldura si energie chimica (intr-o masura mai mica). Notiunea de atenuare a energiei luminoase este legata de transparenta apei de mare: cu cat apa este mai limpede cu atat lumina patrunde la o adancime mai mare.